状态模式 Java

Question

我正在学习Java中的设计模式。

我正在查阅一些链接。我试图通过状态模式来设计一台洗衣机。

关于状态设计模式的实现，我有一个疑问。

public interface State {

   public void openLid();
   public void closeLid();
   public void start();
   public void stop();
   public void washing();
  } 

 public class Idle implements State{
 //implementing overidden methods
 .......

 }

 public class Washing implements State {
       //implementing overidden methods
       .......
  }


 public class WashingMachine {
   State state;

   public WashingMachine(State state) {
    this.state =  new Idle();
   }

  public State getState() {
    return state;
   }

   public void setState(State state) {
    this.state = state;
   }

 }

我想了解在从空闲状态到洗涤状态之间转换时，可以有两种实现方式，这是我在网上看到的：

1. WashingMachine类实现State接口，并根据某些条件从Idle状态切换到washing状态，反之亦然。

2. Idle和Washing类具有WashingMachine作为成员变量。

请问有人能建议一下吗？我对实现部分有点困惑。

- coder25

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你的任何一个想法都不可行。 - Bálint

Answer 1

在回答您的问题之前，我建议先回顾一下模式的概念，并对您的代码提出一些小的修改建议。

状态模式允许对象在其内部状态改变时更改其行为。

在您的情况下，空闲和清洗是很好的状态候选项，而洗衣机是承载状态对象的好选择。

不过，有三点需要注意：

1）状态提供的方法应该是一些操作，其实现根据对象所处的状态而异。

在您的声明中：

public interface WashingMachineState {    
   public void openLid();
   public void closeLid();
   public void start();
   public void stop();
   public void washing();
  } 

washing() 不是一个动作，而是一个状态。
从空闲变为洗涤状态的是 start() 动作。

在状态模式中，带有状态的对象称为上下文。
在你的情况下，上下文是 WashingMachine。

2) 在状态模式中，思想是上下文想要执行一些行为，行为会根据当前状态进行变化。
为了实现这一点，上下文将其处理委托给其当前状态实例。
它避免了上下文中有许多if-else if（对于每个处理），还使上下文的复杂性减小，因为当您使用状态模式时，可以获得行为家族：：

• 当我们处于空闲状态时的行为位于 IdleState 类中。

• 当我们处于洗涤状态时的行为位于 WashingState 类中。

• 等等...

要执行操作，状态实例需要上下文 (WashingMachine)。
针对这个问题，您有两种方式：

要么将 WashingMachine 对象存储为状态实例的字段，要么在上下文 WashingMachine 对象将处理委托给状态时将其作为参数传递。

我建议您使用无状态的方式。
因此，当在 WashingMachine 实例上调用 startWashing() 操作时，WashingMachine 实例应通过传递自己（例如 state.startWashing(this)）将处理委托给 state.startWashing()。
状态应该提供一个 WashingMachine 参数：

public interface WashingMachineState {    
   void openLid(WashingMachine machine);
   void closeLid(WashingMachine machine);
   void pushStartBtn(WashingMachine machine);
   void pushStopBtn(WashingMachine machine);
} 

3) 你实际上定义了两种状态：空闲和清洗。
这些状态应该增加一个 停止 状态，因为当洗衣机处于 "正在停止" 状态时，一些操作（例如打开门、按下启动按钮等）具有特定的行为。需要注意的是，仅使用两个状态，您可能还会想知道该模式是否相关。

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现在我可以回答你的问题了。

我想知道从空闲到清洗之间切换状态的实现方式有两种，这是我在网上看到的：

1. WashingMachine 类实现 State 接口，并根据某些条件从空闲状态切换到清洗状态或反之亦然。

2. Idle 和 Washing 类使用 WashingMachine 作为成员变量。

WashingMachine 和 WashingMachineState 是协作但不同的东西。
所以它们不应该依赖于相同的接口。
将 WashingMachine 对象作为状态子类的字段是一种可能性。
如前所述，您也可以将 WashingMachine 作为 State 方法的参数传递。

请注意，直接执行从一个状态到另一个状态的切换不是由 WashingMachine 执行的。
这是由状态执行的。
状态应该调用 WashingMachine.changeState() 来执行它。

WashingMachine 可以是：

public class WashingMachine {

   private WashingMachineState state;

   public WashingMachine() {
     this.state =  new Idle();
   }        

   protected void changeState(WashingMachineState state) {
     this.state = state;      
   }

   public void openLid(){
     state.openLid(this);
   } 

   public void closeLid(){
     state.closeLid(this);         
   } 
   public void pushStartBtn(){
     state.pushStartBtn(this);
   } 

   public void pushStopBtn(){
     state.pushStopBtn(this);
   } 

   public State getState() {
      return state;
   }

 }

关于WashingMachine的修改解释：

• 当使用状态模式时，changeState更具有意义，可作为setState使用。
  

• changeState(State)可以使用protected修饰符来减少该方法以及状态子类的可见性，当然状态子类应该与WashingMachine在同一个包中。这是Java中实现细节的一种方式。当然，在其他面向对象编程语言中，您也有其他选择。

关于从空闲状态切换到洗涤状态，我认为只有在IdleState状态下调用pushStartBtn()时才可能发生。

以下是示例：

public class IdleState implements State {    
   public void openLid(WashingMachine machine){
       ...
   }
   public void closeLid(WashingMachine machine){
       ...
   }
   public void pushStartBtn(WashingMachine machine){
      //do processing with machine to begin effectively the washing
         ...
      machine.changeState(new WashingState());
   }

   public void pushStopBtn(WashingMachine machine){
       ...
   }
 } 

- davidxxx

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@coder25 我修改了第三点。停止状态似乎比打开门状态更相关。打开门状态不是一级状态，那更像是子状态。没有太多的兴趣去表示它。 - davidxxx

关于更改状态（machine.changeState(new WashingState())）- 在上下文类中拥有所有状态并具有getter，每个状态都像 machine.changeState(machine.getWashingState()) 这样做以保持状态对象单例是否可接受？ - Thiyagu

如果状态对象是无状态的（总结一下：状态类中没有实例字段），那么这是可能的，甚至是一个好主意。在这种情况下，我可能会使用枚举来表示状态，而不是使用getter方法：public enum WashingMachineState { WASHING，IDLE，STOPPING }，因为它提供了单例模式，并且是更直接的方式。 - davidxxx

但是（作为一个人为的例子），如果它有一些依赖注入（可能是一些策略）作为实例变量，你会怎么做呢？ - Thiyagu

我不明白。你可能混合了太多的东西 :) 如果你有一个有趣的问题，请毫不犹豫地提出问题，我相信会有人解答它 :) - davidxxx

Answer 2

我认为更好的选择是创建一个 <\p> 标签。

public enum State{IDLE,WASHING};

使用这个enum。这个enum可以被命名为WashingMachineState，因为你提到的状态只适用于洗衣机 - 它们不可重复使用，所以这里没有接口的意义。

如果您想在不同的设备之间共享相同的状态，例如WashingMachine和DishWasher，那么您可以使用

public interface Statefull{
   public State getState();
   public void changeState(State newState);
}

让WashingMachine和DishWasher实现Statefull接口。 使用Java 8的默认接口实现，您甚至可以在接口中包含getter实现，因此在实现类中没有样板代码。

- Antoniossss

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我正在阅读这个链接：http://www.superglobals.net/java-state-design-pattern/，它定义了状态模式。 - coder25

我不会将它扩展到洗碗机上。我想学习如何使用状态模式。 - coder25

Answer 3

好的，让我们来看看你们两个的想法：

1.) 洗衣机是状态吗？不，绝对不是。那么为什么它需要实现状态接口呢？

2.) 这个方法几乎可以，但它使得状态不可重用（对于这样一个小的实现来说还不错，但对于像游戏这样的东西来说，就很糟糕了）。它们只能是洗衣机的状态。如果我想要将这些状态用于洗碗机怎么办？

你应该做的：

创建一个接口或类，比如StateManager，并让WashingMachine实现它，然后不使用具体的类，在状态中创建一个StateManager字段。

例如：

public abstract class StateManager {
    public State state;

    public void setState(State newState) {
        state = newState;
        newState.parent = this;
    }
    public State getState() {
        return state;
    }
}

状态：

public abstract class State {
    public StateManager parent;
    // Whenever you want to set the object's state, use this
}

示例状态：

public class WashingState extends State {
    // your methods here
}

示例状态管理器：

public class WashingMachine extends StateManager {
    // your methods here.
}

我将所有的接口都改成了类，因为它们可以更容易地创建一些对象（比如如果你想制造洗碗机和洗衣机，那么你可以将洗涤部分提取出来，并为其制作一个单独的类）。

- Bálint

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你能举个例子来解释一下吗？ - coder25

我到家后会发布一些东西。 - Bálint

你能否发布一些关于你的设计建议的内容？ - coder25

完成，这是翻译好的文本： - Bálint