[Design Pattern] State Pattern

State Pattern (스테이트 패턴)

 

- UML 상태 머신 이해하기

- 상태를 캡슐화로 처리하는 방법 이해하기

- 스테이트 패턴을 통한 상태 변화 처리 방법 이해하기

- 새로운 상태를 추가할 수 있는 처리 방법 이해하기

 

상태(State)란?

객체가 시스템에 존재하는 동안, 즉 객체의 라이프 타임 동안 객체가 가질 수 있는 어떤 조건이나 상황을 표현한다. 

예를 들면, 객체가 어떤 상태에 있는 동안 어떤 액티비티 등을 수행하거나 특정 이벤트가 발생하기를 기다리는 것이다.

 

 

형광등 예시

State Pattern을 사용하지 않고 형광등 클래스를 만든다고 할 때, 형광등의 상태(ON/OFF/SLEEP)에 따라 조건문을 걸어서 코딩을 해야한다. 

이러한 방식은 작업을 수행할 때의 상태에 따라 상태 하나하나가 어떤 상태인지 검사해 일을 다르게 수행하게끔 하는 것이다. 

이 때 새로운 상태를 추가할 때마다, 상태 변화를 초래하는 모든 메서드에 이를 반영하기 위해 코드를 수정해야 하게 된다.

복잡한 조건문에 상태 변화가 숨어 있는 경우, 상태 변화가 어떻게 이루어지는지 이해하기 어렵고, 새로운 상태 추가에 맞춰 모든 메서드를 수정해야 한다.

/**
 * 현재 코드 구조는 현재 시스템의 상태 변화를 파악하기에 용이하지 않다.
 * 새로운 상태가 추가되는 경우에 상태 변화를 초래하는 모든 메서드에 이를 반영하기 위해 코드를 수정해야만 한다.
 * 이를 위해서는 상태를 클래스로 분리해 캡슐화하도록 해야한다.
 * 상태에 의존적인 행위들도 상태 클래스에 같이두어 특정 상태에 따른 행위를 구현하도록 바꾼다.
 */
public class LegacyLight {
    private static final int ON = 0;
    private static final int OFF = 1;
    private static final int SLEEPING = 2;
    private int state;

    public LegacyLight(){
        state = OFF; // 초기 상태는 형광등이 꺼져있는 상태
    }

    public void off_button_pushed(){
        if (state == OFF) {
            System.out.println("반응 없음");
        }else if (state == SLEEPING){
            state = OFF;
            System.out.println("Light OFF");
        }else{
            state = OFF;
            System.out.println("Light OFF");
        }
    }

    public void on_button_pushed(){
        if (state == ON) {
            System.out.println("취침등 상태");
            state = SLEEPING;
        }else if (state == SLEEPING){
            state = ON;
            System.out.println("Light ON");
        }else{ //꺼져 있는 상태라면 켜진상태로 전환
            state = ON;
            System.out.println("Light ON");
        }
    }
}

 

 

해결책 - State Pattern 적용

변하는 부분을 찾아서 이를 캡슐화 하는 것이 중요하다. 목표는 현재 시스템이 어떤 상태에 있는지와 상관없게 구성하고 상태변화에도 독립적이도록 코드를 수정하는 것이다. 이를 위해서는 상태를 클래스로 분리해 캡슐화하도록한다. 또한 상태에 의존적인 행위들도 상태에 클래스에 같이 두어 특정 상태에 따른 행위를 구현하도록 바꾼다.

 

이렇게 하면 상태에 따른 행위가 각 클래스에 국지화되어 이해하고 수정하기가 쉽다.

StatePattern은 어떤 행위를 수행할 때 상태에 행위를 수행하도록 위임한다.

시스템의 각 상태를 클래스로 분리해 표현하고, 각 클래스에서 수행하는 행위들을 메서드로 구현한다. 이러한 상태들을 외부로부터 캡슐화하기 위해 인터페이스를 만들어, 시스템의 각 상태를 나타내는 클래스로 하여금 실체화 하게 한다.

 

• State: 시스템의 모든 상태에 공통의 인터페이스를 제공한다. 따라서 이 인터페이스를 실체화한 어떤 상태 클래스도 기존 상태 클래스를 대신해 교체해서 사용할 수 있다.
• State1, State2, State3 ... : Context 객체가 요청한 작업을 자신의 방식으로 실제 실행한다. 대부분의 경우 다음 상태를 결정해 상태 변경을 Context 객체에 요청하는 역할을 수행한다.
• Context : State를 이용하는 역할을 수행한다. 현재 시스템의 상태를 나타내는 상태 변수(state)와 실제 시스템의 상태를 구성하는 여러 가지 변수가 있다. 또한 상태 클래스에서 상태 변경을 요청해 상태를 바꿀 수 있도록 하는 메서드(setState)가 제공된다.

인터페이스의 메서드는 각 상태에서 수행해야 하는 행위들이며, 상태 변경은 상태 스스로 다음 상태를 결정한다.

경우에 따라 상태 변경을 관리하는 클래스를 따로 만드는 방법도 생각해 볼 수 있다.

 

스테이트 패턴은 상태에 따라 동일한 작업이 다른 방식으로 실행될 때 해당 상태가 작업을 수행하도록 위임하는 디자인 패턴이다.

Context	Light
State	State Interface
State1, State2, State1	ON, OFF, SLEEP

Light(Context)는 State 를 이용해 일을 수행하도록 지시

state 변수의 변경은 각 State 클래스의 객체가 다음 상태 객체를 Light(Context 요소를 구현한 클래스)에 알려줌으로써 이루어진다.

 

/**
 * Light 클래스에서는 추상화된 State 인터페이스만 참조하도록 하여 현재 어떤 상테에 있는지와 무관하게 코드를 작성할 수 있도록 함.
 * *Strategy 패턴에서는 어떤 전략을 사용하는지와 무관하게 함. State 패턴에서는 상태와 무관하게!
 *
 * Light 클래스에서는 상태 클레스에 작업을 위임만 하면 된다. 이전에 보았던 복잡한 조건식은 필요 없다.
 */

public class Light {
    /**
     * Light 클래스는 state 변수를 통해 현재 시스템의 상태 객체를 참조한다.
     * 상태에 따른 행위를 수행하려면, state 변수가 참조하는 상태 객체에 작업을 위임해야한다.
     * Light 클래슨느 구체적인 상태를 나타내는 객체를 참조하지 않는다. 즉, 시스템이 어떤 상태에 있는지와는 무관하다는 의미이다.
     */
    private State state;
    public Light() {
        state = OFF.getInstance(); //불이 꺼진 상태로 초기화
    }

    public void setState(State state){
        this.state = state;
    }

    public void on_button_pushed(){
        state.on_button_pushed(this);
    }

    public void off_button_pushed(){
        state.off_button_pushed(this);
    }
}

public interface State {
    public void on_button_pushed(Light light);
    public void off_button_pushed(Light light);
}

public class ON implements State{
    private static final ON on = new ON();

    public static ON getInstance() {
        return on;
    }

    @Override
    public void on_button_pushed(Light light) {
        light.setState(SLEEP.getInstance());
        System.out.println("SLEEP MODE");
    }

    @Override
    public void off_button_pushed(Light light) {
        System.out.println("Light Off");
        light.setState(OFF.getInstance());
    }
}

public class OFF implements State{
    private static final OFF off = new OFF(); // OFF 클래스의 인스턴스로 초기화됨.

    public static OFF getInstance() { // 초기화된 OFF 클래스의 인스턴스를 반환함
        return off;
    }

    @Override
    public void on_button_pushed(Light light) {
        light.setState(ON.getInstance());
        System.out.println("light on");
    }

    @Override
    public void off_button_pushed(Light light) {
        System.out.println("반응 없음");
    }
}

public class SLEEP implements State {
    private static final SLEEP sleep = new SLEEP();

    public static SLEEP getInstance(){
        return sleep;
    }

    @Override
    public void on_button_pushed(Light light) {
        light.setState(ON.getInstance());
        System.out.println("LIGHT ON");
    }

    @Override
    public void off_button_pushed(Light light) {
        System.out.println("off");

    }
}

---

 

안드로이드에서 스테이트 패턴 활용 사례

 

medium.com/@akqeel/when-android-meets-the-state-pattern-8940e2dccc92

Android Architecture: State Pattern