行为型模式之处理对象的多种状态及其相互转换（状态模式）

应用实例

下面通过一个包含循环状态的简单实例来说明如何使用环境类实现状态转换：

Sunny软件公司某开发人员欲开发一个屏幕放大镜工具，其具体功能描述如下：

用户单击“放大镜”按钮之后屏幕将放大一倍，再点击一次“放大镜”按钮屏幕再放大一倍，第三次点击该按钮后屏幕将还原到默认大小。 

可以考虑使用状态模式来设计该屏幕放大镜工具，我们定义三个屏幕状态类NormalState、LargerState和LargestState来对应屏幕的三种状态，分别是正常状态、二倍放大状态和四倍放大状态，屏幕类Screen充当环境类，其结构如图所示：

本实例核心代码如下所示：

//屏幕类
class Screen {
        //枚举所有的状态，currentState表示当前状态
        private State currentState, normalState, largerState, largestState;

        public Screen() {
            this.normalState = new NormalState();
            //创建正常状态对象
            this.largerState = new LargerState();
            // 创建二倍放大状态对象
            this.largestState = new LargestState();
            // 创建四倍放大状态对象

            this.currentState = normalState; //设置初始状态
            this.currentState.display();
        }

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

        //单击事件处理方法，封转了对状态类中业务方法的调用和状态的转换
        public void onClick() {
            if (this.currentState == normalState) {
                this.setState(largerState);
                this.currentState.display();
            } else if (this.currentState == largerState) {
                this.setState(largestState);
                this.currentState.display();
            } else if (this.currentState == largestState) {
                this.setState(normalState);
                this.currentState.display();
            }
        }
}

//抽象状态类
abstract class State {
        public abstract void display();
}

    //正常状态类
    class NormalState extends State {
        public void display() {
            System.out.println("正常大小！");
        }
    }

    //二倍状态类
    class LargerState extends State {
        public void display() {
            System.out.println("二倍大小！");
        }

    }

    //四倍状态类
    class LargestState extends State {
        public void display() {
            System.out.println("四倍大小！");
        }
    }

在上述代码中，所有的状态转换操作都由环境类Screen来实现，此时，环境类充当了状态管理器角色。如果需要增加新的状态，例如“八倍状态类”，需要修改环境类，这在一定程度上违背了“开闭原则”，但对其他状态类没有任何影响。

编写如下客户端代码进行测试：

 class Client {
        public static void main(String args[]) {
            Screen screen = new Screen();
            screen.onClick();
            screen.onClick();
            screen.onClick();
        }
}

输出结果如下：

正常大小！ 
二倍大小！
四倍大小！ 
正常大小！

状态模式总结

状态模式将一个对象在不同状态下的不同行为封装在一个个状态类中，通过设置不同的状态对象可以让环境对象拥有不同的行为，而状态转换的细节对于客户端而言是透明的，方便了客户端的使用。在实际开发中，状态模式具有较高的使用频率，在工作流和游戏开发中状态模式都得到了广泛的应用，例如公文状态的转换、游戏中角色的升级等。

 

状态模式的主要优点如下：

(1) 封装了状态的转换规则，在状态模式中可以将状态的转换代码封装在环境类或者具体状态类中，可以对状态转换代码进行集中管理，而不是分散在一个个业务方法中。

(2) 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，只需要注入一个不同的状态对象即可使环境对象拥有不同的行为。

(3) 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是提供一个巨大的条件语句块，状态模式可以让我们避免使用庞大的条件语句来将业务方法和状态转换代码交织在一起。

(4) 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。

 

状态模式的主要缺点如下：

(1) 状态模式的使用必然会增加系统中类和对象的个数，导致系统运行开销增大。

(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，增加系统设计的难度。

(3) 状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法转换到新增状态；而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

 

在以下情况下可以考虑使用状态模式：

(1) 对象的行为依赖于它的状态（如某些属性值），状态的改变将导致行为的变化。

(2) 在代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，并且导致客户类与类库之间的耦合增强。