行为型模式-状态模式

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• 概述
  • 问题分析：
  • 定义：
• 结构：
  • 案例实现
  • 优缺点
  • 使用场景

 

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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：

 

 

 

public interface ILift {

    int OPENING_STATE = 1;

    int CLOSING_STATE = 2;

    int RUNNING_STATE = 3;

    int STOPPING_STATE = 4;

    //设置电梯状态的功能
    void setState(int state);

    void open();

    void close();

    void run();

    void stop();
    
}

 

 

public class Lift implements ILift{

    //声明记录当前电梯状态
    private int state;

    @Override
    public void setState(int state) {
        this.state = state;
    }

    @Override
    public void open() {
        switch (state) {
            case OPENING_STATE:
                //什么都不做
                break;
            case CLOSING_STATE:
                System.out.println("电梯打开了");
                //设置当前电梯为开启
                setState(OPENING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //什么都不做
                break;
            case STOPPING_STATE:
                System.out.println("电梯打开了");
                //设置当前电梯为开启
                setState(OPENING_STATE);
                break;
        }
    }

    @Override
    public void close() {
        switch (state) {
            case OPENING_STATE:
                System.out.println("电梯关门了");
                setState(CLOSING_STATE);
                break;
            case CLOSING_STATE:
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //什么都不做
                break;
            case STOPPING_STATE:
                break;
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        switch (state) {
            case OPENING_STATE:
                break;
            case CLOSING_STATE:
                System.out.println("电梯开始运行了");
                setState(RUNNING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //什么都不做
                break;
            case STOPPING_STATE:
                System.out.println("电梯开始运行了");
                setState(RUNNING_STATE);
                break;
        }
    }

    @Override
    public void stop() {
        switch (state) {
            case OPENING_STATE:
                break;
            case CLOSING_STATE:
                System.out.println("电梯停止了");
                setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                System.out.println("电梯停止了");
                setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case STOPPING_STATE:
                System.out.println("电梯打开了");
                break;
        }
    }
}

 

 

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Lift lift = new Lift();
        lift.setState(ILift.RUNNING_STATE);

        lift.open();
        lift.close();
        lift.run();
        lift.stop();
    }
}

 

 

问题分析：

• 使用了大量的switch..casei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。

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结构：

状态模式包含以下主要角色。

• 环境(Cotext)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：

 

 

 

//抽象状态类
public abstract class LiftState {

    //声明环境角色类变量
    protected Context context;

    public void setContext(Context context) {
        this.context = context;
    }


    protected abstract void open();

    protected abstract void close();

    protected abstract void run();

    protected abstract void stop();
}

 

 

public class Context {


    //定义对应状态对象的常量
    public static final OpeningState OPENING_STATE = new OpeningState();

    public static final ClosingState CLOPENING_STATE = new ClosingState();

    public static final RunningState RUNNING_STATE = new RunningState();

    public static final StoppingState STOPPING_STATE = new StoppingState();

    //定义一个当前电梯状态变量
    private LiftState liftState;

    public LiftState getLiftState() {
        return liftState;
    }

    //设置当前状态对象
    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        this.liftState = liftState;
        //设置当前状态对象中的context对象
        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();
    }

}

 

 

public class OpeningState extends LiftState{
    //当前状态要执行的状态

    @Override
    protected void open() {
        System.out.println("电梯开启");
    }

    @Override
    protected void close() {
        super.context.setLiftState(Context.CLOPENING_STATE);
        super.context.close();
    }

    @Override
    protected void run() {
        //do noting
    }

    @Override
    protected void stop() {
        //do nothing
    }
}

class ClosingState extends LiftState{
    @Override
    protected void open() {
        super.context.setLiftState(Context.OPENING_STATE);
        super.context.open();
    }

    @Override
    protected void close() {
        System.out.println("电梯门关了");
    }

    @Override
    protected void run() {
        super.context.setLiftState(Context.RUNNING_STATE);
        super.context.run();
    }

    @Override
    protected void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.STOPPING_STATE);
        super.context.stop();
    }
}

class RunningState extends LiftState{
    @Override
    protected void open() {
        //do nothing
    }

    @Override
    protected void close() {
        //do nothing
    }

    @Override
    protected void run() {
        System.out.println("电梯正在运行");
    }

    @Override
    protected void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.STOPPING_STATE);
        super.context.stop();
    }
}

class StoppingState extends LiftState{
    @Override
    protected void open() {
        super.context.setLiftState(Context.OPENING_STATE);
        super.context.open();
    }

    @Override
    protected void close() {
        super.context.setLiftState(Context.CLOPENING_STATE);
        super.context.close();
    }

    @Override
    protected void run() {
        super.context.setLiftState(Context.RUNNING_STATE);
        super.context.run();
    }

    @Override
    protected void stop() {
        System.out.println("电梯停止了");
    }
}

 

 

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建环境对象角色
        Context context = new Context();
        context.setLiftState(new ClosingState());
        context.open();
        context.run();
        context.close();
        context.stop();

    }
}

 

 

 

 

 

优缺点

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。

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。