设计模式(二十二)——状态模式(State Pattern)

状态模式(State Pattern)

背景

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。

基本介绍

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。

模式分析

优点

1. 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”。
2. 符合“开闭原则”。容易增删状态
3. 方便维护。将容易产生问题的 if-else 语句删除了，如果把每个状态的行为都放到一个类中，每次调用方法时都要判断当前是什么状态，不但会产出很多 if-else 语句，而且容易出错
4. 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。
5. 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。

缺点

1. 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数，加大维护难度。
2. 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。

模式结构

UML类图

结构

1. 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。
2. 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。
3. 具体状态（ConcreteState）角色：实现抽象状态所对应的行为，每个子类实现一个与 Context 的一个状态相关行为。

代码实现

环境（Context）角色

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（State）角色

也可以定义接口，根据具体需求

abstract class State
{
    public abstract void Handle(Context context);
}

具体状态（ConcreteState）角色

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

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

客户端调用

public class StatePatternClient
{
    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();
    }
}

结果

当前状态是 A.
当前状态是 B.
当前状态是 A.
当前状态是 B.

开发中常见的场景：

• 银行系统中账号状态的管理
• OA系统中公文状态的管理
• 酒店系统中，房间状态的管理
• 线程对象各状态之间的切换

状态模式的应用场景

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。
• 当一个事件或者对象有很多种状态，状态之间会相互转换，对不同的状态要求有不同的行为的时候， 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。

实例分析

实例1——酒店房间预定项目

传统方式实现

分析

传统方式通常采用if/else 判断实现，不符合开闭原则，而且不方便管理。

状态模式实现

UML类图

代码实现

1.房间上下文对象

public class HomeContext {
	
	private State state;
	
	//设置不同的状态
	public void setState(State s){
		System.out.println("修改状态！");
		state = s;
		state.handle();
	}
	
}

2.抽象状态对象

public interface State {
	void handle();
}

3.具体状态对象

/**
 * 空闲状态
 */
public class FreeState implements State {

	@Override
	public void handle() {
		System.out.println("房间空闲！！！没人住！");
	}

}

/**
 * 已预订状态
 */
public class BookedState implements State {

	@Override
	public void handle() {
		System.out.println("房间已预订！别人不能定！");
	}

}

/**
 * 已入住状态
 */
public class CheckedInState implements State {

	@Override
	public void handle() {
		System.out.println("房间已入住！请勿打扰！");
	}

}

4.客户端调用

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		HomeContext ctx = new HomeContext();
		//根据需求设置不同的状态
		ctx.setState(new FreeState());
		ctx.setState(new BookedState());
		
	}
}