设计模式状态模式

下面用一个例子来帮助大家理解状态模式

我们每天都在乘电梯，那我们来看看电梯有哪些动作（映射到Java中就是有多少方法）：开门、关门、运行、停止。好，我们就用程序来实现一下电梯的动作.

电梯程序第一版

首先我们定义一个电梯接口

在坐电梯时，你不可能希望电梯在运行期间突然开门吧，也不希望电梯停下了打不开门吧，所以，电梯执行这几个动作之前都需要前置条件。

敞门状态：在这个状态下电梯只能做的动作是关门动作。
闭门状态：在这个状态下，可以进行的动作是：开门（我不想坐电梯了）、停止（忘记按路层号了）、运行。
运行状态：在这个状态，电梯只能做停止。
停止状态：可以选择继续运行和开门

下面我们改一下之前做的程序，看一下修改之后的类图

这里增加了4个静态常量，并增加了一个方法setState，设置电梯的状态。

public interface ILift {    //电梯的4个状态    public final static int OPENING_STATE = 1; //敞门状态    public final static int CLOSING_STATE = 2; //闭门状态    public final static int RUNNING_STATE = 3; //运行状态    public final static int STOPPING_STATE = 4; //停止状态    //设置电梯的状态    public void setState(int state);    //首先电梯门开启动作    public void open();    //电梯门可以开启，那当然也就有关闭了    public void close();    //电梯要能上能下，运行起来    public void run();        //电梯还要能停下来    public void stop();}

电梯实现类

public class Lift implements ILift {    private int state;    public void setState(int state) {        this.state = state;    }    //电梯门关闭    public void close() {        //电梯在什么状态下才能关闭        switch (this.state) {            case OPENING_STATE: //可以关门， 同时修改电梯状态                this.closeWithoutLogic();                this.setState(CLOSING_STATE);                break;            case CLOSING_STATE: //电梯是关门状态， 则什么都不做                //do nothing;                break;            case RUNNING_STATE: //正在运行， 门本来就是关闭的， 也什么都不做                //do nothing;                break;            case STOPPING_STATE: //停止状态， 门也是关闭的， 什么也不做                //do nothing;                break;        }    }    //电梯门开启    public void open() {        //电梯在什么状态才能开启        switch (this.state) {            case OPENING_STATE: //闭门状态， 什么都不做                //do nothing;                break;            case CLOSING_STATE: //闭门状态， 则可以开启                this.openWithoutLogic();                this.setState(OPENING_STATE);                break;            case RUNNING_STATE: //运行状态， 则不能开门， 什么都不做                //do nothing;                break;            case STOPPING_STATE: //停止状态， 当然要开门了                this.openWithoutLogic();                this.setState(OPENING_STATE);                break;        }    }    //电梯开始运行起来    public void run() {        switch (this.state) {            case OPENING_STATE: //敞门状态， 什么都不做                //do nothing;                break;            case CLOSING_STATE: //闭门状态， 则可以运行                this.runWithoutLogic();                this.setState(RUNNING_STATE);                break;            case RUNNING_STATE: //运行状态， 则什么都不做                //do nothing;                break;            case STOPPING_STATE: //停止状态， 可以运行                this.runWithoutLogic();                this.setState(RUNNING_STATE);        }    }    //电梯停止    public void stop() {        switch (this.state) {            case OPENING_STATE: //敞门状态， 要先停下来的， 什么都不做                //do nothing;                break;            case CLOSING_STATE: //闭门状态， 则当然可以停止了                this.stopWithoutLogic();                this.setState(CLOSING_STATE);                break;            case RUNNING_STATE: //运行状态， 有运行当然那也就有停止了                this.stopWithoutLogic();                this.setState(CLOSING_STATE);                break;            case STOPPING_STATE: //停止状态， 什么都不做                //do nothing;                break;        }    }    //纯粹的电梯关门， 不考虑实际的逻辑    private void closeWithoutLogic() {        System.out.println("电梯门关闭...");    }    //纯粹的电梯开门， 不考虑任何条件    private void openWithoutLogic() {        System.out.println("电梯门开启...");    }    //纯粹的运行， 不考虑其他条件    private void runWithoutLogic() {        System.out.println("电梯上下运行起来...");    }    //单纯的停止， 不考虑其他条件    private void stopWithoutLogic() {        System.out.println("电梯停止了...");    }}

场景类

public class Client {    public static void main(String[] args) {        ILift lift = new Lift();                //电梯的初始条件应该是停止状态        lift.setState(ILift.STOPPING_STATE);                //首先是电梯门开启， 人进去        lift.open();                //然后电梯门关闭        lift.close();                //再然后， 电梯运行起来， 向上或者向下        lift.run();                //最后到达目的地， 电梯停下来        lift.stop();    }}

在业务调用的方法中增加了电梯状态判断，电梯要不是随时都可以开的，必须满足一定
条件才能开门，人才能走进去，我们设置电梯的起始是停止状态。

运行结果

这段程序的问题：

电梯实现类过长，长的原因是我们在程序中使用了大量的switch...case这样的判断。
扩展性差：如果程序还要加上通电状态和断电状态，Open()、 Close()、 Run()、 Stop()这4个方法都要增加判断条件。

电梯程序第二版--状态模式

下图为电梯程序的以状态作为导向的类图

在类图中，定义了一个LiftState抽象类，声明了一个受保护的类型Context变量，这个是
串联各个状态的封装类。封装的目的很明显，就是电梯对象内部状态的变化不被调用类知
晓，也就是迪米特法则了（我的类内部情节你知道得越少越好），并且还定义了4个具体的
实现类，承担的是状态的产生以及状态间的转换过渡。

抽象电梯状态

public abstract class LiftState {    //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    protected Context context;    public void setContext(Context _context) {        this.context = _context;    }    //首先电梯门开启动作    public abstract void open();    //电梯门有开启， 那当然也就有关闭了    public abstract void close();    //电梯要能上能下， 运行起来    public abstract void run();    //电梯还要能停下来    public abstract void stop();}

上下文类Context

public class Context {    //定义出所有的电梯状态    public final static OpenningState openningState = new OpenningState();    public final static ClosingState closeingState = new ClosingState();    public final static RunningState runningState = new RunningState();    public final static StoppingState stoppingState = new StoppingState();        //定一个当前电梯状态    private LiftState liftState;        public LiftState getLiftState() {        return liftState;    }    public void setLiftState(LiftState liftState) {        this.liftState = liftState;        //把当前的环境通知到各个实现类中        this.liftState.setContext(this);    }        public void open(){        this.liftState.open();    }        public void close(){        this.liftState.close();    }        public void run(){        this.liftState.run();    }        public void stop(){        this.liftState.stop();    }}

敞门状态实现

public class OpenningState extends LiftState {    //开启当然可以关闭了， 我就想测试一下电梯门开关功能    @Override    public void close() {        //状态修改        super.context.setLiftState(Context.closeingState);        //动作委托为CloseState来执行        super.context.getLiftState().close();    }    //打开电梯门    @Override    public void open() {        System.out.println("电梯门开启...");    }    //门开着时电梯就运行跑， 这电梯， 吓死你！    @Override    public void run() {        //do nothing;    }    //开门还不停止？    public void stop() {        //do nothing;    }}

关门状态实现

public class ClosingState extends LiftState {    //电梯门关闭， 这是关闭状态要实现的动作    @Override    public void close() {        System.out.println("电梯门关闭...");    }    //电梯门关了再打开    @Override    public void open() {        super.context.setLiftState(Context.openningState); //置为敞门状态        super.context.getLiftState().open();    }    //电梯门关了就运行， 这是再正常不过了    @Override    public void run() {        super.context.setLiftState(Context.runningState); //设置为运行状态        super.context.getLiftState().run();    }    //电梯门关着， 我就不按楼层    @Override    public void stop() {        super.context.setLiftState(Context.stoppingState); //设置为停止状态        super.context.getLiftState().stop();    }}

运行和停止状态实现与上面两种类似

场景测试类

public class Client {    public static void main(String[] args) {        Context context = new Context();        context.setLiftState(new ClosingState());        context.open();        context.close();        context.run();        context.stop();    }}

状态模式的应用

定义：状态模式允许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类

我们先来看看状态模式中的3个角色。
● State——抽象状态角色
接口或抽象类，负责对象状态定义，并且封装环境角色以实现状态切换。
● ConcreteState——具体状态角色
每一个具体状态必须完成两个职责：本状态的行为管理以及趋向状态处理，通俗地说，
就是本状态下要做的事情，以及本状态如何过渡到其他状态。
● Context——环境角色
定义客户端需要的接口，并且负责具体状态的切换。

状态模式的优缺点

优点

结构清晰，避免了过多的switch...case或者if...else语句的使用，避免了程序的复杂性,提高系统的可
维护性。
遵循设计原则，很好地体现了开闭原则和单一职责原则，每个状态都是一个子类，你要增加状态就要增
加子类，你要修改状态，你只修改一个子类就可以了。
封装性好，这也是状态模式的基本要求，状态变换放置到类的内部来实现，外部的调用不用知道类
内部如何实现状态和行为的变换。

缺点

子类会太多，也就是类膨胀 。

状态模式的使用场景

行为随状态改变而改变的场景
条件、分支判断语句的替代者：在程序中大量使用switch语句或者if判断语句会导致程序结构不清晰，逻辑混乱，使用状态模式可以很好地避免这一问题，它通过扩展子类实现了条件的判断处理