设计模式行为型——状态模式

 

目录

状态模式的定义

状态模式的实现

状态模式角色

状态模式类图

状态模式举例

状态模式代码实现

状态模式的特点

优点

缺点

使用场景

注意事项

实际应用

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       在软件开发过程中，应用程序中的部分对象可能会根据不同的情况做出不同的行为，把这种对象称为有状态的对象，而把影响对象行为的一个或多个动态变化的属性称为状态。当有状态的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会发生改变，从而使其行为也发生改变。如天气都有晴天和雨天的时候，不同的天气有不同的行为，当然天气也会受影响其他影响变化。

状态模式的定义

        状态模式（State Pattern）属于行为型设计模式，也叫作状态机模式（StateMachine Pattern），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。

        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。

        在状态模式中，创建表示各种状态的对象和一个行为随着状态对象改变而改变的context对象。

        状态模式的解决思想是：当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时，把相关“判断逻辑”提取出来，用各个不同的类进行表示，系统处于哪种情况，直接使用相应的状态类对象进行处理，这样能把原来复杂的逻辑判断简单化，消除了 if-else、switch-case 等冗余语句，代码更有层次性，并且具备良好的扩展力。

状态模式的实现

状态模式角色

1. 环境类角色（Context）：也称为上下文，它定义了客户端需要的接口，内部维护一个当前状态，并负责具体状态的切换。
2. 抽象状态角色（State）：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，可以有一个或多个行为。
3. 具体状态角色（Concrete State）：实现抽象状态所对应的行为，每一个类封装了一个状态对应的行为，并且在需要的情况下进行状态切换。

状态模式类图

状态模式举例

        打篮球的时候运动员可以有正常状态，不正常状态，和超常状态，现在就以我们打篮球时候投篮时候的状态来举例子。正常状态下运动员投十个球进五个球；不正常状态下运动员投十个球进一个球，和超常状态下运动员投十个球进十个球。此时投篮状态为抽象状态角色，运动员的三种投篮竞技状态为具体状态角色，而运动员为环境类角色。

状态模式代码实现

抽象状态角色

package com.common.demo.pattern.state;/*** @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com* @version 1.0* @desc 抽象状态角色 投篮* @date 2023/08/07 20:56:20*/
public interface State {/*** 投篮*/void shot();
}

具体状态角色

package com.common.demo.pattern.state;/*** @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com* @version 1.0* @desc 具体状态角色 投篮正常* @date 2023/08/07 21:00:07*/
public class NormalState implements State{@Overridepublic void shot() {System.out.println("发挥正常，十中五");}
}
package com.common.demo.pattern.state;/*** @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com* @version 1.0* @desc 具体状态角色 投篮超常* @date 2023/08/07 21:00:44*/
public class SuperState implements State{@Overridepublic void shot() {System.out.println("发挥超长，十中十");}
}
package com.common.demo.pattern.state;/*** @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com* @version 1.0* @desc 具体状态角色 投篮不正常* @date 2023/08/07 20:57:46*/
public class UnnormalState implements State{@Overridepublic void shot() {System.out.println("投篮发挥失常，十中一");}
}

环境类角色

package com.common.demo.pattern.state;/*** @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com* @version 1.0* @desc 环境角色 运动员* @date 2023/08/07 21:01:45*/
public class Player {private State state = new NormalState();public void setState(State state) {this.state = state;}public void shot() {state.shot();}
}

测试类

package com.common.demo.pattern.state;/*** @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com* @version 1.0* @desc 状态模式测试类* @date 2023/08/07 21:02:30*/
public class StateTest {public static void main(String[] args) {Player player = new Player();player.shot();//正常下投篮player.setState(new UnnormalState());player.shot();//不正常下投篮player.setState(new SuperState());player.shot();//超常下投篮}
}

测试截图

状态模式的特点

优点

1. 将状态相关的行为封装到具体状态类中：状态模式通过将不同状态的行为封装到具体状态类中，使得状态之间的转换和行为的变化清晰明确。
2. 遵循开闭原则：新增状态时无需修改原有代码，只需要添加新的状态类和相应的转换逻辑。
3. 简化了条件判断：状态模式避免了大量的条件判断语句，使得代码更加可读、可维护。
4. 符合单一职责原则：将特定的状态及其行为都封装到单独的类中。

缺点

1. 增加了类的数量：使用状态模式会增加多个具体状态类，导致类的数量增加。
2. 可能造成状态转换的复杂性：如果状态之间的转换逻辑比较复杂，可能会导致状态转换的控制逻辑变得复杂难以维护。
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. 当对象的行为取决于其内部状态，并且在运行时可以动态改变状态时，可以使用状态模式。
2. 当对象有多个状态且每个状态对应的行为有所不同时，可以使用状态模式。
3. 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，可以使用状态模式。

注意事项

1. 状态之间的转换关系要清晰：确保状态之间的转换关系清晰明确，避免状态转换的混乱和错误。
2. 借助上下文对象管理状态：状态模式通常需要配合上下文对象来管理状态的转换和行为委托，确保状态的正确切换和行为的正确执行。
3. 状态最好不要超过5个：在行为受到状态约束的时候，使用状态模式，且状态最好不要超过5个

实际应用

1. 订单状态管理：订单的生命周期包含多个状态（待支付、已支付、已发货等），可以使用状态模式来管理订单状态的转换和相应的行为。
2. 状态机：状态机是一种广泛应用于计算机编程中的模型。状态模式可以用于实现复杂的状态机逻辑。
3. 游戏角色状态：游戏中的角色可以根据不同的状态进行不同的行为，状态模式可以用于管理角色的状态和行为。

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