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JavaScript中的状态模式详解

2024-11-25 15:37:44 作者：橘猫吃不胖～

状态模式允许对象在其内部状态改变时改变其行为,通过将每种状态封装成单独的类,状态模式可以消除原本存在的大量条件分支语句,使得代码更易读和维护

1 什么是状态模式

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。

比如说这样一个场景：

有一个电灯，电灯上面只有一个开关。
当电灯开着的时候，此时按下开关，电灯会切换到关闭状态；再按一次开关，电灯又将被打开。
同一个开关按钮，在不同的状态下，表现出来的行为是不一样的。

我们用代码来描述上面的场景：

// 定义一个Light类
var Light = function () {
  this.state = "off"; // 给电灯设置初始状态 off
  this.button = null; // 电灯开关按钮
};

// 在页面中创建一个真实的button节点
Light.prototype.init = function () {
  var button = document.createElement("button"), // 创建一个开关按钮
    self = this;
  button.innerHTML = "开关";
  this.button = document.body.appendChild(button);
  // 开关被按下的事件
  this.button.onclick = function () {
    self.buttonWasPressed();
  };
};

// 开关被按下的行为
Light.prototype.buttonWasPressed = function () {
  // 如果当前是关灯状态，按下开关表示开灯
  if (this.state === "off") {
    console.log("开灯");
    this.state = "on";
  } else if (this.state === "on") {
    // 如果当前是开灯状态，按下开关表示关灯
    console.log("关灯");
    this.state = "off";
  }
};

var light = new Light();
light.init();

但是灯的种类是多种多样的，另外一种电灯，这种电灯也只有一个开关，但它的表现是：第一次按下打开弱光，第二次按下打开强光，第三次才是关闭电灯，现在我们改造上面的代码来完成这种新型电灯的制造：

Light.prototype.buttonWasPressed = function () {
  if (this.state === "off") {
    console.log("弱光");
    this.state = "weakLight";
  } else if (this.state === "weakLight") {
    console.log("强光");
    this.state = "strongLight";
  } else if (this.state === "strongLight") {
    console.log("关灯");
    this.state = "off";
  }
};

在上面的代码中，存在一些很明显的缺点：

buttonWasPressed方法违反开放—封闭原则，每次新增或者修改灯光的状态，都需要改动buttonWasPressed方法中的代码，这使其成为了一个非常不稳定的方法
所有跟状态有关的行为，都被封装在buttonWasPressed方法里，如果这个电灯又增加了其他光的种类，那这个方法会越来越庞大
状态的切换不明显，仅仅表现为改变state，容易漏掉某些状态
状态之间的切换关系，是靠if、else语句，增加或者修改一个状态可能需要改变若干个操作，这使代码难以阅读和维护

2 使用状态模式改造电灯程序

状态模式的关键是把事物的每种状态都封装成单独的类，跟此种状态有关的行为都被封装在这个类的内部，所以button被按下的的时候，只需要在上下文中，把这个请求委托给当前的状态对象即可，该状态对象会负责渲染它自身的行为。

同时我们还可以把状态的切换规则事先分布在状态类中，这样就有效地消除了原本存在的

大量条件分支语句，代码如下：

// OffLightState：
var OffLightState = function (light) {
  this.light = light;
};
OffLightState.prototype.buttonWasPressed = function () {
  console.log("弱光"); // offLightState 对应的行为
  this.light.setState(this.light.weakLightState); // 切换状态到 weakLightState
};

// WeakLightState：
var WeakLightState = function (light) {
  this.light = light;
};
WeakLightState.prototype.buttonWasPressed = function () {
  console.log("强光"); // weakLightState 对应的行为
  this.light.setState(this.light.strongLightState); // 切换状态到 strongLightState
};

// StrongLightState：
var StrongLightState = function (light) {
  this.light = light;
};
StrongLightState.prototype.buttonWasPressed = function () {
  console.log("关灯"); // strongLightState 对应的行为
  this.light.setState(this.light.offLightState); // 切换状态到 offLightState
};

// 改写Light类，在Light类中为每个状态类都创建一个状态对象，可以很明显的看到灯的种类
var Light = function () {
  this.offLightState = new OffLightState(this);
  this.weakLightState = new WeakLightState(this);
  this.strongLightState = new StrongLightState(this);
  this.button = null;
};

// 按下按钮的事件中，将请求委托给当前持有的状态对象去执行
Light.prototype.init = function () {
  var button = document.createElement("button"), // 创建button
    self = this;
  this.button = document.body.appendChild(button);
  this.button.innerHTML = "开关";
  // 设置当前状态
  this.currState = this.offLightState;
  this.button.onclick = function () {
    self.currState.buttonWasPressed();
  };
};

// 切换light对象的状态
Light.prototype.setState = function (newState) {
  this.currState = newState;
};

var light = new Light();
light.init();

3 缺少抽象类的变通方式

在上面的代码中，在状态类中将定义一些共同的行为方法，Context最终会将请求委托给状态对象的这些方法，在这个例子里这个方法就是buttonWasPressed。无论增加了多少种状态类，它们都必须实现buttonWasPressed方法。

所以使用状态模式的时候要格外小心，如果我们编写一个状态子类时，忘记了给这个状态子类实现buttonWasPressed方法，则会在状态切换的时候抛出异常，因为Context总是把请求委托给状态对象的buttonWasPressed方法。

因此我们让抽象父类的抽象方法直接抛出一个异常：

var State = function () {};
State.prototype.buttonWasPressed = function () {
  throw new Error("父类的 buttonWasPressed 方法必须被重写");
};
var SuperStrongLightState = function (light) {
  this.light = light;
};
SuperStrongLightState.prototype = new State(); // 继承抽象父类
SuperStrongLightState.prototype.buttonWasPressed = function () {
  // 重写 buttonWasPressed 方法
  console.log("关灯");
  this.light.setState(this.light.offLightState);
};

4 示例：文件上传

4.1 场景描述

例如，控制文件上传需要两个节点按钮，第一个用于暂停和继续上传，第二个用于删除文件

当文件在扫描状态中，不能进行任何操作，既不能暂停也不能删除文件，只能等待扫描完成。扫描完成之后，根据文件的md5值判断，若确认该文件已经存在于服务器，则直接跳到上传完成状态。如果该文件的大小超过允许上传的最大值，或者该文件已经损坏，则跳往上传失败状态。剩下的情况下才进入上传中状态
上传过程中可以点击暂停按钮来暂停上传，暂停后点击同一个按钮会继续上传
扫描和上传过程中，点击删除按钮无效，只有在暂停、上传完成、上传失败之后，才能删除文件

假设我们使用一个插件对象帮助我们完成上传工作：

var plugin = (function () {
  var plugin = document.createElement("embed");
  plugin.style.display = "none";
  plugin.type = "application/txftn-webkit";
  plugin.sign = function () {
    console.log("开始文件扫描");
  };
  plugin.pause = function () {
    console.log("暂停文件上传");
  };
  plugin.uploading = function () {
    console.log("开始文件上传");
  };
  plugin.del = function () {
    console.log("删除文件上传");
  };
  plugin.done = function () {
    console.log("文件上传完成");
  };
  document.body.appendChild(plugin);
  return plugin;
})();

上传是一个异步的过程，所以控件会不停地调用全局函数window.external.upload，来通知目前的上传进度，控件会把当前的文件状态作为参数state塞进window.external.upload，在此例中该函数负责打印一些log：

window.external.upload = function (state) {
  console.log(state); // 可能为 sign、uploading、done、error
};

4.2 代码过程

首先定义Upload类，在构造函数中为每种状态子类都创建一个实例对象：

var Upload = function (fileName) {
  this.plugin = plugin;
  this.fileName = fileName;
  this.button1 = null;
  this.button2 = null;
  this.signState = new SignState(this); // 设置初始状态为 waiting
  this.uploadingState = new UploadingState(); // 上传中
  this.pauseState = new PauseState(this); // 暂停
  this.doneState = new DoneState(this); // 上传完成
  this.errorState = new ErrorState(this); // 上传错误
  this.currState = this.signState; // 设置当前状态
};

创建两个按钮，一个控制文件暂停和继续上传，一个用于删除文件：

Upload.prototype.init = function () {
  var that = this;
  this.dom = document.createElement("div");
  this.dom.innerHTML =
    "<span>文件名称:" +
    this.fileName +
    '</span><button data-action="button1">扫描中</button><button data-action="button2">删除</button>';
  document.body.appendChild(this.dom);
  this.button1 = this.dom.querySelector('[data-action="button1"]'); // 第一个按钮
  this.button2 = this.dom.querySelector('[data-action="button2"]'); // 第二个按钮
  this.bindEvent();
};

为两个按钮分别绑定点击事件，在点击了按钮之后，Context并不做任何具体的操作，而是把请求委托给当前的状态类来执行：

Upload.prototype.bindEvent = function () {
  var self = this;
  this.button1.onclick = function () {
    self.currState.clickHandler1();
  };
  this.button2.onclick = function () {
    self.currState.clickHandler2();
  };
};

// 扫描中
Upload.prototype.sign = function () {
  this.plugin.sign();
  this.currState = this.signState;
};
// 上传中
Upload.prototype.uploading = function () {
  this.button1.innerHTML = "正在上传，点击暂停";
  this.plugin.uploading();
  this.currState = this.uploadingState;
};
// 暂停
Upload.prototype.pause = function () {
  this.button1.innerHTML = "已暂停，点击继续上传";
  this.plugin.pause();
  this.currState = this.pauseState;
};
// 上传成功
Upload.prototype.done = function () {
  this.button1.innerHTML = "上传完成";
  this.plugin.done();
  this.currState = this.doneState;
};
// 上传失败
Upload.prototype.error = function () {
  this.button1.innerHTML = "上传失败";
  this.currState = this.errorState;
};
// 删除
Upload.prototype.del = function () {
  this.plugin.del();
  this.dom.parentNode.removeChild(this.dom);
};

再接下来是编写各个状态类的实现：

var StateFactory = (function () {
  var State = function () {};
  State.prototype.clickHandler1 = function () {
    throw new Error("子类必须重写父类的 clickHandler1 方法");
  };
  State.prototype.clickHandler2 = function () {
    throw new Error("子类必须重写父类的 clickHandler2 方法");
  };
  return function (param) {
    var F = function (uploadObj) {
      this.uploadObj = uploadObj;
    };
    F.prototype = new State();
    for (var i in param) {
      F.prototype[i] = param[i];
    }
    return F;
  };
})();

var SignState = StateFactory({
  clickHandler1: function () {
    console.log("扫描中，点击无效...");
  },
  clickHandler2: function () {
    console.log("文件正在上传中，不能删除");
  },
});

var UploadingState = StateFactory({
  clickHandler1: function () {
    this.uploadObj.pause();
  },
  clickHandler2: function () {
    console.log("文件正在上传中，不能删除");
  },
});

var PauseState = StateFactory({
  clickHandler1: function () {
    this.uploadObj.uploading();
  },
  clickHandler2: function () {
    this.uploadObj.del();
  },
});

var DoneState = StateFactory({
  clickHandler1: function () {
    console.log("文件已完成上传, 点击无效");
  },
  clickHandler2: function () {
    this.uploadObj.del();
  },
});

var ErrorState = StateFactory({
  clickHandler1: function () {
    console.log("文件上传失败, 点击无效");
  },
  clickHandler2: function () {
    this.uploadObj.del();
  },
});

测试一下：

var uploadObj = new Upload("AAAAAAAAA");
uploadObj.init();
window.external.upload = function (state) {
  // 插件调用 JavaScript 的方法
  uploadObj[state]();
};
window.external.upload("sign"); // 文件开始扫描
setTimeout(function () {
  window.external.upload("uploading"); // 1 秒后开始上传
}, 1000);
setTimeout(function () {
  window.external.upload("done"); // 5 秒后上传完成
}, 5000);

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。