设计模式之美
王争
前Google工程师,《数据结构与算法之美》专栏作者
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开篇词 (1讲)
开篇词 | 一对一的设计与编码集训,让你告别没有成长的烂代码!
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设计模式学习导读 (3讲)
01 | 为什么说每个程序员都要尽早地学习并掌握设计模式相关知识?
02 | 从哪些维度评判代码质量的好坏?如何具备写出高质量代码的能力?
03 | 面向对象、设计原则、设计模式、编程规范、重构,这五者有何关系?
设计原则与思想:面向对象 (11讲)
04 | 理论一:当谈论面向对象的时候,我们到底在谈论什么?
05 | 理论二:封装、抽象、继承、多态分别可以解决哪些编程问题?
06 | 理论三:面向对象相比面向过程有哪些优势?面向过程真的过时了吗?
07 | 理论四:哪些代码设计看似是面向对象,实际是面向过程的?
08 | 理论五:接口vs抽象类的区别?如何用普通的类模拟抽象类和接口?
09 | 理论六:为什么基于接口而非实现编程?有必要为每个类都定义接口吗?
10 | 理论七:为何说要多用组合少用继承?如何决定该用组合还是继承?
11 | 实战一(上):业务开发常用的基于贫血模型的MVC架构违背OOP吗?
12 | 实战一(下):如何利用基于充血模型的DDD开发一个虚拟钱包系统?
13 | 实战二(上):如何对接口鉴权这样一个功能开发做面向对象分析?
14 | 实战二(下):如何利用面向对象设计和编程开发接口鉴权功能?
设计原则与思想:设计原则 (12讲)
15 | 理论一:对于单一职责原则,如何判定某个类的职责是否够“单一”?
16 | 理论二:如何做到“对扩展开放、修改关闭”?扩展和修改各指什么?
17 | 理论三:里式替换(LSP)跟多态有何区别?哪些代码违背了LSP?
18 | 理论四:接口隔离原则有哪三种应用?原则中的“接口”该如何理解?
19 | 理论五:控制反转、依赖反转、依赖注入,这三者有何区别和联系?
20 | 理论六:我为何说KISS、YAGNI原则看似简单,却经常被用错?
21 | 理论七:重复的代码就一定违背DRY吗?如何提高代码的复用性?
22 | 理论八:如何用迪米特法则(LOD)实现“高内聚、松耦合”?
23 | 实战一(上):针对业务系统的开发,如何做需求分析和设计?
24 | 实战一(下):如何实现一个遵从设计原则的积分兑换系统?
25 | 实战二(上):针对非业务的通用框架开发,如何做需求分析和设计?
26 | 实战二(下):如何实现一个支持各种统计规则的性能计数器?
设计原则与思想:规范与重构 (11讲)
27 | 理论一:什么情况下要重构?到底重构什么?又该如何重构?
28 | 理论二:为了保证重构不出错,有哪些非常能落地的技术手段?
29 | 理论三:什么是代码的可测试性?如何写出可测试性好的代码?
30 | 理论四:如何通过封装、抽象、模块化、中间层等解耦代码?
31 | 理论五:让你最快速地改善代码质量的20条编程规范(上)
32 | 理论五:让你最快速地改善代码质量的20条编程规范(中)
33 | 理论五:让你最快速地改善代码质量的20条编程规范(下)
34 | 实战一(上):通过一段ID生成器代码,学习如何发现代码质量问题
35 | 实战一(下):手把手带你将ID生成器代码从“能用”重构为“好用”
36 | 实战二(上):程序出错该返回啥?NULL、异常、错误码、空对象?
37 | 实战二(下):重构ID生成器项目中各函数的异常处理代码
设计原则与思想:总结课 (3讲)
38 | 总结回顾面向对象、设计原则、编程规范、重构技巧等知识点
39 | 运用学过的设计原则和思想完善之前讲的性能计数器项目(上)
40 | 运用学过的设计原则和思想完善之前讲的性能计数器项目(下)
设计模式与范式:创建型 (7讲)
41 | 单例模式(上):为什么说支持懒加载的双重检测不比饿汉式更优?
42 | 单例模式(中):我为什么不推荐使用单例模式?又有何替代方案?
43 | 单例模式(下):如何设计实现一个集群环境下的分布式单例模式?
44 | 工厂模式(上):我为什么说没事不要随便用工厂模式创建对象?
45 | 工厂模式(下):如何设计实现一个Dependency Injection框架?
46 | 建造者模式:详解构造函数、set方法、建造者模式三种对象创建方式
47 | 原型模式:如何最快速地clone一个HashMap散列表?
设计模式与范式:结构型 (8讲)
48 | 代理模式:代理在RPC、缓存、监控等场景中的应用
49 | 桥接模式:如何实现支持不同类型和渠道的消息推送系统?
50 | 装饰器模式:通过剖析Java IO类库源码学习装饰器模式
51 | 适配器模式:代理、适配器、桥接、装饰,这四个模式有何区别?
52 | 门面模式:如何设计合理的接口粒度以兼顾接口的易用性和通用性?
53 | 组合模式:如何设计实现支持递归遍历的文件系统目录树结构?
54 | 享元模式(上):如何利用享元模式优化文本编辑器的内存占用?
55 | 享元模式(下):剖析享元模式在Java Integer、String中的应用
设计模式与范式:行为型 (11讲)
56 | 观察者模式(上):详解各种应用场景下观察者模式的不同实现方式
57 | 观察者模式(下):如何实现一个异步非阻塞的EventBus框架?
58 | 模板模式(上):剖析模板模式在JDK、Servlet、JUnit等中的应用
59 | 模板模式(下):模板模式与Callback回调函数有何区别和联系?
60 | 策略模式(上):如何避免冗长的if-else/switch分支判断代码?
61 | 策略模式(下):如何实现一个支持给不同大小文件排序的小程序?
62 | 职责链模式(上):如何实现可灵活扩展算法的敏感信息过滤框架?
63 | 职责链模式(下):框架中常用的过滤器、拦截器是如何实现的?
64 | 状态模式:游戏、工作流引擎中常用的状态机是如何实现的?
65 | 迭代器模式(上):相比直接遍历集合数据,使用迭代器有哪些优势?
66 | 迭代器模式(中):遍历集合的同时,为什么不能增删集合元素?
不定期加餐 (3讲)
加餐一 | 用一篇文章带你了解专栏中用到的所有Java语法
加餐二 | 设计模式、重构、编程规范等相关书籍推荐
春节特别加餐 | 王争:如何学习《设计模式之美》专栏?
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64 | 状态模式:游戏、工作流引擎中常用的状态机是如何实现的?

王争 2020-03-30
从今天起,我们开始学习状态模式。在实际的软件开发中,状态模式并不是很常用,但是在能够用到的场景里,它可以发挥很大的作用。从这一点上来看,它有点像我们之前讲到的组合模式。
状态模式一般用来实现状态机,而状态机常用在游戏、工作流引擎等系统开发中。不过,状态机的实现方式有多种,除了状态模式,比较常用的还有分支逻辑法和查表法。今天,我们就详细讲讲这几种实现方式,并且对比一下它们的优劣和应用场景。
话不多说,让我们正式开始今天的学习吧!

什么是有限状态机?

有限状态机,英文翻译是 Finite State Machine,缩写为 FSM,简称为状态机。状态机有 3 个组成部分:状态(State)、事件(Event)、动作(Action)。其中,事件也称为转移条件(Transition Condition)。事件触发状态的转移及动作的执行。不过,动作不是必须的,也可能只转移状态,不执行任何动作。
对于刚刚给出的状态机的定义,我结合一个具体的例子,来进一步解释一下。
“超级马里奥”游戏不知道你玩过没有?在游戏中,马里奥可以变身为多种形态,比如小马里奥(Small Mario)、超级马里奥(Super Mario)、火焰马里奥(Fire Mario)、斗篷马里奥(Cape Mario)等等。在不同的游戏情节下,各个形态会互相转化,并相应的增减积分。比如,初始形态是小马里奥,吃了蘑菇之后就会变成超级马里奥,并且增加 100 积分。
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精选留言(35)

  • 张先生丶
    关于课堂讨论,可以在接口和实现类中间加一层抽象类解决此问题,抽象类实现状态接口,状态类继承抽象类,只需要重写需要的方法即可
    2020-03-30
    15
  • J.D.
    Flutter里引入了Bloc框架后,就是非常典型的状态模式(或是有限状态机)。https://bloclibrary.dev/#/coreconcepts
    2020-03-30
    6
  • 李小四
    设计模式_63:
    # 作业
    组合优于继承
    - 即使不需要,也必须实现所有的函数
    >>> 最小接口原则,每个函数拆分到单独的接口中

    - 新增事件要修改所有状态实现
    >>> 观察者模式,用注解动态地把事件函数注册到观察队列中。

    # 感想
    看到状态接口类中直接使用了`obtainMushRoom()`这样具体的事件函数,感觉很不舒服。就像结尾的讨论,所有的状态类必须实现所有事件函数,新增一种事件状态接口和实现都要改。。。
    2020-03-30
    4
  • 小晏子
    课后思考:要解决这个问题可以有两种方式1. 直接使用抽象类替代接口,抽象类中对每个时间有个默认的实现,比如抛出unimplemented exception,这样子类要使用的话必须自己实现。2. 就是还是使用接口定义事件,但是额外创建一个抽象类实现这个接口,然后具体的状态实现类继承这个抽象类,这种方式好处在于可扩展性强,可以处理将来有不相关的事件策略加入进来的情况。
    2020-03-30
    3
  • 下雨天
    课后题
    最小接口原则

    具体做法:状态类只关心与自己相关的接口,将状态接口中定义的事件函数按事件分类,拆分到不同接口中,通过这些新接口的组合重新实现状态类即可!
    2020-03-30
    3
  • Monday
    实际上,上面的代码还可以继续优化,我们可以将状态类设计成单例,毕竟状态类中不包含任何成员变量。但是,当将状态类设计成单例之后,我们就无法通过构造函数来传递 MarioStateMachine 了,而状态类又要依赖 MarioStateMachine,那该如何解决这个问题呢?

    实际上状态类可以设计为单例,MarioStateMachine也可以通过函数的参数方式传入,但是这样做的优势是什么呢?
    2020-04-01
    2
  • jaryoung
    查表法中代码 this.score = actionTable[stateValue][eventValue]; // 61 line
    是否修改成 this.score += actionTable[stateValue][eventValue]; 才是正确呢?
    2020-04-01
    2
  • test
    课堂讨论:给新增的方法一个默认实现。
    2020-03-30
    2
  • Geek_Zjy
    课后作业,与过滤器上的解决方法一样:
    ……
    针对这个问题,我们对代码进行重构,利用模板模式,将调用 successor.handle() 的逻辑从具体的处理器类中剥离出来,放到抽象父类中。这样具体的处理器类只需要实现自己的业务逻辑就可以了。
    ……
    2020-03-31
    1
  • jaryoung
    代码中:
    public enum State {
        SMALL(0),
        SUPER(1),
        FIRE(2),
        CAPE(3);

        private int value;

        private State(int value) {
            this.value = value;
        }

        public int getValue() {
            return this.value;
        }
    }
    建议修改成:
    public enum State {
        SMALL(0),
        SUPER(1),
        CAPE(2),
        FIRE(3);

        private int value;

        private State(int value) {
            this.value = value;
        }

        public int getValue() {
            return this.value;
        }
    }
    不然查表法会有索引的问题呢,希望争哥改一下哈。
    2020-03-31
    1
  • 攻城拔寨
    多写个抽象类默认实现接口,实现类继承抽象类就行了
    2020-03-31
    1
  • Geek_54edc1
    思考题,可以用回调来替换接口,状态机类的方法增加一个回调对象的入参
    2020-03-30
    1
  • Jxin
    1.解决方法的话,java可以用接口的def函数解决,也可以在实现类和接口间加一个def实现来过度。但这都是不好的设计。事实上接口def函数的实现是一种无奈之举,我们在使用接口时应依旧遵循其语意限制?而非滥用语言特性。

    2.所以上诉解决方案,个人认为最好的方式就是细分接口包含的函数,对现有的函数重新归类,划分成不同的接口。实现时以实现多接口的方式去组合出目标实现。这也是接口隔离的体现。
    2020-03-30
    1
  • Frank
    打卡 今日学习状态模式,收获如下:
    状态模式通过将事件触发的状态转移和动作执行,拆分到不同的状态类中,来避免分支判断逻辑。与策略模式一样,状态模式可以解决if-else或着switch-case分支逻辑过多的问题。同时也了解到了有限状态机的概念,以前在看一些资料时遇到这个概念,之前不太理解这个状态机时干嘛用的,通过今天的学习,理解了状态机就是一种数学模型,该模型中有几个状态(有限的),在不同的场景下,不同的状态之间发生转移,在状态转移过程可能伴随着不同的事件发生。
    对于课堂讨论,有两种方法:1. 在实现类和接口中间定义一层中间类,中间类来实现接口,中间类中的方法都时空实现,实现类继承中间类,有选择性的覆写自己需要的方法。之后修改了接口,只需要修改中间类即可,这种方式引入了中间类,使类个数变多,一旦接口中的抽象方法变多,中间类相应的方法也随着变多,这种思路不是很优雅。2. 使用在模版模式那一节课中提到的回调方法。
    2020-03-30
    1
  • 业余爱好者
    (一直觉得状态机是个非常高大上的东西,心中一直有疑问,今天才算是基本弄懂了。)

    对于一个全局对象的依赖,当做方法参数传递是个不错的设计。像之前提到的servlet中的过滤器的过滤方法中,参数就有FilterChain这一对象。一个方法需要依赖(广义)一个对象,无非来自于对象属性和方法自身。前者叫做组合,后者叫做依赖。在接口设计中,由于没有属性一说,所以只能通过参数传递了。这样看来,说是设计,实际上是不得已而为之啊(还能怎样啊)。

    一直分不清状态模式和观察者模式,两者不都是状态变化之后触发一定的动作吗?
    2020-03-30
    1
    1
  • Tommy
    老师,状态机模式怎么防止状态回退呢?
    2020-03-30
    2
    1
  • Panmax
    查表法示例代码的 executeEvent 方法最后一行有误:
    应将:this.score = actionTable[stateValue][eventValue];
    改为:this.score += actionTable[stateValue][eventValue];
    2020-04-04
  • Hubbert伟涛
    不懂就要问,评论中对第二题课后题“所有的状态类都要做相应的修改”使用了模板方法的,想不出要怎么实现。使用抽象类继承,然后默认都抛出一个方法未实现的异常即可,简单易懂。但是使用模板方法这个我想不出要怎么实现。请指教
    2020-04-04
  • 进击的前端er
    我有个前端组件,很适合这个模式,我正在尝试重构,发现代码缩减量可能达到50%以上,而且更容易理解
    2020-04-03
  • 亢(知行合一的路上)
    老师讲状态模式,对比三种实现,之前项目中用过方法三,也是在用方法一的过程中,觉得太繁琐了,容易出错后才使用的。但对方法二,没有使用过,竟然也不知道。自己学知识不全面,仅仅为了使用、解决眼前的问题,学到的非常肤浅,没能抓到本质。感谢老师!
    2020-04-01
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