设计模式 21 状态模式

状态模式（State Pattern）属于行为型模式

概述

在标准大气压下，水在 0 ~ 100 度之间时，会呈现液态；在 0 度以下会变成固态；100 度以上会变成气态。

物质在不同的条件下呈现不同的状态，对象可能也会像这样存在很多种状态，在不同的状态下可能会有不同的行为，可以通过状态模式来实现这样的效果。

代码实现

下面以水的三种状态对应的不同行为来介绍状态模式：

1、定义状态

/**
 * 状态
 */
public enum State {

    /**
     * 液态
     */
    LIQUID,
    
    /**
     * 固态
     */
    SOLID,

    /**
     * 气态
     */
    GASEOUS

}

2、定义水

/**
 * 水
 *
 * @author CodeSail
 * @date 2022-08-17 21:20:18
 */
public class Water {

    /**
     * 状态
     */
    public State state;

    /**
     * 设置温度
     * @param temperature 温度
     */
    public void setTemperature(int temperature) {
        
        // 低于 0 度，状态变为固态
        if (temperature < 0) {
            this.state = State.SOLID;
        }
        // 0 度到 100 度，状态变为液态
        else if (temperature < 100) {
            this.state = State.LIQUID;
        }
        // 高于 100 度，状态变为气态
        else {
            this.state = State.GASEOUS;
        }
    }

    /**
     * 行为
     */
    public void action() {
        
        // 不同的状态对应不同的行为
        switch (this.state) {
            case LIQUID:
                System.out.println("水，内有千丘外无锋。风怒吼，狂澜卷巨峰。");
                break;
            case SOLID:
                System.out.println("水，寒彻三尺非日艰。钢铁骨，千钧无纹动。");
                break;
            case GASEOUS:
                System.out.println("水，飘洒随风影无踪。心高远，直上九重天。");
                break;
            default:
                System.out.println("未知");
        }
    }
    
}

3、调用

// 定义水
Water water = new Water();
// 定义温度数组
int[] temperatures = {50, -1, 101};
// 遍历温度，查看各温度下水的行为
for (int temperature : temperatures) {

    // 设置温度
    water.setTemperature(temperature);
    // 水的行为
    water.action();
}

输出结果为：

水，内有千丘外无锋。风怒吼，狂澜卷巨峰。
水，寒彻三尺非日艰。钢铁骨，千钧无纹动。
水，飘洒随风影无踪。心高远，直上九重天。

可以看到，将水的温度设置为不同值后，到了指定温度，水的状态就会发生改变，体现出其状态对应的行为，这就是状态模式的简单实现。

优缺点

优点

1、封装了转换规则。

2、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。

3、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。

4、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。

5、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。

缺点

1、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。

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。

3、状态模式对开闭原则的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

使用场景

1、行为随状态改变而改变的场景。

2、条件、分支语句的代替者。

注意事项

一般在行为受状态约束且状态不超过 5 个时，使用状态模式。

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参考

https://www.bilibili.com/video/BV1u3411P7Na?p=29&vd_source=299f4bc123b19e7d6f66fefd8f124a03