【Java设计模式】行为型设计模式-状态模式（十八）

古采尼丶
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代码GitHub：github.com/lanjie6/Des…

状态模式

状态模式是指对有状态的对象，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。

进一步阐述：

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。

状态模式包含三种角色：

  • Context（环境类角色）：也称为上下文，它定义了客户端需要的接口，内部维护一个当前状态，并负责具体状态的切换。
  • State（抽象状态角色）：定义一个接口，用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为，可以有一个或多个行为。
  • Concrete State（具体状态角色）：实现抽象状态所对应的行为，并且在需要的情况下进行状态切换。

案例：以一个学生成绩的状态转换为例。本实例包含了“不及格”，“中等”和“优秀” 3 种状态，当学生的分数小于 60 分时为“不及格”状态，当分数大于等于 60 分且小于 90 分时为“中等”状态，当分数大于等于 90 分时为“优秀”状态。其中学生成绩状态测试ScoreContext类就是环境类角色，学生成绩状态AbstractState抽象类就是抽象状态角色，不及格状态LowState类、中等状态MiddleState类、优秀状态HighState类就是具体的状态角色。

UML类图：

状态模式.jpg

客户端Client类：

/**
 * 使用状态模式的客户端
 */
public class Client {
​
    public static void main(String[] args) {
        ScoreContext account = new ScoreContext();
        System.out.println("学生成绩状态测试：");
        account.add(30);
        account.add(40);
        account.add(25);
        account.add(-15);
        account.add(-25);
    }
}

学生成绩状态测试ScoreContext类：

/**
 * 学生成绩状态测试类（环境类）
 */
public class ScoreContext {
​
    private AbstractState state;
​
    ScoreContext() {
        state = new LowState(this);
    }
​
    public void setState(AbstractState state) {
        this.state = state;
    }
​
    public AbstractState getState() {
        return state;
    }
​
    public void add(int score) {
        state.addScore(score);
    }
}

学生成绩状态AbstractState抽象类：

/**
 * 抽象状态类
 */
public abstract class AbstractState {
​
    //环境
    protected ScoreContext environment;
​
    //状态名
    protected String stateName;
​
    //分数
    protected int score;
​
    /**
     * 检查当前状态
     */
    public abstract void checkState();
​
    public void addScore(int x) {
        score += x;
        System.out.print("加上：" + x + "分，当前分数：" + score);
        checkState();
        System.out.println("分，当前状态：" + environment.getState().stateName);
    }
}

不及格状态LowState类：

/**
 * 不及格（具体状态类）
 */
public class LowState extends AbstractState {
​
    public LowState(ScoreContext scoreContext) {
        environment = scoreContext;
        stateName = "不及格";
        score = 0;
    }
​
    public LowState(AbstractState state) {
        environment = state.environment;
        stateName = "不及格";
        score = state.score;
    }
​
    public void checkState() {
        if (score >= 90) {
            environment.setState(new HighState(this));
        } else if (score >= 60) {
            environment.setState(new MiddleState(this));
        }
    }
}

中等状态MiddleState类：

/**
 * 中等 （具体状态类）
 */
public class MiddleState extends AbstractState {
​
    public MiddleState(AbstractState state) {
        environment = state.environment;
        stateName = "中等";
        score = state.score;
    }
​
    public void checkState() {
        if (score < 60) {
            environment.setState(new LowState(this));
        } else if (score >= 90) {
            environment.setState(new HighState(this));
        }
    }
}

优秀状态HighState类：

/**
 * 优秀
 */
public class HighState extends AbstractState {
​
    public HighState(AbstractState state) {
        environment = state.environment;
        stateName = "优秀";
        score = state.score;
    }
​
    public void checkState() {
        if (score < 60) {
            environment.setState(new LowState(this));
        } else if (score < 90) {
            environment.setState(new MiddleState(this));
        }
    }
}

运行结果：

状态模式运行结果.png

总结：

  • 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”。
  • 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。
  • 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。
  • 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
  • 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要修改对应类的源码。

典型运用场景举例：

  • 一个操作中含有庞大的分支结构，并且这些分支决定于对象的状态时，例如条件、分支判断语句的替代者。
  • 工作流场景的设计，例如审批流程，请假流程，状态会随着审批者的审批结果而改变。

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