【设计模式-4.6】行为型——状态模式

说明：本文介绍行为型设计模式之一的状态模式

定义

状态模式（State Pattern）也叫作状态机模式（State Machine Pattern），允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类，属于行为型设计模式。（引自《设计模式就该这样学》P348）

“对象看起来好像修改了它的类”，指对象的状态发生改变后，与之对应的行为也会发生改变（当然，这取决于你的业务逻辑）。

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状态模式中类的行为是由状态决定的，在不同的状态下有不同的行为。其意图是让一个对象在其内部改变的时候，行为也随之改变。状态模式的核心是状态与行为绑定，不同的状态对应不同的行为。（引自《设计模式就该这样学》P348）

这段讲的很好。

灯的状态

灯的状态简单来分，只有两种，开的和熄灭的，所以更换灯的状态，代码写出来，很简单，如下：

/*** 灯开关*/
public class Switcher {/*** 灯状态* false：熄灯* true：开灯*/private boolean state = false;/*** 使开灯*/public void switchOn() {state = true;System.out.println("开灯");}/*** 使熄灯*/public void switchOff() {state = false;System.out.println("熄灯");}
}

作为程序员的严谨，需要考虑到灯在开启的时候，再调用开启方法的情况和灯在熄灭的时候，再调用熄灭方法的情况，如下：

/*** 灯开关-Plus*/
public class SwitcherPlus {/*** 灯状态* false：熄灯* true：开灯*/private boolean state = false;public void switchOn() {// 如果是熄灯if (!state) {state = true;System.out.println("开灯");} else {System.out.println("灯已经是开灯状态，无需重复开灯");}}public void switchOff() {// 如果是开灯if (state) {state = false;System.out.println("熄灯");} else {System.out.println("灯已经是熄灭状态，无需重复熄灯");}}
}

代码变得复杂起来了，以上仅是一个对象，两种状态的情况，用if-else还能应付。如果是多个状态，例如交通信号灯，有红黄绿三个状态，绿灯变红灯，红灯变黄灯，黄灯变绿灯，代码如下：

/*** 交通信号灯*/
public class TrafficLight {/*** 信号灯状态，默认红* 红灯转绿灯，绿灯转黄灯，黄灯转红灯*/private String state = "红";/*** 切换到绿灯*/public void switchToGreen() {if ("绿".equals(state)) {System.out.println("已是绿灯，无需切换。。。");} else if ("红".equals(state)) {System.out.println("成功切换到绿灯~~~");} else if ("黄".equals(state)) {System.out.println("黄灯不能切换到绿灯！！！");}}/*** 切换到黄灯*/public void switchToYellow() {if ("绿".equals(state)) {System.out.println("成功切换到黄灯~~~");} else if ("红".equals(state)) {System.out.println("红灯不能切换到黄灯！！！");} else if ("黄".equals(state)) {System.out.println("已是黄灯，无需切换。。。");}}/*** 切换到红灯*/public void switchToRed() {if ("绿".equals(state)) {System.out.println("绿灯不能切换到红灯！！！");} else if ("红".equals(state)) {System.out.println("已是红灯，无需切换。。。");} else if ("黄".equals(state)) {System.out.println("成功切换到红灯~~~");}}
}

多层的if-else，代码显得臃肿，难以维护，后续涉及修改也会频繁改动这个类。

状态模式

使用状态模式，将方法、状态抽出来，如下：

（状态接口，State）

/*** 状态*/
public interface State {/*** 切换到绿灯*/void switchToGreen(TrafficLight trafficLight);/*** 切换到黄灯*/void switchToYellow(TrafficLight trafficLight);/*** 切换到红灯*/void switchToRed(TrafficLight trafficLight);
}

（红灯实现类，Red，注意切换成功后修改状态）

/*** 红灯*/
public class Red implements State {@Overridepublic void switchToGreen(TrafficLight trafficLight) {trafficLight.setState(new Green());System.out.println("成功切换到绿灯~~~");}@Overridepublic void switchToYellow(TrafficLight trafficLight) {System.out.println("红灯不能切换到黄灯！！！");}@Overridepublic void switchToRed(TrafficLight trafficLight) {System.out.println("已是红灯，无需切换。。。");}
}

（绿灯实现类，Green，注意切换成功后修改状态）

/*** 绿灯*/
public class Green implements State {@Overridepublic void switchToGreen(TrafficLight trafficLight) {System.out.println("已是绿灯，无需切换。。。");}@Overridepublic void switchToYellow(TrafficLight trafficLight) {trafficLight.setState(new Yellow());System.out.println("成功切换到黄灯~~~");}@Overridepublic void switchToRed(TrafficLight trafficLight) {System.out.println("绿灯不能切换到红灯！！！");}
}

（黄灯实现类，Yellow，注意切换成功后修改状态）

/*** 黄灯*/
public class Yellow implements State {@Overridepublic void switchToGreen(TrafficLight trafficLight) {System.out.println("黄灯不能切换到绿灯！！！");}@Overridepublic void switchToYellow(TrafficLight trafficLight) {System.out.println("已是黄灯，无需切换。。。");}@Overridepublic void switchToRed(TrafficLight trafficLight) {trafficLight.setState(new Red());System.out.println("成功切换到红灯~~~");}
}

（信号灯类，TrafficLight，只需调用抽象方法即可）

/*** 交通信号灯*/
public class TrafficLight {/*** 默认状态：红灯*/State state = new Red();/*** 设置灯状态*/public void setState(State state) {this.state = state;}/*** 切换到绿灯*/public void switchToGreen() {state.switchToGreen(this);}/*** 切换到黄灯*/public void switchToYellow() {state.switchToYellow(this);}/*** 切换到红灯*/public void switchToRed() {state.switchToRed(this);}
}

（客户端，Client）

public class Client {public static void main(String[] args) {TrafficLight trafficLight = new TrafficLight();trafficLight.switchToGreen();trafficLight.switchToYellow();trafficLight.switchToRed();}
}

执行如下

看下来，使用状态模式，减少了单个类使用大量if-else分支处理复杂逻辑的代码，使代码便于维护，后续还有其他状态，如粉灯、蓝灯，只需要增加对应的类，对应的抽象方法即可，不需要更改原来的代码。

综合来看，状态模式，将原本的代码（code）层面上的结构化，转为了类（class）层面上的结构化，这也是其他设计模式的大体思想。

使用场景

在《设计模式就该这样学》（P349）这本书中，提到状态模式适用于以下场景：

（1）行为随状态改变而改变的场景；

（2）一个操作中含有庞大的多分支结构，并且这些分支取决于对象的状态；

总结

本文介绍了行为型设计模式中的状态模式，参考《设计模式就该这样学》、《秒懂设计模式》两书，交通信号灯场景是《秒懂设计模式》中的举例。