作业帮JAVA教程：State模式在客户端软件中的应用
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/09 11:34:51 JAVA
在对一个J2EE项目的重构、增加新功能的过程中，对客户端GUI程序，我们使用了State模式。结果显示，该模式的使用，不但减少了客户端GUI程序的程序规模(LOC)，而且，该部分的开发及单元测试时间大大减少，同时，在集成测试中发现的缺陷数量比使用该模式前平均减少了3倍。本文就该项目中使用State模式的方式进行介绍。
引言
在分层软件体系结构中，服务端程序关注于实现业务逻辑，客户端程序则包含用户界面。服务端程序由客户端程序调用，其请求、响应模式在设计时已经确定，运行时出现问题的概率较小。相反，客户端程序与用户直接交互，虽然有正确规定的操作顺序或模式，但是用户的操作是不可预知的，程序必须处理各种操作错误、加上数据输入有效验证等要求，使得客户端程序的开发成本上升。
因而，一旦有经过充分测试的、甚至是通过验收的用户交互程序GUI，应该尽可能的重用该GUI，以提高软件的可靠性、可维护性。
在对一个J2EE项目的重构、增加新功能的过程中，对客户端GUI程序，我们使用了State模式。结果显示，该模式的使用，不但减少了客户端GUI程序的程序规模(LOC)，而且，该部分的开发及单元测试时间大大减少，同时，在集成测试中发现的缺陷数量比使用该模式前平均减少了3倍。本文就该项目中使用State模式的方式进行介绍。
1. State模式
首先，先简单介绍一下State模式。
该模式是指在对象的内部状态改变时改变对象的行为【1】。其结构如图1所示。
图1 State模式结构
模式中各个参与者职责简介如下：
Context：用户对象，拥有一个State类型的成员，以标识对象的当前状态;
State：接口或基类，封装与Context的特定状态相关的行为;
ConcreteState：接口实现类或子类，实现了一个与Context某个状态相关的行为。
运行时，Context将与状态相关的请求委托给当前的ConcreteState对象处理。关于State模式更详尽的介绍，请参阅参考文献1。
2. 客户端应用
本模式的目标是分离客户端软件中的变化部分与不变部分，以使得变化的部分可独立于不变的部分，有利于扩充新的功能，也有利于维护。
在项目中，对于客户端GUI的重用有两种方式。
方式1适用于：相同数据集合，不同操作模式;此时，在GUI中定义客户端数据处理验证逻辑，不同的状态对象封装了不同的操作模式;
方式2适用于：不同数据集合，相同操作模式;此时，在状态对象中定义客户端数据处理验证逻辑，不同的状态对象封装了不同的数据集合操作。
2.1 类型1： Read-Only & Normal
2.1.1 动机
客户端GUI接受用户输入，经过数据有效性验证，然后将数据传输到服务端，服务端检查业务逻辑有效性，保存数据;但是在特定情况下(比如数据已经存在、且只能经历一次输入)，依据客户端GUI所操作数据的状态，业务逻辑要求数据为只读，即客户端只具有显示数据的功能，并不能改变服务器上的数据。
一般地，编程实现时，会在GUI程序中加入判断数据是否应该为只读的逻辑判断语句。如果针对相同的数据集合(Model)，有多个客户端GUI(View)，就需要在每个程序中加入该判断。如此降低了程序的可维护性，决定数据是否为只读的这样一个业务逻辑将分散在程序中多处，不易维护，在业务逻辑发生改变时，易造成不一致。
我们可以将变化部分(在Normal和Read-Only状态下不同的部分)从GUI中抽取出来，分别用不同的类来表示，这样，当GUI的状态发生改变时，只需要改变其对状态对象的引用即可，状态相关操作委托给状态对象去完成。
2.1.2 适用性
本类型适用环境：相同数据集合，不同操作模式。即特定的GUI根据操作上下文环境，改变其响应模式，根据数据是否可编辑，分为两种状态Read-Only State、 Normal State。
2.1.3 结构(图2)
图2 相同数据集合，不同操作模式
2.1.4 参与者
ClientStateChangeable：客户端GUI提供给State对象的操作接口，使得State对象可以访问GUI的成员，以完成该状态相关操作;
getChangeableComponents()：返回在状态转换为Read-Only时，不可编辑的控件Collection;
saveChangeToServer()：在可编辑状态时，将客户端数据保存到服务端。
AClientGUI：完成图1中的Context功能，即其状态要进行改变的客户端GUI;维护ClientState的一个实例(state);
init()：将this引用作为参数，调用state.setComponents(this) 以设置可变控件的初始状态;
okButtonActionPerformed(e:ActionEvent)：用户完成操作后，本方法可作为 "OK"按钮控件的ActionListener方法，调用state.action(this) 以完成本操作。
ClientState：State接口，封装与客户端GUI某个特定状态相关的行为;
setComponents(gui:ClientStateChangeable)：设置参数gui指定的客户端GUI的控件状态;
action(gui:ClientStateChangeable)：完成数据保存功能。
ClientNormalState：可编辑状态子类，实现ClientState接口;
setComponents(gui:ClientStateChangeable)：调用参数gui指定的客户端GUI的getChangeableComponents()获取控件Collection，然后遍历设置各控件状态为可编辑;
action(gui:ClientStateChangeable)：调用参数gui指定的客户端GUI的saveChangeToServer()完成数据保存功能。
ClientReadOnlyState：只读状态子类，实现ClientState接口;
setComponents(gui:ClientStateChangeable)：调用参数gui指定的客户端GUI的getChangeableComponents()获取控件Collection，然后遍历设置各控件状态为ReadOnly;
action(gui:ClientStateChangeable)：空方法，本状态下无数据变化，无须保存。
2.1.5 代码示例
2
3 public interface ClientStateChangeable {
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5 /**
6
7 * To get all changeable components in the GUI object.
8
9 * @return Collection contains Component objects.
10
11 */
12
13 Collection getChageableComponents();
14
15 /**
16
17 * To save data to server.
18
19 */
20
21 void saveChangeToServer();
22
23 }
24
25
AClientGUI类：
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3 //…
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5 private ClientState state = null;
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7 public DesignStep1View(ClientState state){
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9 //…
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11 this.state = state;
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13 this.state.setComponents(this);
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15 }
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17 private void okButton_actionPerformed(ActionEvent e){
18
19 state.action(this); //save data
20
21 }
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23 public Collection getChageableComponents() {
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25 Collection dataComponents = new ArrayList();
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27 dataComponents.add(jComboBoxESEPattern);
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29 //…
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31 return dataComponents;
32
33 }
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35 public void saveChangeToServer() {
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37 //…
38
39 }
40
41 }
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ClientState接口：
2 /**
3 * To set components' state in the GUI. * @param gui a GUI object which implements StateChangeable interface.
4 */
5 void setComponents(ClientStateChangeable gui);
6 /**
7 * when user click OK-Button in a GUI, the GUI will call this method.
8 * @param gui a GUI object which implements StateChangeable interface.
9 */
10 void action(ClientStateChangeable gui);
11 }
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ClientNormalState类：
2
3 /**
4
5 * 正常状态下, 各个控件默认为可编辑的, 所以不用做任何更改
6
7 */
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9 public void setComponents(ClientStateChangeable gui) {}
10
11 /**
12
13 * 正常状态下, 需要将用户所作修改保存到服务端
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15 */
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17 public void action(ClientStateChangeable gui) {
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19 gui.saveChangeToServer();
20
21 }
22
23 }
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25
ClientReadOnlyState类：
2
3 /**
4
5 * 设置GUI的数据控件为Read-Only
6
7 */
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9 public void setComponents(ClientStateChangeable gui) {
10
11 Collection components = gui.getChageableComponents();
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13 Iterator iter = components.iterator();
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15 while(iter.hasNext()){
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17 JComponent jc = (JComponent)iter.next();
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19 jc.setEnabled(false);
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21 String toolTip = jc.getToolTipText();
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23 String addedTip = "只读状态";
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25 if(toolTip == null)toolTip = addedTip;
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27 else toolTip += ". " + addedTip;
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29 jc.setToolTipText(toolTip);
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31 }
32
33 }
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35 /**
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37 * GUI处于Read-Only状态, 无需将数据保存到server端
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39 */
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41 public void action(ClientStateChangeable gui) {}
42
43 }
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2.2 类型2：(Reuse GUI)
2.2.1 动机
当多个客户端GUI布局、控件类型很相似，所完成的任务也相似时，只需要经过精心设计，将这些GUI的展示形式统一起来，同一个GUI可以用到多个场景中，达到重用的目的。此时，这些不同任务需要操作不同的数据集合。
可以在GUI类中实现这些不同数据集合的操作，但是这会给程序维护带来麻烦。首先，属于不同逻辑的数据操作出现在同一类文件中，造成逻辑混乱、程序规模增大，不易于调试;其次，要将GUI用于新的数据集合时，只能在相同文件中增加新的代码，此时，该程序的可维护性降低，尤其是新的工作由其他程序员完成时，要理解原有代码是很费力的。
和2.1.1节中提到的解决方法类似：将变化的部分和不变部分分离开来，使得变化的部分可以独立修改、扩充。具体地，则是将数据集合相关操作从GUI程序中抽取出来，定义一个所有数据集合操作的接口(即：状态接口)，不同地数据集合操作作为该接口的一个实现类存在。这样，每个数据集合都独立的封装于一个状态对象内;而且，要对新的数据使用该GUI，只需要定义新的状态接口实现类即可，无须修改已有类，甚至不关心已有的状态。
2.2.2 适用性
本类型适用环境：不同的数据集合，相同的操作模式。即不变化的客户端GUI，将不同的数据集合操作委托给变化的状态对象去完成。
2.2.3 结构(图3)
图3 不同数据集合，相同操作模式
2.2.4 参与者
InvariableGUI：本身不发生变化的客户端GUI类，维护一个对VariableDataState的引用state，将数据相关操作委托给该引用对象 ;
saveChangeToServer()：调用state.processData(this)完成数据相关操作;
VariableDataState：State接口，封装与数据相关操作的行为;
ProcessData(gui:InvariableGUI)：调用参数gui的成员获取数据并完成处理;
DataState1、DataState2、 … … DataStateN：状态子类，实现VariableDataState接口，封装了特定某一类数据集合的操作，可以根据不同的数据集合定义多个VariableDataState接口的状态类，从而实现了对InvariableGUI的重用。
本类型的实现代码在这里就不列出了，参照2.1.5节中的代码，很容易的就可实现本类型的结构。
2.3 综合以上两种类型
可以将以上两种类型结合起来使用，即实现了客户端软件的数据集合方面对GUI的重用，也实现了操作模式方面对GUI的重用。
程序实现时，可以由GUI类分别维护一个ClientState的引用和一个VariableDataState的引用：
初始化GUI类时，GUI的构造器调用ClientState对象的setComponents()方法设置控件的状态;
用户提交操作时，GUI调用ClientState对象的action()方法，如图2所示，该方法使用传递的gui参数回调GUI的saveChangeToServer()方法，而saveChangeToServer()方法则按照图3所示，调用VariableDataState引用的状态对象的processData()方法完成数据操作。
3 总结
本文介绍的State模式应用于多类型数据、多操作模式的客户端软件，可以取得明显的效果;但如果客户端类和状态都很少时，使用本模式，反而增加了客户端类数量，增加了体系结构的复杂性，此时，可以使用继承方式的类体系来实现重用，无须使用State状态对象的委托操作和回调操作。