深入理解Java設(shè)計(jì)模式之狀態(tài)模式

更新時(shí)間：2021年11月07日 14:29:22 作者：一指流砂~

這篇文章主要介紹了JAVA設(shè)計(jì)模式之職責(zé)鏈模式的的相關(guān)資料，文中示例代碼非常詳細(xì)，供大家參考和學(xué)習(xí)，感興趣的朋友可以了解

一、什么是狀態(tài)模式

定義：當(dāng)一個(gè)對象的內(nèi)在狀態(tài)改變時(shí)允許改變其行為，這個(gè)對象看起來像是改變了其類。

主要解決：當(dāng)控制一個(gè)對象狀態(tài)的條件表達(dá)式過于復(fù)雜時(shí)的情況。把狀態(tài)的判斷邏輯轉(zhuǎn)移到表示不同狀態(tài)的一系列類中，可以把復(fù)雜的判斷邏輯簡化。

意圖：允許一個(gè)對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)改變它的行為

二、狀態(tài)模式的結(jié)構(gòu)

在該類圖中，我們看到三個(gè)角色：

（1）Context：環(huán)境類，定義客戶感興趣的接口，維護(hù)一個(gè)State子類的實(shí)例，這個(gè)實(shí)例對應(yīng)的是對象當(dāng)前的狀態(tài)。

（2）State：抽象狀態(tài)類或者狀態(tài)接口，定義一個(gè)或者一組行為接口，表示該狀態(tài)下的行為動(dòng)作。

（3）ConcreteState: 具體狀態(tài)類，實(shí)現(xiàn)State抽象類中定義的接口方法，從而達(dá)到不同狀態(tài)下的不同行為。

三、狀態(tài)模式的使用場景

1.一個(gè)對象的行為取決于它的狀態(tài)，并且它必須在運(yùn)行時(shí)刻根據(jù)狀態(tài)改變它的行為。

2.一個(gè)操作中含有龐大的多分支結(jié)構(gòu)，并且這些分支決定于對象的狀態(tài)。

例子：我們在微博上看到一篇文章，覺得還不錯(cuò)，于是想評論或者轉(zhuǎn)發(fā)，但如果用戶沒有登錄，這個(gè)時(shí)候就會(huì)先自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到登錄注冊界面，如果已經(jīng)登錄，當(dāng)然就可以直接評論或者轉(zhuǎn)發(fā)了。這里我們可以看到，我們用戶的行為是由當(dāng)前是否登錄這個(gè)狀態(tài)來決定的，這就是典型的狀態(tài)模式情景。

當(dāng)然還包括很多其他動(dòng)作，例如轉(zhuǎn)發(fā)、分享、打賞等等，都要重復(fù)判斷狀態(tài)才行，如果程序隨著需求的改動(dòng)或者功能邏輯的增加需要修改代碼，那么你只要遺漏了一個(gè)判斷，就會(huì)出問題。

而使用狀態(tài)模式，可以很好地避免過多的if–else –分支，狀態(tài)模式將每一個(gè)狀態(tài)分支放入一個(gè)獨(dú)立的類中，每一個(gè)狀態(tài)對象都可以獨(dú)立存在，程序根據(jù)不同的狀態(tài)使用不同的狀態(tài)對象來實(shí)現(xiàn)功能。

四、狀態(tài)模式和策略模式對比

如果我們在編寫代碼的時(shí)候，遇到大量的條件判斷的時(shí)候，可能會(huì)采用策略模式來優(yōu)化結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@時(shí)涉及到策略的選擇，但有時(shí)候仔細(xì)查看下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些所謂的策略其實(shí)是對象的不同狀態(tài)，更加明顯的是，對象的某種狀態(tài)也成為判斷的條件。

策略模式的Context含有一個(gè)Strategy的引用，將自身的功能委托給Strategy來完成。

我們把Strategy接口改個(gè)名字為State，這就是狀態(tài)模式了，同樣Context也有一個(gè)State類型的引用，也將自己的部門功能委托給State來完成。

要使用狀態(tài)模式，我們必須明確兩個(gè)東西：狀態(tài)和每個(gè)狀態(tài)下執(zhí)行的動(dòng)作。

在狀態(tài)模式中，因?yàn)樗械臓顟B(tài)都要執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，所以我們可以考慮將狀態(tài)抽象出來。

狀態(tài)的抽象一般有兩種形式：接口和抽象類。如果所有的狀態(tài)都有共同的數(shù)據(jù)域，可以使用抽象類，但如果只是單純的執(zhí)行動(dòng)作，就可以使用接口。

他們之間真正的區(qū)別在策略模式對Strategy的具體實(shí)現(xiàn)類有絕對的控制權(quán)，即Context要感知Strategy具體類型。而狀態(tài)模式，Context不感知State的具體實(shí)現(xiàn)，Context只需調(diào)用自己的方法，這個(gè)調(diào)用的方法會(huì)委托給State來完成，State會(huì)在相應(yīng)的方法調(diào)用時(shí)，自動(dòng)為Context設(shè)置狀態(tài)，而這個(gè)過程對Context來說是透明的，不被感知的。

五、狀態(tài)模式的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1、封裝了轉(zhuǎn)換規(guī)則。

2、枚舉可能的狀態(tài)，在枚舉狀態(tài)之前需要確定狀態(tài)種類。

3、將所有與某個(gè)狀態(tài)有關(guān)的行為放到一個(gè)類中，并且可以方便地增加新的狀態(tài)，只需要改變對象狀態(tài)即可改變對象的行為。

4、允許狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯與狀態(tài)對象合成一體，而不是某一個(gè)巨大的條件語句塊。

5、可以讓多個(gè)環(huán)境對象共享一個(gè)狀態(tài)對象，從而減少系統(tǒng)中對象的個(gè)數(shù)。

缺點(diǎn)：

1、狀態(tài)模式的使用必然會(huì)增加系統(tǒng)類和對象的個(gè)數(shù)。

2、狀態(tài)模式的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)都較為復(fù)雜，如果使用不當(dāng)將導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)和代碼的混亂。

3、狀態(tài)模式對“開閉原則”的支持并不太好，對于可以切換狀態(tài)的狀態(tài)模式，增加新的狀態(tài)類需要修改那些負(fù)責(zé)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的源代碼，否則無法切換到新增狀態(tài)；而且修改某個(gè)狀態(tài)類的行為也需修改對應(yīng)類的源代碼。

六、狀態(tài)模式的實(shí)現(xiàn)

抽象狀態(tài)類，定義一個(gè)接口以封裝與Context類（Work）的一個(gè)特定狀態(tài)相關(guān)的行為。

public abstract class State
{
    public abstract void WriteProgram(Work w);
}

工作狀態(tài)類，每一個(gè)子類實(shí)現(xiàn)一個(gè)與Context類（Work）的一個(gè)狀態(tài)相關(guān)的行為。

//上午工作狀態(tài)
public class ForeNoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 12)
        {
            Console.WriteLine("當(dāng)前時(shí)間：{0}點(diǎn)，上午工作，精神百倍", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超過12點(diǎn)，則轉(zhuǎn)入中午工作狀態(tài)
            w.SetState(new NoonState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}

//中午工作狀態(tài)
public class NoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 13)
        {
            Console.WriteLine("當(dāng)前時(shí)間：{0}點(diǎn)，吃午飯，午休", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超過13點(diǎn)，則轉(zhuǎn)入下午工作狀態(tài)
            w.SetState(new AfterNoonState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}

//下午工作狀態(tài)
public class AfterNoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 17)
        {
            Console.WriteLine("當(dāng)前時(shí)間：{0}點(diǎn)，下午工作，繼續(xù)努力", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超過17點(diǎn)，則轉(zhuǎn)入晚上工作狀態(tài)
            w.SetState(new EveningState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}

//晚上工作狀態(tài)
public class EveningState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Finish)
        {
            //如果狀態(tài)已完成，則轉(zhuǎn)入下班狀態(tài)
            w.SetState(new RestState());
            w.WriteProgram();
        }
        else
        {
            if (w.Hour < 21)
            {
                Console.WriteLine("當(dāng)前時(shí)間：{0}點(diǎn)，加班", w.Hour);
            }
            else
            {
                //超過21點(diǎn)，則轉(zhuǎn)入睡眠工作狀態(tài)
                w.SetState(new SleepingState());
                w.WriteProgram();
            }
        }
    }
}

//睡眠工作狀態(tài)
public class SleepingState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        Console.WriteLine("當(dāng)前時(shí)間：{0}點(diǎn)，睡覺", w.Hour);
    }
}
//下班休息狀態(tài)
public class RestState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        Console.WriteLine("當(dāng)前時(shí)間：{0}點(diǎn)，下班", w.Hour);
    }
}

工作類，Context類，維護(hù)一個(gè)ConcreteState子類（工作狀態(tài)類）的實(shí)例，這個(gè)實(shí)例定義當(dāng)前的狀態(tài)

public class Work
{
    private State current;
    public Work()
    {
        //工作初始化為上午工作狀態(tài)
        current = new ForeNoonState();
    }
    //“鐘點(diǎn)”屬性，狀態(tài)轉(zhuǎn)換的依據(jù)
    private double hour;
    public double Hour
    {
        get { return hour; }
        set { hour = value; }
    }
    //“任務(wù)完成”屬性，是否能下班的依據(jù)
    private bool finish = false;
    public bool Finish
    {
        get { return finish; }
        set { finish = value; }
    }
     public void SetState(State s)
    {
        current = s;
    }
     public void WriteProgram()
    {
        current.WriteProgram(this);
    }
}

客戶端代碼

class Program
{
    //客戶端代碼
    static void Main(string[] args)
    {
        Work w = new Work();
        w.Hour = 9;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 10;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 12;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 13;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 14;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 17;
         w.Finish = false;
        //w.Finish = true;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 19;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 22;
        w.WriteProgram();
         Console.Read();
    }
}

結(jié)果

當(dāng)前時(shí)間：9點(diǎn)，上午工作，精神百倍
當(dāng)前時(shí)間：10點(diǎn)，上午工作，精神百倍
當(dāng)前時(shí)間：12點(diǎn)，吃午飯，午休
當(dāng)前時(shí)間：13點(diǎn)，下午工作，繼續(xù)努力
當(dāng)前時(shí)間：14點(diǎn)，下午工作，繼續(xù)努力
當(dāng)前時(shí)間：17點(diǎn)，加班
當(dāng)前時(shí)間：19點(diǎn)，加班
當(dāng)前時(shí)間：22點(diǎn)，睡覺