【趣味设计模式系列】之【状态模式】

1. 简介

状态模式（State Pattern），当一个对象内在状态改变时允许其改变行为，这个对象看起来像改变了其类。简而言之，就是状态的变更引起了行为的变更。

2. 图解

下图四辆汽车，分别代表汽车日常的四种状态。
开门状态：

关门状态：

飞奔状态：

停止状态：

其中，某种特定状态下，都有四个可执行操作，分别是open，close，run，stop，然后做对应的处理得下图所示。

3. 案例实现

类图如下：

• 定义汽车抽象状态类CarState，持有类型为Context的属性，同时持有四个可执行操作，open，close，run，stop方法；
• 定义汽车抽象状态类的子类OpenningState，ClosingState，RunningState，StoppingState，分别代表开门状态，关门状态，飞奔状态，停止状态；
• 定义环境角色类Context，把状态对象声明为静态常量，有几个状态对象就声明几个静态常量，环境角色具有状态抽象角色定义的所有行为，具体执行使用委托方式。具体环境角色有两个职责：处理本状态必须完成的任务，决定是否可以过渡到其他状态。

代码实现如下：

package com.wzj.state.example1;

/**
 * @Author: wzj
 * @Date: 2019/11/3 20:10
 * @Desc: 汽车状态抽象类
 */
public abstract class CarState {
    //环境角色，封装状态变化引起的行为变化
    protected Context context;

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

    //汽车开门动作
    public abstract void open();

    //汽车关门动作
    public abstract void close();

    //汽车飞奔动作
    public abstract void run();

    //汽车停止动作
    public abstract void stop();

}

package com.wzj.state.example1;

/**
 * @Author: wzj
 * @Date: 2019/11/3 20:23
 * @Desc: 汽车开门状态类
 */
public class OpenningState extends CarState {

    //打开汽车门
    public void open() {
        System.out.println("汽车门已开");
    }

    //关闭汽车门
    public void close() {
        //状态修改
        super.context.setCarState(Context.closingState);
        //动作委托为ClosingState来执行
        super.context.getCarState().close();
    }

    //门开着时汽车一般不奔跑
    public void run() {
        System.out.println("汽车开门状态，不能奔跑");
    }

    //车门开着时，切换不到停止状态，因为没有四种状态中，没有开门且停止这个状态
    public void stop() {
        System.out.println("汽车开门状态，不能长时间开着门且处于停止状态");

    }
}

package com.wzj.state.example1;

/**
 * @Author: wzj
 * @Date: 2019/11/3 20:23
 * @Desc: 汽车飞奔状态类
 */
public class RunningState extends CarState {

    //打开奔跑时不开门
    public void open() {
        System.out.println("车在飞奔，不能打开");
    }

    //奔跑时肯定是关门的
    public void close() {
        System.out.println("车在飞奔，已经关闭，不能再次关闭");
    }

    //汽车在飞奔
    public void run() {
        System.out.println("汽车在飞奔");
    }

    //汽车可以停下来
    public void stop() {
        //修改汽车为停止状态
        super.context.setCarState(Context.stoppingState);
        //停止动作委托为StoppingState类来执行
        super.context.getCarState().stop();
    }
}

package com.wzj.state.example1;

/**
 * @Author: wzj
 * @Date: 2019/11/3 20:23
 * @Desc: 汽车关门状态类
 */
public class ClosingState extends CarState {

    //打开汽车门
    public void open() {
        //修改汽车为开门状态
        super.context.setCarState(Context.openningState);
        //动作委托为OpenningState类来执行
        super.context.getCarState().open();
    }

    //关闭汽车门
    public void close() {
        System.out.println("汽车门已关");
    }

    //汽车在飞奔
    public void run() {
        //修改汽车为飞奔状态
        super.context.setCarState(Context.runningState);
        //动作委托为RunningState类来执行
        super.context.getCarState().run();

    }

    //汽车在停止
    public void stop() {
        //设置汽车状态为停止状态
        super.context.setCarState(Context.stoppingState);
        //动作委托为StoppingState类来执行
        super.context.getCarState().stop();

    }
}

package com.wzj.state.example1;

/**
 * @Author: wzj
 * @Date: 2019/11/3 20:19
 * @Desc: 上下文环境类
 */
public class Context {

    /**列出汽车所有状态
     * openningState-开门状态 closingState-关门状态
     * runningState-奔驰状态 stoppingState-停止状态
     */
    public static final OpenningState openningState = new OpenningState();
    public static final ClosingState closingState = new ClosingState();
    public static final RunningState runningState = new RunningState();
    public static final StoppingState stoppingState = new StoppingState();

    //定义汽车当前状态
    private CarState carState;

    public CarState getCarState() {
        return  carState;
    }

    public void setCarState(CarState carState) {
        this.carState = carState;
        //切换状态
        this.carState.setContext(this);
    }

    //汽车开门
    public void open() {
        this.carState.open();
    }

    //汽车关门
    public void close(){
        this.carState.close();
    }

    //汽车飞奔
    public void run(){
        this.carState.run();
    }

    //汽车停止
    public void stop(){
        this.carState.stop();
    }

}

客户端类如下：

package com.wzj.state.example1;

/**
 * @Author: wzj
 * @Date: 2019/11/3 21:06
 * @Desc:
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();
        context.setCarState(new OpenningState());
//        context.setCarState(new ClosingState());
//        context.setCarState(new RunningState());
//        context.setCarState(new StoppingState());
        context.open();
//        context.close();
//        context.run();
//        context.stop();
    }
}

执行结果如下：
当只打开Client15行的时候，分别打开11,12,13,14行的代码，会得到如下结果：
汽车为开门状态时，执行open

汽车为关门状态时，执行open

汽车为飞奔状态时，执行open

汽车为停止状态时，执行open

上述结果可以看出，同样执行一个open方法，当状态的变化时导致行为的变化。

4. 状态模式总结

优点

• 结构清晰
  避免了过多的switch...case或者if...else语句的使用，避免了程序的复杂性，提高系统的可维护性；
• 遵循设计原则
  很好地体现了开闭原则和单一职责原则，每个状态都是一个子类，你要增加状态就要增加子类，你要修改状态，你只修改一个子类就可以了。
• 封装性非常好
  这也是状态模式的基本要求，状态变换放置到类的内部来实现，外部的调用不用知道类内部如何实现状态和行为的变换。
  缺点
  状态模式既然有优点，那当然有缺点了。但只有一个缺点，子类会太多，也就是类膨胀。如果一个事物有很多个状态也不稀奇，如果完全使用状态模式就会有太多的子类，不好管理，这个需要大家在项目中自己衡量。其实有很多方式可以解决这个状态问题，如在数据库中建立一个状态表，然后根据状态执行相应的操作，这个也不复杂，看大家的习惯和嗜好了。