坑梓网站建设信息,成都 网站建设培训班,wordpress优化版4.7.4,搜索seo从今天起#xff0c;我们开始学习状态模式。在实际的软件开发中#xff0c;状态模式并不是很常用#xff0c;但是在能够用到的场景里#xff0c;它可以发挥很大的作用。从这一点上来看#xff0c;它有点像我们之前讲到的组合模式。 可以简短的回顾一下组合模式#xff1a…从今天起我们开始学习状态模式。在实际的软件开发中状态模式并不是很常用但是在能够用到的场景里它可以发挥很大的作用。从这一点上来看它有点像我们之前讲到的组合模式。 可以简短的回顾一下组合模式适合处理树型结构的场景。 状态模式一般用来实现状态机而状态机常用在游戏、工作流引擎等系统开发中。不过状态机的实现方式有多种除了状态模式比较常用的还有分支逻辑法和查表法。今天我们就详细讲讲这几种实现方式并且对比一下它们的优劣和应用场景。
什么是有限状态机
有限状态机英文翻译是Finite State Machine缩写为FSM简称为状态机。状态机有3个组成部分状态State、事件Event、动作Action。其中事件也称为转移条件Transition Condition。事件触发状态的转移及动作的执行。不过动作不是必须的也可能只转移状态不执行任何动作。
马里奥形态的转变就是一个状态机。其中马里奥的不同形态就是状态机中的“状态”游戏情节比如吃了蘑菇就是状态机中的“事件”加减积分就是状态机中的“动作”。比如吃蘑菇这个事件会触发状态的转移从小马里奥转移到超级马里奥以及触发动作的执行增加100积分。
为了方便接下来的讲解我对游戏背景做了简化只保留了部分状态和事件。简化之后的状态转移如下图所示 public enum State {SMALL(0),SUPER(1),FIRE(2),CAPE(3);private int value;private State(int value) {this.value value;}public int getValue() {return this.value;}
}public class MarioStateMachine {private int score;private State currentState;public MarioStateMachine() {this.score 0;this.currentState State.SMALL;}public void obtainMushRoom() {//TODO}public void obtainCape() {//TODO}public void obtainFireFlower() {//TODO}public void meetMonster() {//TODO}public int getScore() {return this.score;}public State getCurrentState() {return this.currentState;}
}public class ApplicationDemo {public static void main(String[] args) {MarioStateMachine mario new MarioStateMachine();mario.obtainMushRoom();int score mario.getScore();State state mario.getCurrentState();System.out.println(mario score: score ; state: state);}
}
状态机实现方式一分支逻辑法
对于如何实现状态机我总结了三种方式。其中最简单直接的实现方式是参照状态转移图将每一个状态转移原模原样地直译成代码。这样编写的代码会包含大量的if-else或switch-case分支判断逻辑甚至是嵌套的分支判断逻辑所以我把这种方法暂且命名为分支逻辑法。如果状态转移极其复杂很容易出现if-else条件错误的情况。
状态机实现方式二查表法
实际上上面这种实现方法有点类似hard code对于复杂的状态机来说不适用而状态机的第二种实现方式查表法就更加合适了。接下来我们就一块儿来看下如何利用查表法来补全骨架代码。 public enum Event {GOT_MUSHROOM(0),GOT_CAPE(1),GOT_FIRE(2),MET_MONSTER(3);private int value;private Event(int value) {this.value value;}public int getValue() {return this.value;}
}public class MarioStateMachine {private int score;private State currentState;private static final State[][] transitionTable {{SUPER, CAPE, FIRE, SMALL},{SUPER, CAPE, FIRE, SMALL},{CAPE, CAPE, CAPE, SMALL},{FIRE, FIRE, FIRE, SMALL}};private static final int[][] actionTable {{100, 200, 300, 0},{0, 200, 300, -100},{0, 0, 0, -200},{0, 0, 0, -300}};public MarioStateMachine() {this.score 0;this.currentState State.SMALL;}public void obtainMushRoom() {executeEvent(Event.GOT_MUSHROOM);}public void obtainCape() {executeEvent(Event.GOT_CAPE);}public void obtainFireFlower() {executeEvent(Event.GOT_FIRE);}public void meetMonster() {executeEvent(Event.MET_MONSTER);}private void executeEvent(Event event) {int stateValue currentState.getValue();int eventValue event.getValue();this.currentState transitionTable[stateValue][eventValue];this.score actionTable[stateValue][eventValue];}public int getScore() {return this.score;}public State getCurrentState() {return this.currentState;}}
状态机实现方式三状态模式
对于简单的加减积分可以使用查表法进行实现但是如果设计复杂的业务呢比如操作数据库发送消息通知等等就没办法使用如此简单的二维数组来表示了。这也就是说查表法的实现方式有一定局限性。 状态模式通过将事件触发的状态转移和动作执行拆分到不同的状态类中来避免分支判断逻辑。我们还是结合代码来理解这句话。 public interface IMario { //所有状态类的接口State getName();//以下是定义的事件void obtainMushRoom();void obtainCape();void obtainFireFlower();void meetMonster();
}public class SmallMario implements IMario {private MarioStateMachine stateMachine;public SmallMario(MarioStateMachine stateMachine) {this.stateMachine stateMachine;}Overridepublic State getName() {return State.SMALL;}Overridepublic void obtainMushRoom() {stateMachine.setCurrentState(new SuperMario(stateMachine));stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 100);}Overridepublic void obtainCape() {stateMachine.setCurrentState(new CapeMario(stateMachine));stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 200);}Overridepublic void obtainFireFlower() {stateMachine.setCurrentState(new FireMario(stateMachine));stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 300);}Overridepublic void meetMonster() {// do nothing...}
}public class SuperMario implements IMario {private MarioStateMachine stateMachine;public SuperMario(MarioStateMachine stateMachine) {this.stateMachine stateMachine;}Overridepublic State getName() {return State.SUPER;}Overridepublic void obtainMushRoom() {// do nothing...}Overridepublic void obtainCape() {stateMachine.setCurrentState(new CapeMario(stateMachine));stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 200);}Overridepublic void obtainFireFlower() {stateMachine.setCurrentState(new FireMario(stateMachine));stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 300);}Overridepublic void meetMonster() {stateMachine.setCurrentState(new SmallMario(stateMachine));stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() - 100);}
}// 省略CapeMario、FireMario类...public class MarioStateMachine {private int score;private IMario currentState; // 不再使用枚举来表示状态public MarioStateMachine() {this.score 0;this.currentState new SmallMario(this);}public void obtainMushRoom() {this.currentState.obtainMushRoom();}public void obtainCape() {this.currentState.obtainCape();}public void obtainFireFlower() {this.currentState.obtainFireFlower();}public void meetMonster() {this.currentState.meetMonster();}public int getScore() {return this.score;}public State getCurrentState() {return this.currentState.getName();}public void setScore(int score) {this.score score;}public void setCurrentState(IMario currentState) {this.currentState currentState;}
} 上面的代码实现不难看懂我只强调其中的一点即MarioStateMachine和各个状态类之间是双向依赖关系。MarioStateMachine依赖各个状态类是理所当然的但是反过来各个状态类为什么要依赖MarioStateMachine呢这是因为各个状态类需要更新MarioStateMachine中的两个变量score和currentState。 public interface IMario {State getName();void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine);void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine);void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine);void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine);
}public class SmallMario implements IMario {private static final SmallMario instance new SmallMario();private SmallMario() {}public static SmallMario getInstance() {return instance;}Overridepublic State getName() {return State.SMALL;}Overridepublic void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine) {stateMachine.setCurrentState(SuperMario.getInstance());stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 100);}Overridepublic void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine) {stateMachine.setCurrentState(CapeMario.getInstance());stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 200);}Overridepublic void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine) {stateMachine.setCurrentState(FireMario.getInstance());stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() 300);}Overridepublic void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine) {// do nothing...}
}// 省略SuperMario、CapeMario、FireMario类...public class MarioStateMachine {private int score;private IMario currentState;public MarioStateMachine() {this.score 0;this.currentState SmallMario.getInstance();}public void obtainMushRoom() {this.currentState.obtainMushRoom(this);}public void obtainCape() {this.currentState.obtainCape(this);}public void obtainFireFlower() {this.currentState.obtainFireFlower(this);}public void meetMonster() {this.currentState.meetMonster(this);}public int getScore() {return this.score;}public State getCurrentState() {return this.currentState.getName();}public void setScore(int score) {this.score score;}public void setCurrentState(IMario currentState) {this.currentState currentState;}
} 反思和总结
实际上像游戏这种比较复杂的状态机包含的状态比较多我优先推荐使用查表法而状态模式会引入非常多的状态类会导致代码比较难维护。相反像电商下单、外卖下单这种类型的状态机它们的状态并不多状态转移也比较简单但事件触发执行的动作包含的业务逻辑可能会比较复杂所以更加推荐使用状态模式来实现。
