Java设计模式-状态模式

状态模式

  在软件开发过程中，应用程序中的有些对象可能会根据不同的情况做出不同的行为，我们把这种对象称为有状态的对象，而把影响对象行为的一个或多个动态变化的属性称为状态。当有状态的对象与外部事件产生互动时，其内部状态会发生改变，从而使得其行为也随之发生改变。如人的情绪有高兴的时候和伤心的时候，不同的情绪有不同的行为，当然外界也会影响其情绪变化。

  对这种有状态的对象编程，传统的解决方案是：将这些所有可能发生的情况全都考虑到，然后使用 if-else 语句来做状态判断，再进行不同情况的处理。但当对象的状态很多时，程序会变得很复杂。而且增加新的状态要添加新的 if-else 语句，这违背了“开闭原则”，不利于程序的扩展。

  以上问题如果采用“状态模式”就能很好地得到解决。状态模式的解决思想是：当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时，把相关“判断逻辑”提取出来，放到一系列的状态类当中，这样可以把原来复杂的逻辑判断简单化。

状态模式的定义与特点

  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。

• 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”。
• 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。
• 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。

• 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
• 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。

状态模式的结构与实现

  状态模式把受环境改变的对象行为包装在不同的状态对象里，其意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。现在我们来分析其基本结构和实现方法。

1. 状态模式的结构

  状态模式包含以下主要角色。

• 环境（Context）角色：也称为上下文，它定义了客户感兴趣的接口，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。

状态模式的结构图如图所示

2. 状态模式的实现

  状态模式的实现代码如下：

//StateTest.java
package State;

public class StateTest {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();    //创建环境
        context.Handle();    //处理请求
        context.Handle();
        context.Handle();
        context.Handle();
    }
}

//环境类
class Context {
    private State state;

    //定义环境类的初始状态
    public Context() {
        this.state = new ConcreteStateA();
    }

    //设置新状态
    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    //读取状态
    public State getState() {
        return (state);
    }

    //对请求做处理
    public void Handle() {
        state.Handle(this);
    }
}

//抽象状态类
abstract class State {
    public abstract void Handle(Context context);
}

//具体状态A类
class ConcreteStateA extends State {
    public void Handle(Context context) {
        System.out.println("当前状态是 A.");
        context.setState(new ConcreteStateB());
    }
}

//具体状态B类
class ConcreteStateB extends State {
    public void Handle(Context context) {
        System.out.println("当前状态是 B.");
        context.setState(new ConcreteStateA());
    }
}

程序运行结果如下：

当前状态是 A.
当前状态是 B.
当前状态是 A.
当前状态是 B.

状态模式应用场景

  通常在以下情况下可以考虑使用状态模式。

• 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。

状态模式的扩展

  在有些情况下，可能有多个环境对象需要共享一组状态，这时需要引入享元模式，将这些具体状态对象放在集合中供程序共享，其结构图如下图所示。

代码实现如下：

//FlyweightStateTest.java
package State;

import java.util.HashMap;

public class FlyweightStateTest {
    public static void main(String[] args) {
        ShareContext context = new ShareContext(); //创建环境
        context.Handle(); //处理请求
        context.Handle();
        context.Handle();
        context.Handle();
    }
}

//环境类
class ShareContext {
    private ShareState state;
    private HashMap<String, ShareState> stateSet = new HashMap<String, ShareState>();

    public ShareContext() {
        state = new ConcreteState1();
        stateSet.put("1", state);
        state = new ConcreteState2();
        stateSet.put("2", state);
        state = getState("1");
    }

    //设置新状态
    public void setState(ShareState state) {
        this.state = state;
    }

    //读取状态
    public ShareState getState(String key) {
        ShareState s = (ShareState) stateSet.get(key);
        return s;
    }

    //对请求做处理
    public void Handle() {
        state.Handle(this);
    }
}

//抽象状态类
abstract class ShareState {
    public abstract void Handle(ShareContext context);
}

//具体状态1类
class ConcreteState1 extends ShareState {
    public void Handle(ShareContext context) {
        System.out.println("当前状态是： 状态1");
        context.setState(context.getState("2"));
    }
}

//具体状态2类
class ConcreteState2 extends ShareState {
    public void Handle(ShareContext context) {
        System.out.println("当前状态是： 状态2");
        context.setState(context.getState("1"));
    }
}

程序运行结果如下：

当前状态是： 状态1
当前状态是： 状态2
当前状态是： 状态1
当前状态是： 状态2