详解状态模式

引言

        水有固态、液态、气态三种状态，在不同条件下这三种状态可以相互转化。同样在软件设计中，有些对象也有不同的状态，不同状态的行为不同，状态模式就是用来处理这种情况的。

1.概念

        状态模式(State Pattern)：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。其别名为状态对象(Objects for States)，状态模式是一种对象行为型模式。

2.模式结构

3.模式分析

        Context：环境类，又称为上下文类，它是拥有多种状态的对象。由于环境类的状态存在多样性且在不同状态下对象的行为有所不同，因此将状态独立出去形成单独的状态类。在环境类中维护一个抽象状态类State的实例，这个实例定义当前状态，在具体实现时它是一个State子类的对象。核心代码如下：

class Context {private State state;//维持一个对抽象状态对象的引用private int value;//其他属性值，该属性值的变化可能会导致对象状态发生变化//设置状态对象public void setState(State state) {this.state = state;}public void request() {//其他代码state.handle();//调用状态对象的业务方法//其他代码}}

        State：抽象状态类，它用于定义一个接口以封装与环境类的一个特定状态相关的行为，在抽象状态类中声明了各种不同状态对应的方法，而在其子类中实现类这些方法，由于不同状态下对象的行为可能不同，因此在不同子类中方法的实现可能存在不同，相同的方法可以写在抽象状态类中。核心代码如下：

public abstract class State {//声明抽象业务方法，不同的具体状态类可以不同的实现public abstract void handle();}

        ConcreteState：具体状态类，它是抽象状态类的子类，每一个子类实现一个与环境类的一个状态相关的行为，每一个具体状态类对应环境的一个具体状态，不同的具体状态类其行为有所不同。核心代码如下：

class ConcreteState extends State {public void handle() {//方法具体实现代码}}

        有关状态之间的相互转化，可以有两种方式：1.由环境类负责，根据环境类的属性value的值来控制状态的转化。2.由具体状态类负责，将环境类作为参数传入具体状态类的方法中，根据环境类的属性value的值来控制状态的转化。

4.具体实例分析

        为了简化理解，没有使用value属性，而是选择方式1定义方法进行状态转。

        ElevatorState：抽象状态类，是接口，表示电梯的状态，其中电梯有开门和关门两种状态，开门状态下电梯只能停止，关门状态下电梯才可以移动。具体代码如下：

//电梯状态public interface ElevatorState {void openDoor();void closeDoor();void move();void stop();}

        OpenState：电梯的开门状态，实现抽象状态类接口，模拟开门状态的行为：停止，并且开门状态可以向关门状态转化（在环境类实现）。具体代码如下：

// 具体状态类：开门状态class OpenState implements ElevatorState {@Overridepublic void openDoor() {System.out.println("当前状态:开门状态,电梯已经开门");}@Overridepublic void closeDoor() {System.out.println("当前状态:开门状态,电梯要关门了");}@Overridepublic void move() {System.out.println("当前状态:开门状态,开门状态下不能移动");}@Overridepublic void stop() {System.out.println("当前状态:开门状态,开门状态下电梯已经停止");}}

        CloseState：电梯的关门状态，实现抽象状态类接口，模拟关门状态的行为：电梯移动，并且关门状态可以向开门状态转化（在环境类实现）。具体代码如下：

// 具体状态类：关门状态class CloseState implements ElevatorState {@Overridepublic void openDoor() {System.out.println("当前状态:关门状态,电梯要开门了");}@Overridepublic void closeDoor() {System.out.println("当前状态:关门状态,电梯已经关门");}@Overridepublic void move() {System.out.println("当前状态:关门状态,电梯正在移动");}@Overridepublic void stop() {System.out.println("当前状态:关门状态,电梯要停止了");}}

        ElevatorContext：环境类，控制电梯状态的转化，内部维持了电梯的状态的引用，便于记录此时电梯的状态。具体代码如下：

class ElevatorContext {private ElevatorState elevatorState;//维持一个对抽象状态对象的引用public ElevatorContext() {elevatorState = new CloseState(); // 初始状态为关门状态}public void setState(ElevatorState state) {this.elevatorState = state;}public void openDoor() {elevatorState = new OpenState();elevatorState.openDoor();}public void closeDoor() {elevatorState = new CloseState();elevatorState.closeDoor();}public void move() {elevatorState.move();}public void stop() {elevatorState.stop();}}

        Client：客户端，模拟电梯从开门上人到运送到楼层后开门放人的过程。具体代码如下：

public class Client {public static void main(String[] args) {ElevatorContext elevator = new ElevatorContext();elevator.openDoor();elevator.move();elevator.closeDoor();elevator.move();elevator.stop();elevator.openDoor();}}

        运行代码，结果如下：

5.优缺点

        主要优点如下：

        (1)封装了状态的转换规则，在状态模式中可以将状态的转换代码封装在环境类或者具体状态类中，可以对状态转换代码进行集中管理，而不是分散在一个个业务方法中。

        (2)将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，只需要注入一个不同的状态对象即可使环境对象拥有不同的行为。

        (3)允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是提供一个巨大的条件语句块，状态模式可以让我们避免使用庞大的条件语句来将业务方法和状态转换代码交织在一起。

        (4)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。

        主要缺点如下：

        (1)状态模式的使用必然会增加系统中类和对象的个数，导致系统运行开销增大。

        (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，增加系统设计的难度。

        (3)状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法转换到新增状态。而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

6.适用情况

        (1)对象的行为依赖于它的状态(如某些属性值)，状态的改变将导致行为的变化。

        (2)在代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，并且导致客户类与类库之间的耦合增强。