Java设计模式-状态模式

状态模式

一、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：

代码如下：

publicinterfaceILift{//电梯的4个状态//开门状态publicfinalstaticintOPENING_STATE=1;//关门状态publicfinalstaticintCLOSING_STATE=2;//运行状态publicfinalstaticintRUNNING_STATE=3;//停止状态publicfinalstaticintSTOPPING_STATE=4;//设置电梯的状态publicvoidsetState(int state);//电梯的动作publicvoidopen();publicvoidclose();publicvoidrun();publicvoidstop();}publicclassLiftimplementsILift{privateint state;@OverridepublicvoidsetState(int state){this.state = state;}//执行关门动作@Overridepublicvoidclose(){switch(this.state){caseOPENING_STATE:System.out.println("电梯关门了。。。");//只有开门状态可以关闭电梯门，可以对应电梯状态表来看this.setState(CLOSING_STATE);//关门之后电梯就是关闭状态了break;caseCLOSING_STATE://do nothing //已经是关门状态，不能关门break;caseRUNNING_STATE://do nothing //运行时电梯门是关着的，不能关门break;caseSTOPPING_STATE://do nothing //停止时电梯也是关着的，不能关门break;}}//执行开门动作@Overridepublicvoidopen(){switch(this.state){caseOPENING_STATE://门已经开了，不能再开门了
                //do nothingbreak;caseCLOSING_STATE://关门状态，门打开:System.out.println("电梯门打开了。。。");this.setState(OPENING_STATE);break;caseRUNNING_STATE://do nothing 运行时电梯不能开门break;caseSTOPPING_STATE:System.out.println("电梯门开了。。。");//电梯停了，可以开门了this.setState(OPENING_STATE);break;}}//执行运行动作@Overridepublicvoidrun(){switch(this.state){caseOPENING_STATE://电梯不能开着门就走
                //do nothingbreak;caseCLOSING_STATE://门关了，可以运行了
                System.out.println("电梯开始运行了。。。");this.setState(RUNNING_STATE);//现在是运行状态break;caseRUNNING_STATE://do nothing 已经是运行状态了break;caseSTOPPING_STATE:System.out.println("电梯开始运行了。。。");this.setState(RUNNING_STATE);break;}}//执行停止动作@Overridepublicvoidstop(){switch(this.state){caseOPENING_STATE://开门的电梯已经是是停止的了(正常情况下)//do nothingbreak;caseCLOSING_STATE://关门时才可以停止
                System.out.println("电梯停止了。。。");this.setState(STOPPING_STATE);break;caseRUNNING_STATE://运行时当然可以停止了
                System.out.println("电梯停止了。。。");this.setState(STOPPING_STATE);break;caseSTOPPING_STATE://do nothingbreak;}}}publicclassClient{publicstaticvoidmain(String[] args){Lift lift =newLift();
        lift.setState(ILift.STOPPING_STATE);//电梯是停止的
        lift.open();//开门
        lift.close();//关门
        lift.run();//运行
        lift.stop();//停止}}

问题分析：

• 使用了大量的switch…case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。

二、结构

状态模式包含以下主要角色。

• 环境（Context）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。

三、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：

代码如下：

//抽象状态类publicabstractclassLiftState{//定义一个环境角色，也就是封装状态的变化引起的功能变化protectedContext context;publicvoidsetContext(Context context){this.context = context;}//电梯开门动作publicabstractvoidopen();//电梯关门动作publicabstractvoidclose();//电梯运行动作publicabstractvoidrun();//电梯停止动作publicabstractvoidstop();}//开启状态publicclassOpenningStateextendsLiftState{//开启当然可以关闭了，我就想测试一下电梯门开关功能@Overridepublicvoidopen(){System.out.println("电梯门开启...");}@Overridepublicvoidclose(){//状态修改super.context.setLiftState(Context.closeingState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().close();}//电梯门不能开着就跑，这里什么也不做@Overridepublicvoidrun(){//do nothing}//开门状态已经是停止的了@Overridepublicvoidstop(){//do nothing}}//运行状态publicclassRunningStateextendsLiftState{//运行的时候开电梯门？你疯了！电梯不会给你开的@Overridepublicvoidopen(){//do nothing}//电梯门关闭？这是肯定了@Overridepublicvoidclose(){//虽然可以关门，但这个动作不归我执行//do nothing}//这是在运行状态下要实现的方法@Overridepublicvoidrun(){System.out.println("电梯正在运行...");}//这个事绝对是合理的，光运行不停止还有谁敢做这个电梯？！估计只有上帝了@Overridepublicvoidstop(){super.context.setLiftState(Context.stoppingState);super.context.stop();}}//停止状态publicclassStoppingStateextendsLiftState{//停止状态，开门，那是要的！@Overridepublicvoidopen(){//状态修改super.context.setLiftState(Context.openningState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().open();}@Overridepublicvoidclose(){//虽然可以关门，但这个动作不归我执行//状态修改super.context.setLiftState(Context.closeingState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().close();}//停止状态再跑起来，正常的很@Overridepublicvoidrun(){//状态修改super.context.setLiftState(Context.runningState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().run();}//停止状态是怎么发生的呢？当然是停止方法执行了@Overridepublicvoidstop(){System.out.println("电梯停止了...");}}//关闭状态publicclassClosingStateextendsLiftState{@Override//电梯门关闭，这是关闭状态要实现的动作publicvoidclose(){System.out.println("电梯门关闭...");}//电梯门关了再打开，逗你玩呢，那这个允许呀@Overridepublicvoidopen(){super.context.setLiftState(Context.openningState);super.context.open();}//电梯门关了就跑，这是再正常不过了@Overridepublicvoidrun(){super.context.setLiftState(Context.runningState);super.context.run();}//电梯门关着，我就不按楼层@Overridepublicvoidstop(){super.context.setLiftState(Context.stoppingState);super.context.stop();}}//环境角色publicclassContext{//定义出所有的电梯状态publicfinalstaticOpenningState openningState =newOpenningState();//开门状态，这时候电梯只能关闭publicfinalstaticClosingState closeingState =newClosingState();//关闭状态，这时候电梯可以运行、停止和开门publicfinalstaticRunningState runningState =newRunningState();//运行状态，这时候电梯只能停止publicfinalstaticStoppingState stoppingState =newStoppingState();//停止状态，这时候电梯可以开门、运行//定义一个当前电梯状态privateLiftState liftState;publicLiftStategetLiftState(){returnthis.liftState;}publicvoidsetLiftState(LiftState liftState){//当前环境改变this.liftState = liftState;//把当前的环境通知到各个实现类中this.liftState.setContext(this);}publicvoidopen(){this.liftState.open();}publicvoidclose(){this.liftState.close();}publicvoidrun(){this.liftState.run();}publicvoidstop(){this.liftState.stop();}}//测试类publicclassClient{publicstaticvoidmain(String[] args){Context context =newContext();
        context.setLiftState(newClosingState());

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

四、优缺点

1，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。

2，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。

五、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。