디자인 패턴: 스테이트 패턴 (State Pattern)

no_mkd

일.스테이트 패턴이란 무엇인가?

모든 액션을 스테이트 오브젝트에 캡슐화하고, 스테이트 홀더는 현재 스테이트 오브젝트에 행동을 위임합니다

즉, 스테이트 홀더 (예를 들어 자동차, 텔레비전, ATM 기는 여러 상태를 가집니다) 는 행동의 세부 사항을 알지 못하며, 스테이트 홀더는 자신이 현재 처해 있는 상태 (어떤 스테이트 오브젝트를 보유하고 있는지) 만 신경 쓰면 되고, 모든 일을 현재 스테이트 오브젝트에 맡기면 됩니다. 물론 스테이트 홀더에게는 상태 전환을 제어할 권리가 있으며, 선택하여 아무것도 하지 않을 수도 있습니다..)

이.예를 들다

ATM 기를 시뮬레이션한다고 가정하고, 다음과 같은 요구 사항이 있습니다:

현금 인출, 카드 비밀번호 인증, 현금吐出, 서비스 종료
카드 비밀번호 인증 실패 또는 잔액 부족 시, 카드를 반환하고 이번 서비스를 종료한다
기계 내에 현금이 없는 경우, No Cash 를 표시하고 은행에 현금 부족 정보를 전송한다
기계 고장의 경우, No Service 를 표시하고 유지보수 담당자에게 유지보수 요청을 전송한다

사용자의 현금 인출 프로세스는 다음과 같습니다:

이것은 사용자 조작의 흐름입니다. ATM 기에게는 다음과 같은 점에도 주의해야 합니다:

사용자 입력 금액을 획득한 후, 사용자의 카드 내 잔액뿐만 아니라 ATM 기 내의 잔액도 검증해야 한다
매번 성공적인 현금 인출 서비스 종료 후, ATM 기 내의 잔액을 체크해야 한다 (현금이 없으면 해당 처리를 수행한다)
어떠한 링크에서도 처리할 수 없는 오류가 발생하면, 고장으로 처리한다

위의 현금 인출 프로세스를 생각해 보면, 다양한 불법 조작도 고려해야 합니다. 예를 들어:

카드를 삽입하지 않고 직접 비밀번호를 입력한다
기계 고장 시에도 계속 조작을 수행한다
기계 내에 현금이 없을 때 현금 인출을 요구한다

세분화한 후, 세부 문제가 매우 번거로워진다는 것을 알게 됩니다. 기계는 그곳에 놓여 있고, 모든 사용자 인터페이스가 개방되어 있습니다. 사용자는 언제든지任意의 인터페이스를 사용할 수 있습니다. 이러한 불법 조작을 방지하기 위해, 일련의 판단을 추가하지 않을 수 없습니다. 예를 들어:

비밀번호를 검증하기 전에 카드가 삽입되었는지, 그리고 기계가 고장나지 않았는지 체크해야 한다
카드를 삽입하기 전에 기계가 고장나지 않았는지 체크해야 한다
현금 인출 조작 전에 기계가 고장났는지, 현금이 없는지,是否。。。

코드에는 기계의 상태를 나타내기 위해大量의 멤버 변수를 설정해야 하며, 더 무서운 것은 로직 블록 내에大量의 if-else 가 존재하고, 게다가 각 조작 내의 if-else 블록에는 미세한 차이만 있다는 것입니다. 중복으로 보이지만 처리하기 어렵습니다 (각 판단을 독립된 메서드로 추출해도 코드 규모를 축소할 수 있지만, 처리 과정상으로는 여전히 중복입니다..)

더 나은 처리 방법은 스테이트 패턴을 사용하는 것으로, 상태 판단 부분의 중복을 완전히 제거하고 명확하고 정돈된 코드 구조를 제공할 수 있습니다. 아래에서 스테이트 패턴을 사용하여 예제의 요구 사항을 구현합니다

(1) 먼저 ATM 이 제공하는 모든 인터페이스를 찾는다

카드 삽입
비밀번호 제출
현금 인출 (현금 인출 버튼은 물리 키라고 가정)
조회 (위와 같다고 가정)
카드取り出し

(2) 다음으로 ATM 의 모든 상태 및 각 상태에 해당하는 동작을 찾는다

준비 완료 (Ready), 사용 가능 인터페이스: 모두
현금 부족 (NoCash), 사용 가능 인터페이스: 1, 2, 4, 5
고장 (NoService), 사용 가능 인터페이스: 없음

(3) 코딩 구현

먼저 State 베이스 클래스를 정의하고, 클래스 내에 (1) 에서 리스팅한 모든 인터페이스를 캡슐화합니다:

package StatePattern;
/**


定義 ATM 機狀態


@author ayqy
/
public interface ATMState {
/*

插卡
*/
public abstract void insertCard();

/**

提交密码
*/
public abstract void submitPwd();

/**

取款
*/
public abstract void getCash();

/**

查询余额
*/
public abstract void queryBalance();

/**

取卡
*/
public abstract void ejectCard();
}

다음으로 3 개의 상태를逐一 구현합니다

ReadyState:

package StatePattern;
/**


實現 ATM 就緒狀態


@author ayqy
*/
public class ReadyState implements ATMState{
private ATM atm;//상태 홀더의 참조를 보유하여 조작할 수 있도록 함
public ReadyState(ATM atm){
this.atm = atm;
}
@Override
public void insertCard() {
System.out.println("카드 삽입 완료");
}
@Override
public void submitPwd() {
System.out.println("비밀번호 제출 완료");
//비밀번호를 검증하고 해당 처리 수행
if("123".equals(atm.getPwd())){
System.out.println("비밀번호 인증 통과");
}
else{
System.out.println("비밀번호 인증 실패");
//카드 반환
ejectCard();
}
}
@Override
public void getCash() {
if(atm.getTotalAmount() >= atm.getAmount() && atm.getBalance() >= atm.getAmount()){
//계좌 잔액 업데이트
atm.setBalance(atm.getBalance() - atm.getAmount());
//기계 내 현금 총액 업데이트
atm.setTotalAmount(atm.getTotalAmount() - atm.getAmount());
System.out.println("￥" + atm.getAmount() + "吐出");
System.out.println("현금 인출 완료");
//카드 반환
ejectCard();
//기계 내 잔钞 체크
if(atm.getTotalAmount() == 0){//현금이 없으면 NoService 상태로 전환
atm.setCurrState(atm.getNoCashState());
System.out.println("현금 부족 정보를 은행에 전송했습니다");
}
}
else{
System.out.println("현금 인출 실패, 잔액 부족");
//카드 반환
ejectCard();
}
}
@Override
public void queryBalance() {
System.out.println("잔액￥" + atm.getBalance());
System.out.println("잔액 조회 완료");
}
@Override
public void ejectCard() {
System.out.println("카드取り出し 완료");
}
}

스테이트 클래스 내에서상태 전환을 수행하는 부분에 주의하세요:

if(atm.getTotalAmount() == 0){//현금이 없으면 NoService 상태로 전환
	atm.setCurrState(atm.getNoCashState());
}

구체적인 스테이트 오브젝트를 직접 new 하는 것이 아니라, ATM 이 제공하는 set 인터페이스를 사용했습니다. 이렇게 하는 것은 가능한 한 결합을 풀기 위함입니다 (형제 오브젝트는 서로를 인식하지 않습니다). 더 많은 유연성을 얻기 위함입니다

NoCashState 구현:

package StatePattern;
/**


實現 ATM 無鈔狀態


@author ayqy
*/
public class NoCashState implements ATMState{
private ATM atm;//상태 홀더의 참조를 보유하여 조작할 수 있도록 함
public NoCashState(ATM atm){
this.atm = atm;
}
@Override
public void insertCard() {
System.out.println("카드 삽입 완료");
}
@Override
public void submitPwd() {
System.out.println("비밀번호 제출 완료");
//비밀번호를 검증하고 해당 처리 수행
if("123".equals(atm.getPwd())){
System.out.println("비밀번호 인증 통과");
}
else{
System.out.println("비밀번호 인증 실패");
//카드 반환
ejectCard();
}
}
@Override
public void getCash() {
System.out.println("현금 인출 실패, 기계 내 현금 없음");
}
@Override
public void queryBalance() {
System.out.println("잔액￥" + atm.getBalance());
System.out.println("잔액 조회 완료");
}
@Override
public void ejectCard() {
System.out.println("카드取り出し 완료");
}
}

NoServiceState 구현:

package StatePattern;
/**


實現 ATM 故障狀態


@author ayqy
*/
public class NoServiceState implements ATMState{
private ATM atm;//상태 홀더의 참조를 보유하여 조작할 수 있도록 함
public NoServiceState(ATM atm){
this.atm = atm;
}
@Override
public void insertCard() {
System.out.println("카드 삽입 실패, 기계에 고장이 발생했습니다");
}
@Override
public void submitPwd() {
System.out.println("비밀번호 제출 실패, 기계에 고장이 발생했습니다");
}
@Override
public void getCash() {
System.out.println("현금 인출 실패, 기계에 고장이 발생했습니다");
}
@Override
public void queryBalance() {
System.out.println("잔액 조회 실패, 기계에 고장이 발생했습니다");
}
@Override
public void ejectCard() {
System.out.println("카드取り出し 실패, 기계에 고장이 발생했습니다");
}
}

구체적인 스테이트를 구현했으므로, ATM 클래스를 구축할 수 있습니다. 다음과 같습니다:

package StatePattern;
/**


實現 ATM 機


@author ayqy
*/
public class ATM {
/모든 상태/
private ATMState readyState;
private ATMState noCashState;
private ATMState noServiceState;
private ATMState currState;//현재 상태
private int totalAmount;//기계 내 현금 총액
/테스트용 임시 변수/
private String pwd;//비밀번호
private int balance;//잔액
private int amount;//인출 금액
public ATM(int totalAmount, int balance, int amount, String pwd) throws Exception{
//모든 상태 초기화
readyState = new ReadyState(this);
noCashState = new NoCashState(this);
noServiceState = new NoServiceState(this);
 if(totalAmount &gt; 0){
 	currState = readyState;
 }
 else if(totalAmount == 0){
 	currState = noCashState;
 }
 else{
 	throw new Exception();
 }
 
 //테스트 데이터 초기화
 this.totalAmount = totalAmount;
 this.balance = balance;
 this.amount = amount;
 this.pwd = pwd;

}
/구체적인 동작을 스테이트 오브젝트에 위임/
/**

카드 삽입
*/
public void insertCard(){
currState.insertCard();
}

/**

비밀번호 제출
*/
public void submitPwd(){
currState.submitPwd();
}

/**

현금 인출
*/
public void getCash(){
currState.getCash();
}

/**

잔액 조회
*/
public void queryBalance(){
currState.queryBalance();
}

/**

카드取り出し
*/
public void ejectCard(){
currState.ejectCard();
}

public String toString(){
return "현금 총액￥" + totalAmount;
}
/여기에大量의 getter and setter 생략/
}

모두 완료했으므로,早速 테스트해 봅시다

삼.실행 예

먼저 Test 클래스를 구현합니다:

package StatePattern;
import java.util.Scanner;
/**


實現測試類


@author ayqy
/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
/테스트 데이터/
/ 기계 내 총액	 계좌 잔고	 인출 금액	비밀번호
* 1000	500     200		123
* 1000	300     500		123
* 0	500		200		123
* */
try {
test(1000, 500, 200, "123");
System.out.println("-------");
test(1000, 300, 500, "123");
System.out.println("-------");
test(0, 500, 200, "123");
} catch (Exception e) {
System.out.println("기계 고장, 유지보수 요청을 유지보수처에 전송했습니다");
}
}
private static void test(int totalAmount, int balance, int amount, String pwd)throws Exception{
//ATM 생성
ATM atm;
atm = new ATM(totalAmount, balance, amount, pwd);
//초기 상태 출력
System.out.println(atm.toString());
atm.insertCard();
atm.submitPwd();
atm.getCash();
//종료 상태 출력
System.out.println(atm.toString());
}
}

설계한 3 개의 유스케이스 (정상 현금 인출, 잔액 초과 인출, 기계 내 현금 없음) 실행 결과는 다음과 같습니다:

사.스테이트 패턴과 스트래티지 패턴

스트래티지 패턴을 기억하십니까? 이 두 가지가 매우 비슷하다고 생각하지 않으십니까?

맞습니다. 두 패턴의 클래스 도완全히 동일합니다. 설명하자면:

스테이트 주체 (소유자) 는 스테이트 오브젝트를 보유하며, 실행 시 스테이트 오브젝트를 동적으로 지정하여 클래스의 동작을 변경할 수 있다
스트래티지 주체는 알고리즘 패밀리 오브젝트를 보유하며, 실행 시 알고리즘 패밀리 내의 알고리즘 (스트래티지) 을 동적으로 선택하여 클래스의 동작을 변경할 수 있다

즉, 스테이트 패턴과 스트래티지 패턴은 모두 실행 시의 다형성을 지원하며, 그 구현 방법은 모두 컴포지션 + 델리게이션입니다. 하지만 이것이 두 패턴이 동일하다는 것을 의미하는 것은 아닙니다. 왜냐하면 그들의 목표가 다르기 때문입니다:

스테이트 패턴은 알고리즘플로우 변경 가능을 구현한다 (즉 상태 전환. 다른 상태에는 다른 플로우가 있다)
스트래티지 패턴은 알고리즘세부 사항 선택 가능을 구현한다 (즉 알고리즘 패밀리 내의 알고리즘을 선택. 하나의 알고리즘 패밀리는 여러 개의 선택 가능 알고리즘을 포함한다)

일.스테이트 패턴이란 무엇인가?

이.예를 들다

삼.실행 예

사.스테이트 패턴과 스트래티지 패턴

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