處理對象的多種狀態(tài)及其相互轉換——狀態(tài)模式（一）

“人有悲歡離合，月有陰晴圓缺”，包括人在內(nèi)，很多事物都具有多種狀態(tài)，而且在不同狀態(tài)下會具有不同的行為，這些狀態(tài)在特定條件下還將發(fā)生相互轉換。就像水，它可以凝固成冰，也可以受熱蒸發(fā)后變成水蒸汽，水可以流動，冰可以雕刻，蒸汽可以擴散。我們可以用UML狀態(tài)圖來描述 H2O 的三種狀態(tài)，如圖所示：

http://wiki.jikexueyuan.com/project/design-pattern-behavior/images/1358692722_1117.jpg" alt="H2O的三種狀態(tài)（未考慮臨界點）" />

在軟件系統(tǒng)中，有些對象也像水一樣具有多種狀態(tài)，這些狀態(tài)在某些情況下能夠相互轉換，而且對象在不同的狀態(tài)下也將具有不同的行為。為了更好地對這些具有多種狀態(tài)的對象進行設計，我們可以使用一種被稱之為狀態(tài)模式的設計模式，本章我們將學習用于描述對象狀態(tài)及其轉換的狀態(tài)模式。

銀行系統(tǒng)中的賬戶類設計

Sunny 軟件公司欲為某銀行開發(fā)一套信用卡業(yè)務系統(tǒng)，銀行賬戶（Account）是該系統(tǒng)的核心類之一，通過分析，Sunny 軟件公司開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)在該系統(tǒng)中，賬戶存在三種狀態(tài)，且在不同狀態(tài)下賬戶存在不同的行為，具體說明如下：

(1) 如果賬戶中余額大于等于 0，則賬戶的狀態(tài)為正常狀態(tài)（Normal State），此時用戶既可以向該賬戶存款也可以從該賬戶取款；

(2) 如果賬戶中余額小于 0，并且大于 -2000，則賬戶的狀態(tài)為透支狀態(tài)（Overdraft State），此時用戶既可以向該賬戶存款也可以從該賬戶取款，但需要按天計算利息；

(3) 如果賬戶中余額等于 -2000，那么賬戶的狀態(tài)為受限狀態(tài)（Restricted State），此時用戶只能向該賬戶存款，不能再從中取款，同時也將按天計算利息；

(4) 根據(jù)余額的不同，以上三種狀態(tài)可發(fā)生相互轉換。

Sunny 軟件公司開發(fā)人員對銀行賬戶類進行分析，繪制了如圖所示 UML 狀態(tài)圖：

http://wiki.jikexueyuan.com/project/design-pattern-behavior/images/1358692727_5983.jpg" alt="銀行賬戶狀態(tài)圖" />

在圖中，NormalState 表示正常狀態(tài)，OverdraftState 表示透支狀態(tài)，RestrictedState 表示受限狀態(tài)，在這三種狀態(tài)下賬戶對象擁有不同的行為，方法 deposit() 用于存款，withdraw() 用于取款，computeInterest() 用于計算利息，stateCheck() 用于在每一次執(zhí)行存款和取款操作后根據(jù)余額來判斷是否要進行狀態(tài)轉換并實現(xiàn)狀態(tài)轉換，相同的方法在不同的狀態(tài)中可能會有不同的實現(xiàn)。為了實現(xiàn)不同狀態(tài)下對象的各種行為以及對象狀態(tài)之間的相互轉換，Sunny 軟件公司開發(fā)人員設計了一個較為龐大的賬戶類 Account，其中部分代碼如下所示：

class Account {
    private String state; //狀態(tài)
    private int balance; //余額
    ......

    //存款操作  
    public void deposit() {
        //存款
        stateCheck();   
    }

    //取款操作
    public void withdraw() {
        if (state.equalsIgnoreCase("NormalState") || state.equalsIgnoreCase("OverdraftState ")) {
            //取款
            stateCheck();
        }
        else {
            //取款受限
        }
    }

    //計算利息操作
    public void computeInterest() {
        if(state.equalsIgnoreCase("OverdraftState") || state.equalsIgnoreCase("RestrictedState ")) {
            //計算利息
        }
    }

    //狀態(tài)檢查和轉換操作
    public void stateCheck() {
        if (balance >= 0) {
            state = "NormalState";
        }
        else if (balance > -2000 && balance < 0) {
            state = "OverdraftState";
        }
        else if (balance == -2000) {
            state = "RestrictedState";
        }
        else if (balance < -2000) {
            //操作受限
        }
    }
    ......
}

分析上述代碼，我們不難發(fā)現(xiàn)存在如下幾個問題：

(1) 幾乎每個方法中都包含狀態(tài)判斷語句，以判斷在該狀態(tài)下是否具有該方法以及在特定狀態(tài)下該方法如何實現(xiàn)，導致代碼非常冗長，可維護性較差；

(2) 擁有一個較為復雜的 stateCheck() 方法，包含大量的 if…else if…else… 語句用于進行狀態(tài)轉換，代碼測試難度較大，且不易于維護；

(3) 系統(tǒng)擴展性較差，如果需要增加一種新的狀態(tài)，如凍結狀態(tài)（Frozen State，在該狀態(tài)下既不允許存款也不允許取款），需要對原有代碼進行大量修改，擴展起來非常麻煩。

為了解決這些問題，我們可以使用狀態(tài)模式，在狀態(tài)模式中，我們將對象在每一個狀態(tài)下的行為和狀態(tài)轉移語句封裝在一個個狀態(tài)類中，通過這些狀態(tài)類來分散冗長的條件轉移語句，讓系統(tǒng)具有更好的靈活性和可擴展性，狀態(tài)模式可以在一定程度上解決上述問題。