Java设计模式之状态模式

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。

结构

状态模式包含以下主要角色。

• 环境角色：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。
• 具体状态角色：实现抽象状态所对应的行为。

案例

环境角色

public class Context {
    public final static OpenningState openningState = new OpenningState();//开门状态，这时候电梯只能关闭
    public final static ClosingState closeingState = new ClosingState();//关闭状态，这时候电梯可以运行、停止和开门
    public final static RunningState runningState = new RunningState();//运行状态，这时候电梯只能停止
    public final static StoppingState stoppingState = new StoppingState();//停止状态，这时候电梯可以开门、运行


    //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();
    }
}

状态类。用来统一不同状态的执行方法。 

public abstract class LiftState {
    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();
}

创建具体状态角色 

public class StoppingState extends LiftState{
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("门开了");
        context.setLiftState(Context.openningState);
    }

    @Override
    public void close() {

    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯运行了");
        context.setLiftState(Context.runningState);
    }

    @Override
    public void stop() {

    }
}

public class RunningState extends LiftState{
    @Override
    public void open() {

    }

    @Override
    public void close() {

    }

    @Override
    public void run() {

    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停了");
        context.setLiftState(Context.stoppingState);
    }
}

public class ClosingState extends LiftState{
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("门打开了");
        context.setLiftState(Context.openningState);
    }

    @Override
    public void close() {

    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯运行了");
        context.setLiftState(Context.runningState);
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止中");
        context.setLiftState(Context.stoppingState);
    }
}

public class OpenningState extends LiftState{
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("门开了");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("门关上了");
        super.context.setLiftState(Context.closeingState);
    }

    @Override
    public void run() {

    }

    @Override
    public void stop() {

    }
}

测试 

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
Context context = new Context();
        RunningState runningState = new RunningState();
        context.setLiftState(runningState);
        context.open();
        context.close();
        context.run();
        context.stop();
        System.out.println("=================");
        OpenningState openningState = new OpenningState();
        context.setLiftState(openningState);
        context.open();
        context.close();
        context.run();
        context.stop();
        System.out.println("=================");
        ClosingState closingState = new ClosingState();
        context.setLiftState(closingState);
        context.close();
        context.run();
        context.stop();
    }
}

电梯停了

=================

门开了

门关上了

电梯运行了

电梯停了

=================

电梯运行了

电梯停了

环境类与状态类互相聚合，通过环境类调用对应的状态方法。如果要更改状态需要当前具体状态角色的重写方法内调用环境的setLiftSate()方法。

盲点

环境类中的setLiftState()方法中为什么要进行setContext()方法，解释如注释，在一个新的状态相当于创建了个新的对象，新创建的对象环境属性的值自然为null，那么在客户端调用方法时，一定会报空指针异常。

优点

• 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
• 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。

缺点

• 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
• 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
• 状态模式对"开闭原则"的支持并不太好。

使用场景

• 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。

为什么要使用状态模式

正常情况下，如果要实现不同状态下要走不同的功能，要么使用switch-case语句或是if-else语句来实现，比如案例如果使用switch-case来实现的话，四种状态下就需要写四次switch-case来区分每次执行方法。并且如果新增其他状态，需要更改的地方过多且杂乱，因此使用状态模式更好些，不过对程序员代码能力要一定要求。