趣解设计模式之《小王的糖果售卖机》

〇、小故事

小王最近一直在寻找商机，他发现商场儿童乐园或者中小学校周围，会有很多小朋友喜欢吃糖果，那么他想设计一款糖果售卖机，让后将这些糖果售卖机布置到商场和学校旁边，这样就能获得源源不断的收益了。

想到这里，说干就干，他绘制出了一台糖果售卖机的操作及状态关系流转图，请见下图所示：

如果我们以动作做为一个方法去处理，比如：投入钱币的动作，那么我们就需要按照如下方式去实现方法中的逻辑：

【如果已经投了25分钱】提示“已经投入钱币了，你不能再投入钱币了！”；
【如果之前没有投过钱】提示“投入钱币成功！”，并且当前的糖果机状态从未投币状态变为已投币状态；
【如果糖果机里无糖果】提示“糖果已经卖光了，你不能往里投入钱币了！”
【如果糖果正在出货中】提示“请等一等，糖果正在出货中。你不用在投入钱币了！”

针对以上逻辑，代码实现如下所示：

final static int SOLD_OUT = 0; // 糖果售罄
final static int NO_QUARTER = 1; // 没有投入钱币
final static int HAS_QUARTER = 2; // 已经投入钱币
final static int SOLD = 3; // 正在出售糖果
 
public void insertQuarter() {
    if(state == HAS_QUARTER) {
        System.out.println("已经投入钱币了，你不能再投入钱币了");
    } else if(state == NO_QUARTER) {
        state = HAS_QUARTER；// 将糖果机的状态改为HAS_QUARTER（已投币）
        System.out.println("投入钱币成功");
    } if(state == SOLD_OUT) {
        System.out.println("糖果已经卖光了，你不能往里投入钱币了");
    } if(state == SOLD) {
        System.out.println("请等一等，糖果正在出货中。你不用在投入钱币了");
    }
}

那么其他的动作，比例：转动曲柄、退回钱币操作、发放糖果等，也需要按照上面的写法去实现逻辑。显然，通过这么一大堆的if...else是不优雅的，而且当增加一个全新的状态的时候，所有的动作都需要兼容这个新的动作，那么，这个就是很明显的基于过程编程了，针对以上的问题，我们可以使用今天要介绍的设计模式来解决——状态模式。

一、模式定义

状态模式（State Pattern）

允许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。

状态模式和策略模式的区别——意图是不同的

【状态模式】随着时间流逝，当前状态在状态对象集合中游走改变，以反映出context内部的状态。客户对其基本不了解。它是针对具有很多条件判断的替代方案。
【策略模式】客户通常主动指定context索要组合的策略对象是哪一个。它是继承之外的一种弹性替代方案。

二、模式类图

针对上面的介绍，我们来构造一下状态模式的类图，首先，创建状态接口State.java，接口里面包含了“插入硬币”、“退出硬币”、“扭转曲柄”和“发放糖果”这四个操作，那么具体的动作实现逻辑是与不同状态实现类一一对应的，也就是说，不同状态实现类负责各自的四个动作方法的具体实现。针对状态接口，我们创建4个实现类，分别是：糖果售卖状态类SoldState.java、糖果售空状态类SoldOutState.java、已经投放钱币状态类HasQuarterState.java、没有投放钱币状态类NoQuarterState.java，那么当前处于哪个状态则由糖果售卖机类GumballMachine.java维护。具体类图请见下图所示：

三、代码实现

状态接口类：State.java

public interface State {
    void insertQuarter(); // 投入硬币操作   
    void ejectQuarter(); // 退出硬币操作
    void turnCrank(); // 扭转曲柄操作
    void dispense(); // 发放糖果操作
}

糖果售卖状态类：SoldState.java

public class SoldState implements State {
 
    private GumballMachine gumballMachine;
 
    public SoldState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
 
    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("糖果正在出货中，请稍等。无须再次投入钱币！");
    }
 
    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("糖果正在出货中，请稍等。不能退回钱币！");
    }
 
    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("糖果正在出货中，请稍等。不需要再次扭转曲柄！");
    }
 
    @Override
    public void dispense() {
        if (gumballMachine.getCount() > 0) {
            System.out.println("糖果正在出货中，请稍等！");
            gumballMachine.releaseBall();
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState()); // 状态流转
        } else {
            System.out.println("糖果库存不足，无法出货！");
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState()); // 状态流转
        }
    }
}

糖果售空状态类：SoldOutState.java

public class SoldOutState implements State {
 
    private GumballMachine gumballMachine;
 
    public SoldOutState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
 
    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("糖果已经售罄。不能投入钱币");
    }
 
    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("退回钱币成功！");
    }
 
    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("糖果已经售罄。不能扭转曲柄！");
    }
 
    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("糖果已经售罄。糖果无法出售！");
    }
}

已经投放钱币状态类：HasQuarterState.java

public class HasQuarterState implements State {
 
    private GumballMachine gumballMachine;
 
    public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
 
    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("您已经投入钱币！无须再次投入钱币！");
    }
 
    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("退款成功！");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState()); // 状态流转
    }
 
    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("正在出货中，请稍等");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldState()); // 状态流转
    }
 
    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("你还没有扭转曲柄，糖果不可以发放！");
    }
}

没有投放钱币状态类：NoQuarterState.java

public class NoQuarterState implements State {
 
    private GumballMachine gumballMachine;
 
    public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
 
    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("投入钱币成功！");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState()); // 状态流转
    }
 
    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("你还没有投入钱币，不能退回钱币！");
    }
 
    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("你还没有投入钱币，不能扭转曲柄！");
    }
 
    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("你还没有投入钱币，糖果不可以发放！");
    }
}

糖果售卖机类：GumballMachine.java

@Data
public class GumballMachine {
    private State noQuarterState;
    private State hasQuarterState;
    private State soldState;
    private State soldOutState;
    private State state = soldOutState; // 糖果机默认状态为售罄状态
    int count = 0; // 糖果库存量
 
    public GumballMachine(int numberGumballs) {
        noQuarterState = new NoQuarterState(this);
        hasQuarterState = new HasQuarterState(this);
        soldState = new SoldState(this);
        soldOutState = new SoldOutState(this);
        count = numberGumballs;
        if (numberGumballs > 0) {
            state = noQuarterState; // 如果采购了糖果球（numberGumballs>0），则糖果机的状态为未投币状态
        }
    }
 
    // 投入钱币
    public void insertQuarter() {
        state.insertQuarter();
    }
 
    // 退出钱币
    public void ejectQuarter() {
        state.ejectQuarter();
    }
 
    // 扭转曲柄
    public void turnCrank() {
        state.turnCrank();
        state.dispense();
    }
 
    // 减少库存
    public void releaseBall() {
        if (count > 0) {
            System.out.println("一个糖果球正在出库");
            --count;
        } else {
            System.out.println("库存不足，一个糖果球无法出库");
        }
    }
 
    // 设置状态
    void setState(State state) {
        this.state = state;
    }
}

状态模式测试类：StateTest.java

public class StateTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("-----向糖果机中放入1枚糖果-----");
        GumballMachine machine = new GumballMachine(1);
 
        System.out.println("-----第一次购买糖果-----");
        machine.insertQuarter();
        machine.ejectQuarter();
        machine.turnCrank();
 
        System.out.println("-----第二次购买糖果-----");
        machine.insertQuarter();
        machine.turnCrank();
 
        System.out.println("-----第三次购买糖果-----");
        machine.insertQuarter();
        machine.turnCrank();
        machine.ejectQuarter();
    }
}

今天的文章内容就这些了：

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