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状态模式（State）
状态模式（State）
介绍
状态模式是一种行为设计模式
状态模式能在一个对象的内部状态变化时改变其行为，使其看上去就像改变了自身所属的类一样。
与有限状态机的概念紧密相关。
状态机由 3 个部分组成：状态、事件（转移条件）、动作。事件触发状态的转移及动作的执行。
适用场景
- 对象需要根据当前状态进行不同行为，同时状态的数量非常多且与状态相关的代码会频繁变更。
- 某个类需要根据成员变量的当前值改变自身行为，从而需要使用大量的条件语句。
- 当相似状态和基于条件的状态机转换中存在许多重复代码。
- ...
优缺点
优点：
- 开闭原则。
- 单一职责原则。
- 通过消除臃肿的状态机条件语句简化上下文代码。
缺点：
- 复杂度增加：如果状态机只有很少的几个状态，使用状态模式会很复杂。
与其他模式的关系
- 状态可被视为策略的扩展
- 策略模式中的策略则几乎完全不知道其他策略的存在。
- 状态模式中，特定状态知道其他所有状态的存在，且能触发从一个状态到另一个状态的转换。
实现方式
- 声明状态接口。
- 为每个实际状态创建一个继承状态接口的类。
- 在上下文类中添加一个状态接口类型的引用成员变量，以及一个用于修改该成员变量值的公有设置器。
- 为切换上下文状态，你需要创建某个状态类实例并将其传递给上下文。
- 可以在上下文、各种状态或客户端中完成这项工作。无论在何处完成这项工作，该类都将依赖于其所实例化的具体类。
- 如果状态类中不包含成员变量，则可以使用单例模式来配合使用。
其他实现方法： 分支逻辑法：直接利用 if 逻辑或者 switch 分支逻辑，直接写状态转移的代码。适合简单直接的状态机。 查表法：通过二维数组来表示状态转移图，能极大地提高代码的可读性和可维护性。适合状态较多、转移复杂的状态机。
示例
状态接口
public abstract class State {
Kettle kettle;
public State(Kettle kettle) {
this.kettle = kettle;
}
// 动作
// 加水
public abstract String addWater();
// 煮水
public abstract String boilWater();
// 倒水
public abstract String pourWater();
}
状态实现
public class EmptyState extends State {
public EmptyState(Kettle kettle) {
super(kettle);
}
@Override
public String addWater() {
// 切换上下文状态
kettle.changeState(new ColdState(kettle));
return "加水成功";
}
@Override
public String boilWater() {
return "没水...";
}
@Override
public String pourWater() {
return "没水...";
}
@Override
public String toString() {
return "空的状态";
}
}
public class ColdState extends State {
public ColdState(Kettle kettle) {
super(kettle);
}
@Override
public String addWater() {
return "有水了，别加了";
}
@Override
public String boilWater() {
// 切换上下文状态
kettle.changeState(new BoilingState(kettle));
return "煮水成功";
}
@Override
public String pourWater() {
// 切换上下文状态
kettle.changeState(new EmptyState(kettle));
return "倒水成功（冷水）";
}
@Override
public String toString() {
return "冷水状态";
}
}
public class BoilingState extends State {
public BoilingState(Kettle kettle) {
super(kettle);
}
@Override
public String addWater() {
return "有水了，别加了";
}
@Override
public String boilWater() {
return "保温中...";
}
@Override
public String pourWater() {
// 切换上下文状态
kettle.changeState(new EmptyState(kettle));
return "倒水成功（开水）";
}
@Override
public String toString() {
return "热水状态";
}
}
上下文（热水壶类）
public class Kettle {
// 保存一个指向表示当前状态的状态对象的引用
private State state;
// ... 这里也可以存放一些其他数据，如水量水温等。
public Kettle() {
this.state = new EmptyState(this);
}
public State getState() {
return state;
}
// 公有设置器
public void changeState(State state) {
this.state = state;
}
// 将执行工作委派给当前状态 x3
public String addWater() {
return state.addWater();
}
public String boilWater() {
return state.boilWater();
}
public String pourWater() {
return state.pourWater();
}
}
测试代码
public class StateTest {
@Test
public void test() {
Kettle kettle = new Kettle();
Assertions.assertEquals("空的状态", kettle.getState().toString());
Assertions.assertEquals("没水...", kettle.pourWater());
Assertions.assertEquals("加水成功", kettle.addWater());
Assertions.assertEquals("冷水状态", kettle.getState().toString());
Assertions.assertEquals("有水了，别加了", kettle.addWater());
Assertions.assertEquals("煮水成功", kettle.boilWater());
Assertions.assertEquals("热水状态", kettle.getState().toString());
Assertions.assertEquals("有水了，别加了", kettle.addWater());
Assertions.assertEquals("保温中...", kettle.boilWater());
Assertions.assertEquals("倒水成功（开水）", kettle.pourWater());
Assertions.assertEquals("空的状态", kettle.getState().toString());
}
}
以上代码与文章会同步到 github 仓库：
/chenbihao/Design-Patterns
本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。
原始发表：2021-12-08，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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