【设计模式】17.状态模式

怼烎@ 2024-03-26 15:51 94阅读 0赞

对象的行为和状态联系在一起

## 概述 ##

【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。

类图如下：

![image.png][]

代码如下：

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

**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（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。

## 案例实现 ##

对上述电梯的案例使用状态模式进行改进。类图如下：  
![image.png][image.png 1]

代码如下：

//抽象状态类
    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();
    }
    
    //开启状态
    public class OpenningState 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.closeingState);
            //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
        }
    }
    
    //运行状态
    public class RunningState extends LiftState {
        
    
        //运行的时候开电梯门？你疯了！电梯不会给你开的
        @Override
        public void open() {
        
            //do nothing
        }
    
        //电梯门关闭？这是肯定了
        @Override
        public void close() {
        //虽然可以关门，但这个动作不归我执行
            //do nothing
        }
    
        //这是在运行状态下要实现的方法
        @Override
        public void run() {
        
            System.out.println("电梯正在运行...");
        }
    
        //这个事绝对是合理的，光运行不停止还有谁敢做这个电梯？！估计只有上帝了
        @Override
        public void stop() {
        
            super.context.setLiftState(Context.stoppingState);
            super.context.stop();
        }
    }
    
    //停止状态
    public class StoppingState extends LiftState {
        
    
        //停止状态，开门，那是要的！
        @Override
        public void open() {
        
            //状态修改
            super.context.setLiftState(Context.openningState);
            //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().open();
        }
    
        @Override
        public void close() {
        //虽然可以关门，但这个动作不归我执行
            //状态修改
            super.context.setLiftState(Context.closeingState);
            //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();
        }
    
        //停止状态再跑起来，正常的很
        @Override
        public void run() {
        
            //状态修改
            super.context.setLiftState(Context.runningState);
            //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().run();
        }
    
        //停止状态是怎么发生的呢？当然是停止方法执行了
        @Override
        public void stop() {
        
            System.out.println("电梯停止了...");
        }
    }
    
    //关闭状态
    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.openningState);
            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.runningState);
            super.context.run();
        }
    
        //电梯门关着，我就不按楼层
        @Override
        public void stop() {
        
            super.context.setLiftState(Context.stoppingState);
            super.context.stop();
        }
    }
    
    //环境角色
    public class Context {
        
        //定义出所有的电梯状态
        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();
        }
    }
    
    //测试类
    public class Client {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Context context = new Context();
            context.setLiftState(new ClosingState());
    
            context.open();
            context.close();
            context.run();
            context.stop();
        }
    }

## 优缺点 ##

**1，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。

**2，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。

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