Java 设计模式——状态模式

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模式定义

在状态模式（State Pattern）中，类的行为是基于它的状态改变的。这种类型的设计模式属于行为型模式。

模式示例

状态模式需要定义表示各种状态的对象，同时还要有一个行为随着状态对象改变而改变的 Context对象，这个Context对象通常会关联一个状态，通过这个Context，可已调用某个状态对象具体的执行方法。下面通过电视机遥控器这个case来描述状态模式。

电视机遥控器可以控制电视机的开（Start）和关（Stop）两种状态，我们需要知道遥控器需要切换到那个状态，这里用 TvContext，这个TvContext包含了一个状态对象和一个切换方法，这个方法实际上调用的这个状态对象来处理的。

  • 定义状态接口，State；
  • 实现状态接口，TvStartState，TvStopState；
  • 定义一个类表示当前的所处的环境，TvContext；

定义状态接口

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/**
 * 定义状态接口
 */
public interface State {
   void doAction();
}

实现状态接口

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/**
 * 开始状态
 */
public class TVStartState implements State {
   @Override
   public void doAction() {
      System.out.println("TV is turned ON");
   }
}
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/**
 * 暂停状态
 */
public class TVStopState implements State {
   @Override
   public void doAction() {
      System.out.println("TV is turned OFF");
   }
}

实现上下文对象

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/**
 * 持有状态引用的上下文环境
 * 通过它来响应不同状态的不同行为，实际上调用的时该状态所对应的行为
 */
public class TVContext {
    private State state;

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

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

编写控制终端

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/**
 * 状态模式Client
 */
public class TVRemote {
   public static void main(String[] args) {

      TVContext context = new TVContext();

      context.setState(new TVStartState());
      context.doAction();

      context.setState(new TVStopState());
      context.doAction();

   }
}

运行结果

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TV is turned ON
TV is turned OFF

模式总结

状态模式通常应用在对象行为随状态改变的情形下，当然也可以用状态模式来消除if...else判断。状态模式和命令模式有很多相似之处：

  1. 通常命令模式的接口中只有一个方法。而状态模式的接口中有一个或者多个方法。
  2. 状态模式的实现类的方法，一般返回值，或者是改变实例变量的值。也就是说，状态模式一般和对象的状态有关。实现类的方法有不同的功能，覆盖接口中的方法。
  3. 状态模式和命令模式一样，也可以用于消除 if…else 等条件选择语句。

优缺点

  • 优点
    1. 封装了转换规则。
    2. 枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。
    3. 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。
    4. 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。
    5. 可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。
  • 缺点
    1. 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
    2. 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将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代码，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修改对应类的源代码。

使用场景

对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。所以当代码中含大量与对象状态有关的条件语句时可以考虑使用状态模式来实现。

  1. 行为随状态改变而改变的场景。
  2. 条件、分支语句的代替者。

注意事项

在行为受状态约束的时候使用状态模式，而且状态不超过 5 个。

介绍

意图：允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。

主要解决：对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

何时使用：代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。

如何解决：将各种具体的状态类抽象出来。

关键代码：通常命令模式的接口中只有一个方法。而状态模式的接口中有一个或者多个方法。而且，状态模式的实现类的方法，一般返回值，或者是改变实例变量的值。也就是说，状态模式一般和对象的状态有关。实现类的方法有不同的功能，覆盖接口中的方法。状态模式和命令模式一样，也可以用于消除 if…else 等条件选择语句。