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【趣味设计模式系列】之【状态模式】

 


1. 简介

状态模式(State Pattern),当一个对象内在状态改变时允许其改变行为,这个对象看起来像改变了其类。简而言之,就是状态的变更引起了行为的变更

2. 图解

下图四辆汽车,分别代表汽车日常的四种状态。
开门状态:

关门状态:

飞奔状态:

停止状态:

其中,某种特定状态下,都有四个可执行操作,分别是open,close,run,stop,然后做对应的处理得下图所示。

3. 案例实现

类图如下:

  • 定义汽车抽象状态类CarState,持有类型为Context的属性,同时持有四个可执行操作,opencloserunstop方法;
  • 定义汽车抽象状态类的子类OpenningStateClosingStateRunningStateStoppingState,分别代表开门状态,关门状态,飞奔状态,停止状态;
  • 定义环境角色类Context,把状态对象声明为静态常量,有几个状态对象就声明几个静态常量,环境角色具有状态抽象角色定义的所有行为,具体执行使用委托方式。具体环境角色有两个职责:处理本状态必须完成的任务,决定是否可以过渡到其他状态。

代码实现如下:

package com.wzj.state.example1; /** * @Author: wzj * @Date: 2019/11/3 20:10 * @Desc: 汽车状态抽象类 */ public abstract class CarState { //环境角色,封装状态变化引起的行为变化 protected Context context; public void setContext(Context context) { this.context = context; } //汽车开门动作 public abstract void open(); //汽车关门动作 public abstract void close(); //汽车飞奔动作 public abstract void run(); //汽车停止动作 public abstract void stop(); }
package com.wzj.state.example1; /** * @Author: wzj * @Date: 2019/11/3 20:23 * @Desc: 汽车开门状态类 */ public class OpenningState extends CarState { //打开汽车门 public void open() { System.out.println("汽车门已开"); } //关闭汽车门 public void close() { //状态修改 super.context.setCarState(Context.closingState); //动作委托为ClosingState来执行 super.context.getCarState().close(); } //门开着时汽车一般不奔跑 public void run() { System.out.println("汽车开门状态,不能奔跑"); } //车门开着时,切换不到停止状态,因为没有四种状态中,没有开门且停止这个状态 public void stop() { System.out.println("汽车开门状态,不能长时间开着门且处于停止状态"); } }
package com.wzj.state.example1; /** * @Author: wzj * @Date: 2019/11/3 20:23 * @Desc: 汽车飞奔状态类 */ public class RunningState extends CarState { //打开奔跑时不开门 public void open() { System.out.println("车在飞奔,不能打开"); } //奔跑时肯定是关门的 public void close() { System.out.println("车在飞奔,已经关闭,不能再次关闭"); } //汽车在飞奔 public void run() { System.out.println("汽车在飞奔"); } //汽车可以停下来 public void stop() { //修改汽车为停止状态 super.context.setCarState(Context.stoppingState); //停止动作委托为StoppingState类来执行 super.context.getCarState().stop(); } }
package com.wzj.state.example1; /** * @Author: wzj * @Date: 2019/11/3 20:23 * @Desc: 汽车关门状态类 */ public class ClosingState extends CarState { //打开汽车门 public void open() { //修改汽车为开门状态 super.context.setCarState(Context.openningState); //动作委托为OpenningState类来执行 super.context.getCarState().open(); } //关闭汽车门 public void close() { System.out.println("汽车门已关"); } //汽车在飞奔 public void run() { //修改汽车为飞奔状态 super.context.setCarState(Context.runningState); //动作委托为RunningState类来执行 super.context.getCarState().run(); } //汽车在停止 public void stop() { //设置汽车状态为停止状态 super.context.setCarState(Context.stoppingState); //动作委托为StoppingState类来执行 super.context.getCarState().stop(); } }
package com.wzj.state.example1; /** * @Author: wzj * @Date: 2019/11/3 20:19 * @Desc: 上下文环境类 */ public class Context { /**列出汽车所有状态 * openningState-开门状态 closingState-关门状态 * runningState-奔驰状态 stoppingState-停止状态 */ public static final OpenningState openningState = new OpenningState(); public static final ClosingState closingState = new ClosingState(); public static final RunningState runningState = new RunningState(); public static final StoppingState stoppingState = new StoppingState(); //定义汽车当前状态 private CarState carState; public CarState getCarState() { return carState; } public void setCarState(CarState carState) { this.carState = carState; //切换状态 this.carState.setContext(this); } //汽车开门 public void open() { this.carState.open(); } //汽车关门 public void close(){ this.carState.close(); } //汽车飞奔 public void run(){ this.carState.run(); } //汽车停止 public void stop(){ this.carState.stop(); } }

客户端类如下:

package com.wzj.state.example1; /** * @Author: wzj * @Date: 2019/11/3 21:06 * @Desc: */ public class Client { public static void main(String[] args) { Context context = new Context(); context.setCarState(new OpenningState()); // context.setCarState(new ClosingState()); // context.setCarState(new RunningState()); // context.setCarState(new StoppingState()); context.open(); // context.close(); // context.run(); // context.stop(); } }

执行结果如下:
当只打开Client15行的时候,分别打开11,12,13,14行的代码,会得到如下结果:
汽车为开门状态时,执行open

汽车为关门状态时,执行open

汽车为飞奔状态时,执行open

汽车为停止状态时,执行open

上述结果可以看出,同样执行一个open方法,当状态的变化时导致行为的变化。

4. 状态模式总结

优点

  • 结构清晰
    避免了过多的switch...case或者if...else语句的使用,避免了程序的复杂性,提高系统的可维护性;
  • 遵循设计原则
    很好地体现了开闭原则和单一职责原则,每个状态都是一个子类,你要增加状态就要增加子类,你要修改状态,你只修改一个子类就可以了。
  • 封装性非常好
    这也是状态模式的基本要求,状态变换放置到类的内部来实现,外部的调用不用知道类内部如何实现状态和行为的变换。

缺点
子类会太多,也就是类膨胀。如果一个事物有很多个状态也不稀奇,如果完全使用状态模式就会有太多的子类,不好管理,这个需要大家在项目中自己衡量。其实有很多方式可以解决这个状态问题,如在数据库中建立一个状态表,然后根据状态执行相应的操作,这个也不复杂,看大家的习惯和嗜好了。


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本文作者小猪爸爸
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