行为型模式-状态模式

news2025/1/10 17:31:23

1.概述

【例】通过按钮来控制一个电梯的状态，一个电梯有开门状态，关门状态，停止状态，运行状态。每一种状态改变，都有可能要根据其他状态来更新处理。例如，如果电梯门现在处于运行时状态，就不能进行开门操作，而如果电梯门是停止状态，就可以执行开门操作。
类图如下：
在这里插入图片描述
代码如下：

package com.itheima.pattern.state.before;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName ILift
 * @description: 电梯接口
 * @author: zhangzhifeng
 * @create: 2023-01-26 08:41
 * @Version 1.0
 **/
public interface ILift {
    // 定义四个电梯状态的常量
    int OPENING_STATE = 1;
    int CLOSING_STATE = 2;
    int RUNNING_STATE = 3;
    int STOPPING_STATE = 4;

    // 设置电梯状态的功能
    void setState(int state);

    // 电梯操作功能
    void open();

    void close();

    void run();

    void stop();
}

package com.itheima.pattern.state.before;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName Lift
 * @description: 电梯类：ILift的子实现类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 08:44
 * @Version 1.0
 **/
public class Lift implements ILift {

    // 声明一个记录当前电梯状态的常量
    private int state;

    public int getState() {
        return state;
    }

    @Override
    public void setState(int state) {
        this.state = state;
    }

    @Override
    public void open() {
        switch (state) {
            case OPENING_STATE:
                // 什么也不做
                break;
            case CLOSING_STATE:
            case STOPPING_STATE:
                System.out.println("电梯打开了...");
                // 设置当前电梯的状态为开启状态
                setState(OPENING_STATE);
                break;
            // 设置当前电梯的状态为开启状态
            case RUNNING_STATE:
                break;
        }
    }

    @Override
    public void close() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                System.out.println("电梯关门了。。。");//只有开门状态可以关闭电梯门，可以对应电梯状态表来看
                this.setState(CLOSING_STATE);//关门之后电梯就是关闭状态了
                break;
            case CLOSING_STATE:
                //do nothing //已经是关门状态，不能关门
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //do nothing //运行时电梯门是关着的，不能关门
                break;
            case STOPPING_STATE:
                //do nothing //停止时电梯也是关着的，不能关门
                break;
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE://电梯不能开着门就走
                //do nothing
                break;
            case CLOSING_STATE://门关了，可以运行了
            case STOPPING_STATE:
                System.out.println("电梯开始运行了。。。");
                this.setState(RUNNING_STATE);//现在是运行状态
                break;
            case RUNNING_STATE:
                //do nothing 已经是运行状态了
                break;
        }
    }

    @Override
    public void stop() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE: //开门的电梯已经是是停止的了(正常情况下)
                //do nothing
                break;
            case CLOSING_STATE://关门时才可以停止
            case RUNNING_STATE://运行时当然可以停止了
                System.out.println("电梯停止了。。。");
                this.setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case STOPPING_STATE:
                //do nothing
                break;
        }
    }
}

package com.itheima.pattern.state.before;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName Client
 * @description: 测试类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 08:51
 * @Version 1.0
 **/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建电梯对象
        Lift lift = new Lift();
        // 设置当前电梯的状态
        lift.setState(ILift.OPENING_STATE);

        // 开门
        lift.open();

        lift.close();

        lift.run();
        
        lift.stop();
    }
}

问题分析：

  • 使用了大量的switch…case这样的判断（if…else也是一样)，使程序的可阅读性变差。
  • 扩展性很差。如果新加了断电的状态，我们需要修改上面判断逻辑。

定义：
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。

2.结构

状态模式包含以下主要角色

  • 环境（Context）角色：也称为上下文，它定义了客户程序需要的接口，维护一个当前状态，并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理。
  • 抽象状态（State）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。
  • 具体状态（Concrete State）角色：实现抽象状态所对应的行为。

3.案例实现

对上述电梯的案例使用状态模式进行改进。类图如下：
在这里插入图片描述
代码如下：

package com.itheima.pattern.state.after;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName LiftState
 * @description: 抽象状态类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 09:02
 * @Version 1.0
 **/
public abstract class LiftState {
    // 环境角色类变量
    protected Context context;

    public void setContext(Context context) {
        this.context = context;
    }

    // 电梯开启操作
    public abstract void open();

    // 电梯关闭操作
    public abstract void close();

    // 电梯运行操作
    public abstract void run();

    // 电梯停止操作
    public abstract void stop();
}

package com.itheima.pattern.state.after;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName OpeningState
 * @description: 电梯关闭状态类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 09:05
 * @Version 1.0
 **/
public class ClosingState extends LiftState {

    @Override
//电梯门关闭，这是关闭状态要实现的动作
    public void close() {
        System.out.println("电梯门关闭...");
    }

    //电梯门关了再打开，逗你玩呢，那这个允许呀
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.OPENING_STATE);
        super.context.open();
    }

    //电梯门关了就跑，这是再正常不过了
    @Override
    public void run() {
        super.context.setLiftState(Context.RUNNING_STATE);
        super.context.run();
    }

    //电梯门关着，我就不按楼层
    @Override
    public void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.STOPPING_STATE);
        super.context.stop();
    }
}

package com.itheima.pattern.state.after;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName OpeningState
 * @description: 电梯开启状态类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 09:05
 * @Version 1.0
 **/
public class OpeningState extends LiftState {
    // 当前状态要执行的方法
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯开启...");
    }

    @Override
    public void close() {
        // 修改状态
        super.context.setLiftState(Context.CLOSING_STATE);
        // 调用当前状态中的context中的close方法
        super.context.close();
    }

    @Override
    public void run() {
        // 什么都不做
    }

    @Override
    public void stop() {
        // 什么都不做
    }
}

package com.itheima.pattern.state.after;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName OpeningState
 * @description: 电梯运行状态类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 09:05
 * @Version 1.0
 **/
public class RunningState extends LiftState {
    //运行的时候开电梯门？你疯了！电梯不会给你开的
    @Override
    public void open() {
    //do nothing
    }

    //电梯门关闭？这是肯定了
    @Override
    public void close() {//虽然可以关门，但这个动作不归我执行
    //do nothing
    }

    //这是在运行状态下要实现的方法
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯正在运行...");
    }

    //这个事绝对是合理的，光运行不停止还有谁敢做这个电梯？！估计只有上帝了
    @Override
    public void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.STOPPING_STATE);
        super.context.stop();
    }
}

package com.itheima.pattern.state.after;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName OpeningState
 * @description: 电梯停止状态类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 09:05
 * @Version 1.0
 **/
public class StoppingState extends LiftState {

    //停止状态，开门，那是要的！
    @Override
    public void open() {
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.OPENING_STATE);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().open();
    }

    @Override
    public void close() {//虽然可以关门，但这个动作不归我执行
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.CLOSING_STATE);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().close();
    }

    //停止状态再跑起来，正常的很
    @Override
    public void run() {
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.RUNNING_STATE);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().run();
    }

    //停止状态是怎么发生的呢？当然是停止方法执行了
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止了...");
    }
}

package com.itheima.pattern.state.after;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName Context
 * @description: 环境角色类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 09:03
 * @Version 1.0
 **/
public class Context {
    // 定义对应状态对象的常量
    public final static OpeningState OPENING_STATE = new OpeningState();
    public final static ClosingState CLOSING_STATE = new ClosingState();
    public final static RunningState RUNNING_STATE = new RunningState();
    public final static StoppingState STOPPING_STATE = new StoppingState();

    // 定义一个当前电梯状态变量
    private LiftState liftState;

    public LiftState getLiftState() {
        return liftState;
    }

    // 设置当前电梯状态对象
    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        this.liftState = liftState;
        // 设置当前状态对象中的Context对象
        this.liftState.setContext(this);
    }

    public void open() {
        this.liftState.open();
    }

    public void close() {
        this.liftState.close();
    }

    public void run() {
        this.liftState.run();
    }

    public void stop() {
        this.liftState.stop();
    }
}

package com.itheima.pattern.state.after;

/**
 * @program: design-patterns
 * @ClassName Client
 * @description: 测试类
 * @author: 
 * @create: 2023-01-26 09:45
 * @Version 1.0
 **/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建环境角色对象
        Context context = new Context();
        // 设置当前电梯状态
        context.setLiftState(new ClosingState());
        // 执行操作
        context.open();
        context.close();
        context.run();
        context.stop();
    }
}

4.优缺点

  • 优点
    • 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。
    • 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。
  • 缺点
    • 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
    • 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将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。

5.使用场景

  • 当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态模式。
  • 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。

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