状态模式

状态模式（State Pattern）是对有状态的对象，把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。状态模式属于行为型模式。

在状态模式中，我们需要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。

介绍

意图：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。

主要解决：对象的行为依赖于它的状态，并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

何时使用：代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。

如何解决：将各种具体的状态类抽象出来。

关键代码：通常命令模式的接口中只有一个方法。而状态模式的接口中有一个或者多个方法。而且，状态模式的实现类的方法，一般返回值，或者是改变范例变量的值。也就是说，状态模式一般和对象的状态有关。实现类的方法有不同的功能，覆盖接口中的方法。状态模式和命令模式一样，也可以用于消除 if...else 等条件选择语句。

优点：

  • 1、结构清晰，状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
  • 2、将状态转换显示化，减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，且减少对象间的相互依赖。
  • 3、状态类职责明确，有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

缺点：

  • 1、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
  • 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。
  • 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、一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。
  • 2、一个操作中含有庞大的多分支结构，并且这些分支决定于对象的状态。

注意事项：在行为受状态约束的时候使用状态模式，而且状态不超过 5 个。

实现

我们将创建一个 State 接口和实现了 State 接口的实体状态类。Context 是一个带有某个状态的类。

StatePatternDemo，我们的演示类使用 Context 和状态对象来演示 Context 在状态改变时的行为变化。

状态模式的 UML 图

步骤 1

创建一个接口。

State.java

public interface State { public void doAction(Context context); }

步骤 2

创建实现接口的实体类。

StartState.java

public class StartState implements State { public void doAction(Context context) { System.out.println("Player is in start state"); context.setState(this); } public String toString(){ return "Start State"; } }

StopState.java

public class StopState implements State { public void doAction(Context context) { System.out.println("Player is in stop state"); context.setState(this); } public String toString(){ return "Stop State"; } }

步骤 3

创建 Context 类。

Context.java

public class Context { private State state; public Context(){ state = null; } public void setState(State state){ this.state = state; } public State getState(){ return state; } }

步骤 4

使用 Context 来查看当状态 State 改变时的行为变化。

StatePatternDemo.java

public class StatePatternDemo { public static void main(String[] args) { Context context = new Context(); StartState startState = new StartState(); startState.doAction(context); System.out.println(context.getState().toString()); StopState stopState = new StopState(); stopState.doAction(context); System.out.println(context.getState().toString()); } }

步骤 5

执行程序，输出结果：

Player is in start state
Start State
Player is in stop state
Stop State

状态模式产生背景

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，我们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。如人都有高兴和伤心的时候，不同的情绪有不同的行为，当然外界也会影响其情绪变化。

对这种有状态的对象编程，传统的解决方案是：将这些所有可能发生的情况全都考虑到，然后使用 if-else 或 switch-case 语句来做状态判断，再进行不同情况的处理。但是显然这种做法对复杂的状态判断存在天然弊端，条件判断语句会过于臃肿，可读性差，且不具备扩展性，维护难度也大。且增加新的状态时要添加新的 if-else 语句，这违背了“开闭原则”，不利于程序的扩展。

以上问题如果采用“状态模式”就能很好地得到解决。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。

用一个空对象取代 Null 对象实例的检查。Null 对象也可以在数据不可用的时候提供默认的行为。空对象模式不是 GOF 23中设计模式之一。