软件系统设计-5-状态模式、命令模式

1. 状态模式

1.1. 模式动机

1. 在很多情况下，一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性，这样的属性叫做状态，这样的对象叫做有状态的(stateful)对象，这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会改变，从而使得系统的行为也随之发生变化。
2. 在UML中可以使用状态图来描述对象状态的变化。

1. 状态模式包含如下角色：
   1. Context: 环境类
   2. State: 抽象状态类
   3. ConcreteState: 具体状态类
2. 在结构上策略模式和状态模式是一致的，但是在使用上是很不同的
   1. Context是状态模式关联的上下文环境。

1.4. 模式分析

1. 状态模式描述了对象状态的变化以及对象如何在每一种状态下表现出不同的行为。
2. 状态模式的关键是引入了一个抽象类来专门表示对象的状态，这个类我们叫做抽象状态类，而对象的每一种具体状态类都继承了该类，并在不同具体状态类中实现了不同状态的行为，包括各种状态之间的转换。

3. 如何能够对用户透明，而避免让用户进行状态变更的设置，如下图所示，每次完成后都要一并完成状态的转换
4. 使用状态模式重构之后的代码：但是下图中不符合开闭原则，下面如果添加状态则会导致内部的改变。
5. 策略模式是封装好的，而下图中为了追求对用户透明则牺牲了开闭原则。
6. 状态模式要注意数据的分割：类的拆分，尽量将数据放在context中，状态中的信息越少越好。

4. 在状态模式结构中需要理解环境类与抽象状态类的作用：
   1. 环境类实际上就是拥有状态的对象，环境类有时候可以充当状态管理器(State Manager)的角色，可以在环境类中对状态进行切换操作。
   2. 抽象状态类可以是抽象类，也可以是接口，不同状态类就是继承这个父类的不同子类，状态类的产生是由于环境类存在多个状态，同时还满足两个条件：这些状态经常需要切换，在不同的状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中，使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类，而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。由于环境类可以设置为任一具体状态类，因此它针对抽象状态类进行编程，在程序运行时可以将任一具体状态类的对象设置到环境类中，从而使得环境类可以改变内部状态，并且改变行为。

1.5. 状态模式实例与解析

1. 实例：论坛用户等级
   1. 在某论坛系统中，用户可以发表留言，发表留言将增加积分；用户也可以回复留言，回复留言也将增加积分；用户还可以下载文件，下载文件将扣除积分。该系统用户分为三个等级，分别是新手、高手和专家，这三个等级对应三种不同的状态，这三种状态分别
2. 定义如下：
   1. 如果积分小于100分，则为新手状态，用户可以发表留言、回复留言，但是不能下载文件。如果积分大于等于1000分，则转换为专家状态；如果积分大于等于100分，则转换为高手状态。
   2. 如果积分大于等于100分但小于1000分，则为高手状态，用户可以发表留言、回复留言，还可以下载文件，而且用户在发表留言时可以获取双倍积分。如果积分小于100分，则转换为新手状态；如果积分大于等于1000分，则转换为专家状态；如果下载文件后积分小于0，则不能下载该文件。
   3. 如果积分大于等于1000分，则为专家状态，用户可以发表留言、回复留言和下载文件，用户除了在发表留言时可以获取双倍积分外，下载文件只扣除所需积分的一半。如果积分小于100分，则转换为新手状态；如果积分小于1000分，但大于等于100，则转换为高手状态；如果下载文件后积分小于0，则不能下载该文件。

2. 命令模式可以对发送者和接收者完全解耦，发送者与接收者之间没有直接引用关系，发送请求的对象只需要知道如何发送请求，而不必知道如何完成请求。这就是命令模式的模式动机。

2.2. 模式定义

1. 命令模式(Command Pattern)：将一个请求封装为一个对象，从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式，其别名为动作(Action)模式或事务(Transaction)模式。
2. Command Pattern: Encapsulate a request as an object, thereby letting you parameterize clients with different requests, queue or log requests, and support undoable operations.

2.5. 命令模式实例与解析

2.5.1. 实例一：电视机遥控器

1. 电视机是请求的接收者，遥控器是请求的发送者，遥控器上有一些按钮，不同的按钮对应电视机的不同操作。抽象命令角色由一个命令接口来扮演，有三个具体的命令类实现了抽象命令接口，这三个具体命令类分别代表三种操作：打开电视机、关闭电视机和切换频道。显然，电视机遥控器就是一个典型的命令模式应用实例。

2.6. 模式优缺点

2.6.1. 命令模式的优点

1. 降低系统的耦合度。
2. 新的命令可以很容易地加入到系统中。
3. 可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令(组合命令)。
4. 可以方便地实现对请求的Undo和Redo。

2.6.2. 命令模式的缺点

1. 使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。因为针对每一个命令都需要设计一个具体命令类，因此某些系统可能需要大量具体命令类，这将影响命令模式的使用。

2.7. 模型适用环境

1. 在以下情况下可以使用命令模式：
   1. 系统需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互。
   2. 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求。
   3. 系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。
   4. 系统需要将一组操作组合在一起，即支持宏命令。

2.8. 模式应用

1. Java语言使用命令模式实现AWT/Swing GUI的委派事件模型 (Delegation Event Model, DEM)。
   1. 在AWT/Swing中，Frame、Button等界面组件是请求发送者，而AWT提供的事件监听器接口和事件适配器类是抽象命令接口，用户可以自己写抽象命令接口的子类来实现事件处理，即实现具体命令类，而在具体命令类中可以调用业务处理方法来实现该事件的处理。对于界面组件而言，只需要了解命令接口即可，无须关心接口的实现，组件类并不关心实际操作，而操作由用户来实现。
2. 很多系统都提供了宏命令功能，如UNIX平台下的Shell编程，可以将多条命令封装在一个命令对象中，只需要一条简单的命令即可执行一个命令序列，这也是命令模式的应用实例之一。

2.9. 模式扩展

2.9.1. 撤销操作的实现

2.10. 命令小结

1. 在命令模式中，将一个请求封装为一个对象，从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式，其别名为动作模式或事务模式。
2. 命令模式包含四个角色
   1. 抽象命令类中声明了用于执行请求的execute()等方法，通过这些方法可以调用请求接收者的相关操作
   2. 具体命令类是抽象命令类的子类，实现了在抽象命令类中声明的方法，它对应具体的接收者对象，将接收者对象的动作绑定其中
   3. 调用者即请求的发送者，又称为请求者，它通过命令对象来执行请求
   4. 接收者执行与请求相关的操作，它具体实现对请求的业务处理。
3. 命令模式的本质是对命令进行封装，将发出命令的责任和执行命令的责任分割开。命令模式使请求本身成为一个对象，这个对象和其他对象一样可以被存储和传递。
4. 命令模式
   1. 主要优点在于降低系统的耦合度，增加新的命令很方便，而且可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令，并方便地实现对请求的撤销和恢复
   2. 主要缺点在于可能会导致某些系统有过多的具体命令类。
5. 命令模式适用情况包括
   1. 需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互
   2. 需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求
   3. 需要支持命令的撤销操作和恢复操作
   4. 需要将一组操作组合在一起，即支持宏命令。

来源：SpriCoder