状态模式（Java版）

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什么是状态模式？

当一个对象的内在状态改变时允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类。

他所研究的对象的行为包装在不同的状态对象里，每一个状态对象都属于一个抽象状态类的一个子类。状态模式的意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。

他主要解决的问题是对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

代码示例

小明是一名职业篮球运动员，当他在篮球场上挥汗如雨时，可能会出现正常状态、不正常状态和超常状态。

首先定义一个状态父类接口：

public interface State {

    void doAction(Context context);
    
}

之后定义一个上下文类用于切换状态：

public class Context {

    private State state;

    public Context(){
        state = null;
    }

    public void setState(State state){
        this.state = state;
    }

    public void doAction() {
        this.state.doAction(this);//对请求做处理并且指向下一个状态
    }
}

然后定义不同的状态类：

超常状态类：

超常状态有可能切换到正常状态。

public class SupernormalState implements State {

    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("小明处于超常状态");
        Random random = new Random();
        if(random.nextInt(10)%2==0){
            System.out.println("状态切换：小明由超常切换为正常状态");
            context.setState(new NormalState());
        }
    }

    public String toString(){
        return "超常状态";
    }
}

正常状态类：

正常状态有可能切换到超常状态和失常状态。

public class NormalState implements State {

    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("小明处于正常状态");
        Random random = new Random();
        if(random.nextInt(10)%3==0){
            System.out.println("状态切换：小明由正常切换为超常状态");
            context.setState(new SupernormalState());
        } else if(random.nextInt(10)%3==1){
            System.out.println("状态切换：小明由正常切换为失常状态");
            context.setState(new AbnormalState());
        }

    }

    public String toString(){
        return "正常状态";
    }
}

失常状态类：

失常状态有可能切换到正常状态。

public class AbnormalState implements State {

    @Override
    public String toString() {
        return "失常状态";
    }

    @Override
    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("小明处于失常状态");
        Random random = new Random();
        if(random.nextInt(10)%2==0){
            System.out.println("状态切换：小明由失常切换为正常状态");
            context.setState(new NormalState());
        }
    }
}

测试类：

public class StatePatternDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();
        context.setState(new NormalState());
        System.out.println("第一节比赛开始");
        context.doAction();
        System.out.println("第二节比赛开始");
        context.doAction();
        System.out.println("第三节比赛开始");
        context.doAction();
        System.out.println("第四节比赛开始");
        context.doAction();
    }

}

运行结果：

第一节比赛开始

小明处于正常状态

第二节比赛开始

小明处于正常状态

状态切换：小明由正常切换为失常状态

第三节比赛开始

小明处于失常状态

状态切换：小明由失常切换为正常状态

第四节比赛开始

小明处于正常状态

状态切换：小明由正常切换为超常状态

总结

使用场景：

• 行为随状态改变而改变的场景。
• 条件、分支语句的代替者。

如何解决：

• 将各种具体的状态类抽象出来。

优点：

1. 封装了转换规则。
2. 枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。
3. 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
4. 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。
5. 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。

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。