Android中的设计模式-状态模式
原文出處：http://www.linuxidc.com/Linux/2015-04/116013.htm
狀態(tài)模式說明
“狀態(tài)模式允許一個對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變的時候改變其行為。這個對象看上去就像是改變了它的類一樣。” –《JAVA與模式》
管理者持有多種狀態(tài)，狀態(tài)切換后，管理者調(diào)用Handle方法時，間接調(diào)用狀態(tài)類中的Handle方法，從而根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)的不同，就可以表現(xiàn)出不同的結(jié)果。
狀態(tài)模式類圖
狀態(tài)模式使用示例
例如一個變形金剛，假設(shè)它有3中狀態(tài)：汽車狀態(tài)，人形狀態(tài)，飛機狀態(tài)。 不同的狀態(tài)進行戰(zhàn)斗的時候，采用的方式不同，分別是“撞擊碾壓”，“赤手空拳”和“導(dǎo)彈射擊”。各個類及方法見下面類圖
代碼
State接口
public interface State {public void fight(); }CarState
public class CarState implements State {private static String stateName ="汽車形態(tài)";@Overridepublic void fight() {System.out.println("橫沖直撞碾壓");}@Overridepublic String toString() {return stateName;} }FlightState
public class FlightState implements State {private static String stateName ="飛機形態(tài)";@Overridepublic void fight() {System.out.println("發(fā)射導(dǎo)彈攻擊");}@Overridepublic String toString() {return stateName;} }HumanState
public class HumanState implements State {private static String stateName ="人性形態(tài)";@Overridepublic void fight() {System.out.println("赤手空拳搏斗");}@Overridepublic String toString() {return stateName;} }Transformer類
public class Transformer {private String name;private State currentState;public State transformTo(State state){this.currentState=state;return this.currentState;}public void fight(){this.currentState.fight();}public Transformer(String name,State currentState) {this.name=name;this.currentState = currentState;}}測試類
public class TransformerTest {public static void main(String[] args){State currentState;//創(chuàng)建初始形態(tài)State initState=new CarState();//創(chuàng)建變形金剛Transformer bumblebee= new Transformer("大黃蜂", initState);//開始戰(zhàn)斗bumblebee.fight();//切換到人形形態(tài)currentState= bumblebee.transformTo(new HumanState());System.out.println("切換到："+currentState);bumblebee.fight();//切換到飛機形態(tài)currentState= bumblebee.transformTo(new FlightState());System.out.println("切換到："+currentState);bumblebee.fight();} }輸出結(jié)果
橫沖直撞碾壓 切換到：人性形態(tài) 赤手空拳搏斗 切換到：飛機形態(tài) 發(fā)射導(dǎo)彈攻擊Android源碼中的使用舉例
Android系統(tǒng)源代碼中有一個名為StateMachine的工具類，該類是一個分層狀態(tài)機，處理各種State類的轉(zhuǎn)化。State狀態(tài)類必須實現(xiàn)processMessage方法，為了創(chuàng)建/摧毀工作環(huán)境，還可以繼承實現(xiàn)enter/exit等方法。
相比較前面所說的基本的狀態(tài)模式，StateMachine可以在每一個狀態(tài)內(nèi)，定義其接收不同的指令，會切換到哪個狀態(tài)，而不需要狀態(tài)機主動去設(shè)定狀態(tài)，降低了主體和狀態(tài)之間的耦合，增加一個新狀態(tài)時更加方便。
狀態(tài)機建立
當(dāng)一個StateMachine對象建立后，可以通過addState()函數(shù)來設(shè)定狀態(tài)機有哪些狀態(tài)，通過setInitialState()來設(shè)定初始的狀態(tài)。通過start()方法來初始化并啟動虛擬機。
addState(State state, State parent) —-state為當(dāng)前增加的狀態(tài)，parent為當(dāng)前狀態(tài)的父狀態(tài)。
狀態(tài)機啟動時首先調(diào)用初始State的enter函數(shù)來初始化當(dāng)前狀態(tài)，并且是從最頂層的父狀態(tài)開始調(diào)用，然后再向下調(diào)用到子狀態(tài)的enter。
如上所示，當(dāng)設(shè)定mS1為初始狀態(tài)時，會依次調(diào)用mP1 mS1的enter函數(shù)來初始化環(huán)境。如下代碼所展示的，mStateStack是狀態(tài)從父到子的一個StateInfo數(shù)組。StateInfo是和一個State綁定的。包含了當(dāng)前狀態(tài)，父狀態(tài)，當(dāng)前是否激活。
private final void invokeEnterMethods(int stateStackEnteringIndex) {for (int i = stateStackEnteringIndex; i <= mStateStackTopIndex; i++) {if (mDbg) Log.d(TAG, "invokeEnterMethods: " + mStateStack[i].state.getName());mStateStack[i].state.enter();mStateStack[i].active = true;}}可以看看這個數(shù)組的初始化過程：
1,首先依次把當(dāng)前狀態(tài)及循環(huán)追溯父類的狀態(tài)保存在mTempStateStack臨時的棧中。
2,然后把臨時的棧倒序，并保存在mStateStack中，這時mStateStack從0開始就是最頂端的父類，然后依次保存子類。
private final int moveTempStateStackToStateStack() {int startingIndex = mStateStackTopIndex + 1;int i = mTempStateStackCount - 1;int j = startingIndex;while (i >= 0) {if (mDbg) Log.d(TAG, "moveTempStackToStateStack: i=" + i + ",j=" + j);mStateStack[j] = mTempStateStack[i];j += 1;i -= 1;}mStateStackTopIndex = j - 1;if (mDbg) {Log.d(TAG, "moveTempStackToStateStack: X mStateStackTop="+ mStateStackTopIndex + ",startingIndex=" + startingIndex+ ",Top=" + mStateStack[mStateStackTopIndex].state.getName());}return startingIndex;}狀態(tài)機運行
狀態(tài)機啟動之后，通過調(diào)用狀態(tài)機的StateMachine.obtainMessage()函數(shù)來獲取消息，通過StateMachine.sendMessage()函數(shù)來發(fā)送消息，狀態(tài)機接收到這個消息后，就會調(diào)用當(dāng)前狀態(tài)的processMessage()函數(shù)來根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)中定義好的方式，進行狀態(tài)的切換。
public final void handleMessage(Message msg) {if (mDbg) Log.d(TAG, "handleMessage: E msg.what=" + msg.what);/** Save the current message */mMsg = msg;if (mIsConstructionCompleted) {/** Normal path */processMsg(msg);......private final void processMsg(Message msg) {StateInfo curStateInfo = mStateStack[mStateStackTopIndex];if (mDbg) {Log.d(TAG, "processMsg: " + curStateInfo.state.getName());}if (isQuit(msg)) {transitionTo(mQuittingState);} else {while (!curStateInfo.state.processMessage(msg)) { //調(diào)用當(dāng)前狀態(tài)的processMessage()函數(shù)curStateInfo = curStateInfo.parentStateInfo;//如果當(dāng)前狀態(tài)沒有處理，則將父狀態(tài)設(shè)為當(dāng)前狀態(tài)，繼續(xù)父狀態(tài)的ProcessMessage函數(shù)處理if (curStateInfo == null) {//如果不再有父狀態(tài)了，則作為未處理的信息打印LogmSm.unhandledMessage(msg);break;}if (mDbg) {Log.d(TAG, "processMsg: " + curStateInfo.state.getName());}}狀態(tài)機中的狀態(tài)，可能會有父狀態(tài)，如果當(dāng)前狀態(tài)的processMessage函數(shù)返回false 或者 NOT_HANDLED，就會向上調(diào)用父狀態(tài)的processMessage函數(shù)進行處理，如果最頂端的父狀態(tài)也沒處理，那就交給unhandledMessage函數(shù)做最后的處理（一般是丟掉，當(dāng)然可以自己定義最后的處理函數(shù)）。隨后
當(dāng)所有的處理結(jié)束后，狀態(tài)機可以調(diào)用transitionToHaltingState進入HaltingState(StateMachine內(nèi)部預(yù)設(shè)的狀態(tài))。并調(diào)用到自定義StateMachine的onHalting()函數(shù)，進入HaltingState狀態(tài)后，所有隨后發(fā)來的消息，都會導(dǎo)致HaltingState的haltedProcessMessage的調(diào)用（同樣需要繼承實現(xiàn)自定義處理）。
如果想要停止?fàn)顟B(tài)機，可以調(diào)用quit或者abort方法，從而進入QuittingState，并在下一次處理時，退出HandlerThread線程，清理內(nèi)部各個對象。
狀態(tài)的轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致當(dāng)前狀態(tài)的退出，和新狀態(tài)的進入，當(dāng)從當(dāng)前狀態(tài)退出時，會逐層向上調(diào)用父狀態(tài)的退出exit函數(shù)，但注意，這種逐層調(diào)用，會在當(dāng)前狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)的共同父狀態(tài)處不再執(zhí)行exit()，如果前狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)的不存在共同的父狀態(tài)，則徹底退出當(dāng)前狀態(tài)的所有父狀態(tài)，并進入新狀態(tài)。
private final void invokeExitMethods(StateInfo commonStateInfo) {//commonStateInfo是前狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)的共同父狀態(tài)while ((mStateStackTopIndex >= 0) &&(mStateStack[mStateStackTopIndex] != commonStateInfo)) {State curState = mStateStack[mStateStackTopIndex].state;if (mDbg) Log.d(TAG, "invokeExitMethods: " + curState.getName());curState.exit();mStateStack[mStateStackTopIndex].active = false;mStateStackTopIndex -= 1;} }狀態(tài)機還可以調(diào)用deferMessage方法和sendMessageAtFrontOfQueue方法。
deferMessage方法會將該消息保存在一個延遲隊列中，這時并不發(fā)送出去，而是會在下一次狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時候（例如從A狀態(tài)變?yōu)锽狀態(tài)），將延遲隊列中的所有消息放在消息隊列的最前面。這些消息就會在B狀態(tài)作為當(dāng)前狀態(tài)時被處理。
sendMessageAtFrontOfQueue方法會調(diào)用狀態(tài)機的Handler的sendMessageAtFrontOfQueue()方法，將當(dāng)前發(fā)送的消息，排在消息隊列的最前面而不是原本的最后面。
為了說明這些特性，下面是一個具有8個狀態(tài)的狀態(tài)層次。
mP0/ \mP1 mS0/ \mS2 mS1/ \ \ mS3 mS4 mS5 ---> 初始狀態(tài)當(dāng)狀態(tài)機開始后，進入初始狀態(tài)mS5，各個父狀態(tài)同樣也是活動的，于是mP0, mP1, mS1 和mS5都是活動的。當(dāng)有一個消息發(fā)出來，就會依次調(diào)用mS5,
mS1, mP1, mP0的processMessage方法（前提是都會返回false或者NOT_HANDLED）。
然后現(xiàn)在假設(shè)mS5的processMessage可以處理這個消息，并且會調(diào)用transitionTo(mS4)將狀態(tài)轉(zhuǎn)為mS4，然后返回true 或 HANDLED。processMessage返回后會進入performTransitions方法，其會找到mS5和mS4的共同父狀態(tài)，也就是mP1。緊接著會依次調(diào)用mS5.exit, mS1.exit 然后是 mS2.enter mS4.enter. 這時mP0, mP1, mS2，mS4 這四個狀態(tài)是活動的，當(dāng)下一個消息到來的時候，就會激活mS4.processMessage方法。
下面是一個繼承了StateMachine的HelloWorld。該狀態(tài)機會在接收每一個消息的時候，打印一個 “Hello World” 字符串。
class HelloWorld extends StateMachine {HelloWorld(String name) {super(name);addState(mState1);setInitialState(mState1);}public static HelloWorld makeHelloWorld() {HelloWorld hw = new HelloWorld("hw");hw.start();return hw;}class State1 extends State {@Override public boolean processMessage(Message message) {Log.d(TAG, "Hello World");return HANDLED;}}State1 mState1 = new State1(); }void testHelloWorld() {HelloWorld hw = makeHelloWorld();hw.sendMessage(hw.obtainMessage()); }下面是一個具有4個狀態(tài)的狀態(tài)機，并分為2個獨立的父狀態(tài)
mP1 mP2/ \mS2 mS1--初始狀態(tài)下面是這幾個狀態(tài)的偽代碼
state mP1 {enter { log("mP1.enter"); }exit { log("mP1.exit"); }on msg {CMD_2 {send(CMD_3);defer(msg);transitonTo(mS2); return HANDLED;} return NOT_HANDLED;} }state mS1 parent mP1 {enter { log("mS1.enter"); }exit { log("mS1.exit"); }on msg {CMD_1 {transitionTo(mS1); return HANDLED;} return NOT_HANDLED;} }state mS2 parent mP1 {enter { log("mS2.enter"); }exit { log("mS2.exit"); }on msg {CMD_2 {send(CMD_4); return HANDLED;}CMD_3 {defer(msg);transitionTo(mP2); return HANDLED;} return NOT_HANDLED;} }state mP2 {enter {log("mP2.enter");send(CMD_5);}exit { log("mP2.exit"); }on msg {CMD_3, CMD_4 { return HANDLED; }CMD_5 {transitionTo(HaltingState); return HANDLED;} return NOT_HANDLED;} }測試代碼：
class Hsm1 extends StateMachine {private static final String TAG = "hsm1";public static final int CMD_1 = 1;public static final int CMD_2 = 2;public static final int CMD_3 = 3;public static final int CMD_4 = 4;public static final int CMD_5 = 5;public static Hsm1 makeHsm1() {Log.d(TAG, "makeHsm1 E");Hsm1 sm = new Hsm1("hsm1");sm.start();Log.d(TAG, "makeHsm1 X");return sm;}Hsm1(String name) {super(name);Log.d(TAG, "ctor E");// 添加狀態(tài)addState(mP1);addState(mS1, mP1);addState(mS2, mP1);addState(mP2);// 設(shè)定初始狀態(tài)setInitialState(mS1);Log.d(TAG, "ctor X");}class P1 extends State {@Override public void enter() {Log.d(TAG, "mP1.enter");}@Override public boolean processMessage(Message message) {boolean retVal;Log.d(TAG, "mP1.processMessage what=" + message.what);switch(message.what) {case CMD_2:// CMD_2 will arrive in mS2 before CMD_3sendMessage(obtainMessage(CMD_3));deferMessage(message);transitionTo(mS2);retVal = HANDLED;break;default:// Any message we don't understand in this state invokes unhandledMessageretVal = NOT_HANDLED;break;}return retVal;}@Override public void exit() {Log.d(TAG, "mP1.exit");}}class S1 extends State {@Override public void enter() {Log.d(TAG, "mS1.enter");}@Override public boolean processMessage(Message message) {Log.d(TAG, "S1.processMessage what=" + message.what);if (message.what == CMD_1) {// Transition to ourself to show that enter/exit is calledtransitionTo(mS1);return HANDLED;} else {// Let parent process all other messagesreturn NOT_HANDLED;}}@Override public void exit() {Log.d(TAG, "mS1.exit");}}class S2 extends State {@Override public void enter() {Log.d(TAG, "mS2.enter");}@Override public boolean processMessage(Message message) {boolean retVal;Log.d(TAG, "mS2.processMessage what=" + message.what);switch(message.what) {case(CMD_2):sendMessage(obtainMessage(CMD_4));retVal = HANDLED;break;case(CMD_3):deferMessage(message);transitionTo(mP2);retVal = HANDLED;break;default:retVal = NOT_HANDLED;break;}return retVal;}@Override public void exit() {Log.d(TAG, "mS2.exit");}}class P2 extends State {@Override public void enter() {Log.d(TAG, "mP2.enter");sendMessage(obtainMessage(CMD_5));}@Override public boolean processMessage(Message message) {Log.d(TAG, "P2.processMessage what=" + message.what);switch(message.what) {case(CMD_3):break;case(CMD_4):break;case(CMD_5):transitionToHaltingState();break;}return HANDLED;}@Override public void exit() {Log.d(TAG, "mP2.exit");}}@Override void onHalting() {Log.d(TAG, "halting");synchronized (this) {this.notifyAll();}}P1 mP1 = new P1();S1 mS1 = new S1();S2 mS2 = new S2();P2 mP2 = new P2(); }//注意：添加synchronize塊是因為我們使用了hsm.wait()。
Hsm1 hsm = makeHsm1();//創(chuàng)建StateMachine對象
synchronize(hsm) {
hsm.sendMessage(obtainMessage(hsm.CMD_1));
hsm.sendMessage(obtainMessage(hsm.CMD_2));
try {
// wait for the messages to be handled
hsm.wait();
} catch (InterruptedException e) {
Log.e(TAG, “exception while waiting ” + e.getMessage());
}
}
輸出：
畫一個流程圖
狀態(tài)機的實例–DataConnection
Android源碼中使用狀態(tài)機的地方不少，比如Wifi狀態(tài)，數(shù)據(jù)連接狀態(tài)，藍牙耳機狀態(tài)等，我們?nèi)”容^典型的Telephony中的DataConnection（Android4.2.2） 為例說明狀態(tài)機的使用。
其中DcDefaultState是所有狀態(tài)的父狀態(tài)，
狀態(tài) 含義
DcInactiveState 非活動狀態(tài)
DcActivatingState 激活狀態(tài)
DcActiveState 活動狀態(tài)
DcDisconnectingState 去激活狀態(tài)
DcDisconnectionErrorCreatingConnection 創(chuàng)建連接時出錯狀態(tài)
狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
初始化
protected DataConnection(PhoneBase phone, String name, int id, RetryManager rm,DataConnectionTracker dct) {...... addState(mDefaultState);addState(mInactiveState, mDefaultState);addState(mActivatingState, mDefaultState);addState(mActiveState, mDefaultState);addState(mDisconnectingState, mDefaultState);addState(mDisconnectingErrorCreatingConnection, mDefaultState);setInitialState(mInactiveState);....最開始處在DcInactiveState狀態(tài)，當(dāng)DataConnectionTracker調(diào)用DataConnection的bringUp方法時
public void bringUp(Message onCompletedMsg, ApnSetting apn) {sendMessage(obtainMessage(EVENT_CONNECT, new ConnectionParams(apn, onCompletedMsg)));}會發(fā)送EVENT_CONNECT消息，這就會調(diào)用到當(dāng)前狀態(tài)DcInactiveState的processMessage方法。
public boolean processMessage(Message msg) { boolean retVal;switch (msg.what) {case EVENT_CONNECT:ConnectionParams cp = (ConnectionParams) msg.obj;cp.tag = mTag;if (DBG) {log("DcInactiveState msg.what=EVENT_CONNECT." + "RefCount = "+ mRefCount);}mRefCount = 1;onConnect(cp); //調(diào)用phone.mCM.setupDataCall 方法想RILJ發(fā)送RIL_REQUEST_SETUP_DATA_CALL請求。transitionTo(mActivatingState);//切換到mActivatingState狀態(tài)。retVal = HANDLED;break;} }其他狀態(tài)的切換的處理根據(jù)需求和興趣自行閱讀即可。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Android中的设计模式-状态模式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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