Java設計模式之十二 ---- 備忘錄模式和狀態模式

前言在上一篇中我們學習了行為型模式的策略模式(Strategy Pattern)和模板模式（Template Pattern）。本篇則來學習下行為型模式的兩個模式，備忘錄模式(Memento Pattern)和狀態模式（Memento Pattern）。備忘錄模式簡介備忘錄模式(Mement ...

前言

在上一篇中我們學習了行為型模式的策略模式(Strategy Pattern)和模板模式（Template Pattern）。本篇則來學習下行為型模式的兩個模式，備忘錄模式(Memento Pattern)和狀態模式（Memento Pattern）。

備忘錄模式

簡介

備忘錄模式(Memento Pattern)用於保存一個對象的某個狀態，以便在適當的時候恢復對象，該模式屬於行為型模式。
其主要目的是在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個對象的內部狀態，併在該對象之外保存這個狀態。

備忘錄模式，其主要的的思想就是備份。例如，txt、word等文檔的保存，游戲的存檔，操作系統的備份，也包括我們經常用的快捷鍵Ctrl+Z等等。除了以上的這些應用，我們在編程中接觸最多的估計就是資料庫的事物了，它提供了一種恢復機制，可在出現異常的時候進行還原。

備忘錄模式主要由這三個角色組成，備忘錄角色(Memento)、發起人角色(Originator)和負責人(Caretaker)角色。

備忘錄(Memento)：主要的功能是包含要被恢復的對象的狀態。
發起人(Originator)：在創建的時候，會在備忘錄對象中存儲狀態。
負責人(Caretaker)：主要是負責從備忘錄對象中恢復對象的狀態。

示例圖如下:
在這裡插入圖片描述

我們這裡依舊用一個示例來進行說明吧。
我們在玩游戲有的時候，會經常用到一個游戲功能，那就是存檔。主要是為了保存游戲進度，防止信息丟失，並且也可以通過進行讀檔恢復保存的信息。比如xuwujing在玩一個游戲的時候，創建好角色之後進行打怪練級，然後挑戰BOSS，不過擔心挑戰失敗，於是便在挑戰前進行存檔，存檔成功之後，再來進行挑戰BOSS。
那麼我們可以根據這個場景來使用備忘錄模式來進行開發。

首先定義一個Memento，也就是游戲存檔的信息，主要存儲游戲人物等級和生命值。


class SaveMsg{
   private  int level;
   private int life;
       
   public SaveMsg( int level, int life) {
       super();
       this.level = level;
       this.life = life;
   }
   public int getLevel() {
       return level;
   }
   public void setLevel(int level) {
       this.level = level;
   }
   public int getLife() {
       return life;
   }
   public void setLife(int life) {
       this.life = life;
   }
}

然後再定義一個Originator，這裡就是玩家了，除了等級和生命值信息外，玩家還可以進行存檔、讀檔，以及進行一些活動，打怪練級和挑戰BOSS。

那麼代碼如下:

class Player {
   //等級
   private  int level;
   //生命值
   private int life;

   public Player( int level, int life) {
       super();
       this.level = level;
       this.life = life;
   }
   //保存信息
   public SaveMsg saveStateToMemento() {
       return new SaveMsg(level,life);
   }
   
   //恢覆信息
   public void getStateFromMemento(SaveMsg sm) {
       this.level = sm.getLevel();
       this.life = sm.getLife();
   }
   
   //獲取當前狀態
   public void getStatus() {
       System.out.println("玩家xuwujing當前信息:");
       System.out.println("人物等級:"+level+",人物生命:"+life);
   }
   
   //練級
   public void leveling() {
       this.level = this.level+1;
       this.life = this.life+10;
       System.out.println("恭喜玩家xuwujing升級!等級提升了1,生命提升了10！");
   }
   
   //挑戰BOSS
   public boolean challengeBOSS() {
       //設置條件
       return this.level>2&&this.life>100;
   }
}

最後在定義一個Caretaker，作為游戲存檔頁，用於保存存檔信息。
代碼如下:

class GameSavePage{
    private SaveMsg sm;

    public SaveMsg getSm() {
        return sm;
    }
    public void setSm(SaveMsg sm) {
        this.sm = sm;
    }
    
}

編寫好之後，那麼我們來進行測試。

相應的測試代碼如下:

    public static void main(String[] args) {
        int level = 1;
        int life = 100;
        //創建一個玩家
        Player player =new Player(level, life);
        System.out.println("玩家xuwujing進入游戲!");
        //狀態
        player.getStatus();
        //進行練級
        player.leveling();
        GameSavePage savePage =new GameSavePage();
        //狀態
        player.getStatus();
        System.out.println("玩家xuwujing正在存檔...");
        //第一次存檔
        savePage.setSm(player.saveStateToMemento());
        System.out.println("玩家xuwujing存檔成功!");
        System.out.println("玩家xuwujing挑戰新手村的BOSS!");
         boolean flag=player.challengeBOSS();
        if(flag) {
            System.out.println("玩家xuwujing挑戰BOSS成功!");
            return;
        }
        System.out.println("玩家xuwujing挑戰BOSS失敗!游戲結束！開始讀取存檔...");
        savePage.getSm();
        System.out.println("玩家xuwujing讀取存檔成功!");
        //進行練級
        player.leveling();
        //狀態
        player.getStatus();
        System.out.println("玩家xuwujing挑戰新手村的BOSS!");
        flag=player.challengeBOSS();
        if(flag) {
            System.out.println("玩家xuwujing挑戰BOSS成功!");
            return;
        }
}

輸出結果:

        玩家xuwujing進入游戲!
        玩家xuwujing當前信息:
        人物等級:1,人物生命:100
        恭喜玩家xuwujing升級!等級提升了1,生命提升了10！
        玩家xuwujing當前信息:
        人物等級:2,人物生命:110
        玩家xuwujing正在存檔...
        玩家xuwujing存檔成功!
        玩家xuwujing挑戰新手村的BOSS!
        玩家xuwujing挑戰BOSS失敗!游戲結束！開始讀取存檔...
        玩家xuwujing讀取存檔成功!
        恭喜玩家xuwujing升級!等級提升了1,生命提升了10！
        玩家xuwujing當前信息:
        人物等級:3,人物生命:120
        玩家xuwujing挑戰新手村的BOSS!
        玩家xuwujing挑戰BOSS成功!

備忘錄模式優點

給用戶提供了一種可以恢復狀態的機制，可以使用戶能夠比較方便地回到某個歷史的狀態；
實現了信息的封裝，使得用戶不需要關心狀態的保存細節；

備忘錄模式缺點

非常的消耗資源；
客戶端必須知道所有的策略類才能進行調用；

使用場景：

需要保存/恢複數據的相關狀態場景；

狀態模式

簡介

狀態模式（State Pattern）屬於行為型模式，其狀態的對象和一個行為隨著狀態對象改變而改變。
其主要目的解決的是當控制一個對象狀態轉換的條件表達式過於複雜是的情況。把狀態的判斷邏輯轉移到表示不同狀態一系列類中，可以把複雜的判斷簡單化。

狀態模式，其主要的的思想就是提供一種狀態，提供給客戶端進行調用。狀態可謂無處不在，無論是電腦、手機等電子產品的開機和關機的狀態，還是經常用到的網路線上和離線狀態，即使是在我們編程中Tcp也有創建、監聽、關閉狀態。

狀態模式主要由環境角色（Context）、抽象狀態（State）和具體狀態（Concrete State）組成。

環境角色（Context）: 它定義了客戶程式需要的介面並維護一個具體狀態角色的實例，將與狀態相關的操作委托給當前的具體狀態對象來處理。
抽象狀態角色(State): 定義一個介面以封裝使用上下文環境的的一個特定狀態相關的行為。
具體狀態角色（Concrete State）:實現抽象狀態定義的介面。

示例圖如下:
在這裡插入圖片描述

這裡為了方便理解，我們依舊使用一個簡單的示例來加以說明。
我們在使用耳機聽音樂的時候，一般會有兩個狀態，播放和暫停，按一下是從暫停到播放，再按一下就是從播放到暫停。那麼我們可以根據這個場景來使用狀態模式進行開發！

首先依舊定義一個抽象狀態角色，用於表示音樂的狀態，並指定該類的行為，也就是方法，這個抽象類的代碼如下:

interface MusicState{
   void press();
}

定義好該抽象類之後，我們再來定義具體狀態角色類。這裡定義兩個狀態，一個是播放狀態，一個是暫停狀態，代碼如下:

class PlayState implements MusicState{

   @Override
   public void press() {
       System.out.println("播放音樂!");
   }
}

class PauseState implements MusicState{

   @Override
   public void press() {
       System.out.println("暫停音樂!");
   }
}

然後在來定義一個環境角色，用於對客戶端提供一個介面，並對狀態進行處理。代碼如下:

class Headset{
   private MusicState state;
   private int i;
   public Headset(MusicState state){
       this.state=state;
   }
   public void press() {
       if((i&1)==0) {
           this.state=new PlayState();
       }else {
           this.state=new PauseState();
       }
       this.state.press();
       i++;
   }
   public MusicState getState() {
       return state;
   }
   public void setState(MusicState state) {
       this.state = state;
   }
   
}

最後再來進行測試，測試代碼如下:


public static void main(String[] args) {
       Headset hs = new Headset(new PlayState());
       //第一次播放音樂
       hs.press();
       //第二次暫停音樂
       hs.press();
       //第三次播放音樂
       hs.press();

}

輸出結果:

    播放音樂!
    暫停音樂!
    播放音樂!

狀態模式優點：

擴展性好，將和狀態有關的行為放到一起，增加新的的狀態，只需要改變對象狀態即可改變對象的行為即可；
復用性好，讓多個環境對象共用一個狀態對象，從而減少系統中對象的個數；

狀態模式缺點：

使用狀態模式會增加系統類和對象的個數，並且該模式的結構與實現都較為複雜，如果使用不當將導致程式結構和代碼的混亂；
狀態模式對"開閉原則"的支持並不太好，對於可以切換狀態的狀態模式，增加新的狀態類需要修改那些負責狀態轉換的源代碼，否則無法切換到新增狀態，而且修改某個狀態類的行為也需修改對應類的源代碼。

使用場景：

行為隨狀態改變而改變的場景；
條件、分支語句的代替者。

註意事項：

在行為受狀態約束的時候使用狀態模式，而且狀態不超過5個。

** 和策略模式比較：**
在學習狀態模式的時候，很容易和策略模式搞混，因為它們實在是太像了，很難區分，在查閱一番資料之後，整理瞭如下的相同點和區別點。

相同點:

它們很容易添加新的狀態或策略，而且不需要修改使用它們的Context對象。
它們都符合OCP原則，在狀態模式和策略模式中，Context對象對修改是關閉的，添加新的狀態或策略，都不需要修改Context。
它們都會初始化。
它們都依賴子類去實現相關行為。

區別點

狀態模式的行為是平行性的，不可相互替換的；
而策略模式的行為是平等性的，是可以相互替換的。
最重要的一個不同之處是，策略模式的改變由客戶端完成；
而狀態模式的改變，由環境角色或狀態自己.