java设计模式-状态模式

1 状态模式的定义和特点

状态（State）模式的定义：对有状态的对象，把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。

状态模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。

1. 结构清晰，状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
2. 将状态转换显示化，减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，且减少对象间的相互依赖。
3. 状态类职责明确，有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

状态模式的主要缺点如下。

1. 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
2. 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
3. 状态模式对开闭原则的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需要修改对应类的源码。

2 状态模式的结构与实现

【例】通过按钮来控制一个电梯的状态，一个电梯有开门状态，关门状态，停止状态，运行状态。每一种状态改变，都有可能要根据其他状态来更新处理。例如，如果电梯门现在处于运行时状态，就不能进行开门操作，而如果电梯门是停止状态，就可以执行开门操作

public interface ILift {
    //电梯的4个状态
    //开门状态
    public final static int OPENING_STATE = 1;
    //关门状态
    public final static int CLOSING_STATE = 2;
    //运行状态
    public final static int RUNNING_STATE = 3;
    //停止状态
    public final static int STOPPING_STATE = 4;

    //设置电梯的状态
    public void setState(int state);

    //电梯的动作
    public void open();
    public void close();
    public void run();
    public void stop();
}

public class Lift implements ILift {
    private int state;

    @Override
    public void setState(int state) {
        this.state = state;
    }

    //执行关门动作
    @Override
    public void close() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                System.out.println("电梯关门了。。。");//只有开门状态可以关闭电梯门，可以对应电梯状态表来看
                this.setState(CLOSING_STATE);//关门之后电梯就是关闭状态了
                break;
            case CLOSING_STATE:
                //do nothing //已经是关门状态，不能关门
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //do nothing //运行时电梯门是关着的，不能关门
                break;
            case STOPPING_STATE:
                //do nothing //停止时电梯也是关着的，不能关门
                break;
        }
    }

    //执行开门动作
    @Override
    public void open() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE://门已经开了，不能再开门了
                //do nothing
                break;
            case CLOSING_STATE://关门状态，门打开:
                System.out.println("电梯门打开了。。。");
                this.setState(OPENING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //do nothing 运行时电梯不能开门
                break;
            case STOPPING_STATE:
                System.out.println("电梯门开了。。。");//电梯停了，可以开门了
                this.setState(OPENING_STATE);
                break;
        }
    }

    //执行运行动作
    @Override
    public void run() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE://电梯不能开着门就走
                //do nothing
                break;
            case CLOSING_STATE://门关了，可以运行了
                System.out.println("电梯开始运行了。。。");
                this.setState(RUNNING_STATE);//现在是运行状态
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //do nothing 已经是运行状态了
                break;
            case STOPPING_STATE:
                System.out.println("电梯开始运行了。。。");
                this.setState(RUNNING_STATE);
                break;
        }
    }

    //执行停止动作
    @Override
    public void stop() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE: //开门的电梯已经是是停止的了(正常情况下)
                //do nothing
                break;
            case CLOSING_STATE://关门时才可以停止
                System.out.println("电梯停止了。。。");
                this.setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE://运行时当然可以停止了
                System.out.println("电梯停止了。。。");
                this.setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case STOPPING_STATE:
                //do nothing
                break;
        }
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Lift lift = new Lift();
        lift.setState(ILift.STOPPING_STATE);//电梯是停止的
        lift.open();//开门
        lift.close();//关门
        lift.run();//运行
        lift.stop();//停止
    }
}

问题分析

• 使用了大量的switch…case这样的判断（if…else也是一样)，使程序的可阅读性变差。
• 扩展性很差。如果新加了断电的状态，我们需要修改上面判断逻辑

25.2.1 状态模式的结构

• 环境（Context）角色：也称为上下文，它定义了客户程序需要的接口，维护一个当前状态，并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理。
• 抽象状态（State）角色：定义一个接口，用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为。
• 具体状态（Concrete State）角色：实现抽象状态所对应的行为。

25.2.2 代码实现

关系类图

LiftState

package com.zhuang.state.after;

/**
 * @Classname LiftState
 * @Description 抽象状态类
 * @Date 2021/3/31 10:50
 * @Created by dell
 */

public abstract class LiftState {
    //定义一个环境角色，也就是封装状态的变化引起的功能变化
    protected Context context;

    public void setContext(Context context) {
        this.context = context;
    }

    //电梯开门动作
    public abstract void open();

    //电梯关门动作
    public abstract void close();

    //电梯运行动作
    public abstract void run();

    //电梯停止动作
    public abstract void stop();
}

Context

package com.zhuang.state.after;

/**
 * @Classname Context
 * @Description 定义所有电梯门状态
 * @Date 2021/3/31 10:53
 * @Created by dell
 */

public class Context {
    //定义出所有的电梯状态
    //开门状态，这时候电梯只能关闭
    public final static OpeningState OPENNING_STATE = new OpeningState();
    //关闭状态，这时候电梯可以运行、停止和开门
    public final static ClosingState CLOSEING_STATE = new ClosingState();
    //运行状态，这时候电梯只能停止
    public final static RunningState RUNNING_STATE = new RunningState();
    //停止状态，这时候电梯可以开门、运行
    public final static StoppingState STOPPING_STATE = new StoppingState();


    //定义一个当前电梯状态
    private LiftState liftState;

    public LiftState getLiftState() {
        return this.liftState;
    }

    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        //当前环境改变
        this.liftState = liftState;
        //把当前的环境通知到各个实现类中
        this.liftState.setContext(this);
    }

    public void open() {
        this.liftState.open();
    }

    public void close() {
        this.liftState.close();
    }

    public void run() {
        this.liftState.run();
    }

    public void stop() {
        this.liftState.stop();
    }
}

OpeningState

package com.zhuang.state.after;

/**
 * @Classname OpeningState
 * @Description 开启状态
 * @Date 2021/3/31 10:51
 * @Created by dell
 */

public class OpeningState extends LiftState {


    //开启当然可以关闭了，我就想测试一下电梯门开关功能
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门开启...");
    }

    @Override
    public void close() {
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.CLOSEING_STATE);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().close();

    }

    //电梯门不能开着就跑，这里什么也不做
    @Override
    public void run() {
        //do nothing
    }

    //开门状态已经是停止的了
    @Override
    public void stop() {
        //do nothing
    }
}

ClosingState

package com.zhuang.state.after;

/**
 * @Classname ClosingState
 * @Description 关闭状态
 * @Date 2021/3/31 10:52
 * @Created by dell
 */

public class ClosingState extends LiftState {
    @Override
    //电梯门关闭，这是关闭状态要实现的动作
    public void close() {
        System.out.println("电梯门关闭...");
    }

    //电梯门关了再打开，逗你玩呢，那这个允许呀
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.OPENNING_STATE);
        super.context.open();
    }


    //电梯门关了就跑，这是再正常不过了
    @Override
    public void run() {
        super.context.setLiftState(Context.RUNNING_STATE);
        super.context.run();
    }

    //电梯门关着，我就不按楼层
    @Override
    public void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.STOPPING_STATE);
        super.context.stop();
    }
}

RunningState

package com.zhuang.state.after;

/**
 * @Classname RunningState
 * @Description 运行状态
 * @Date 2021/3/31 10:52
 * @Created by dell
 */

public class RunningState extends LiftState {

    @Override
    public void open() {
        //什么也不做
    }

    @Override
    public void close() {
        //什么也不做
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯正在运行...");
    }

    @Override
    public void stop() {
        //停止
        super.context.setLiftState(Context.OPENNING_STATE);
        super.context.stop();
    }
}

StoppingState

package com.zhuang.state.after;

/**
 * @Classname StoppingState
 * @Description 停止状态
 * @Date 2021/3/31 10:51
 * @Created by dell
 */

public class StoppingState extends LiftState {

    @Override
    public void open() {
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.OPENNING_STATE);
        //动作委托给CloseState来执行 也就是委托给了ClosingState子类执行动作
        super.context.getLiftState().open();
    }

    @Override
    public void close() {
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.CLOSEING_STATE);
        //动作委托给CloseState来执行 也就是委托给了ClosingState子类执行动作
        super.context.getLiftState().close();
    }

    @Override
    public void run() {
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.RUNNING_STATE);
        //动作委托给CloseState来执行 也就是委托给了ClosingState子类执行动作
        super.context.getLiftState().run();
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止了...");
    }
}

Client

package com.zhuang.state.after;

/**
 * @Classname Client
 * @Description 状态模式 测试类
 * @Date 2021/3/31 10:53
 * @Created by dell
 */

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //开门状态
        System.out.println("开门状态-->");
        Context context1 = new Context();
        context1.setLiftState(new OpeningState());
        context1.open();
        context1.close();
        context1.run();
        context1.stop();

        System.out.println("=========================");
        //关门状态
        System.out.println("关门状态-->");
        Context context2 = new Context();
        context2.setLiftState(new ClosingState());
        context2.open();
        context2.close();
        context2.run();
        context2.stop();

        System.out.println("=========================");
        //运行状态
        System.out.println("运行状态-->");
        Context context3 = new Context();
        context3.setLiftState(new RunningState());
        context3.open();
        context3.close();
        context3.run();
        context3.stop();

        System.out.println("=========================");
        //停止状态
        System.out.println("停止状态-->");
        Context context4 = new Context();
        context4.setLiftState(new StoppingState());
        context4.open();
        context4.close();
        context4.run();
        context4.stop();


    }
}

25.3 状态模式应用场景

• 当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态模式。
• 一个操作中含有庞大的分支结构，并且这些分支决定于对象的状态时。