【设计模式】行为型-状态模式

news2024/12/22 17:04:55

在变幻的时光中，状态如诗篇般细腻流转。

文章目录

一、可调节的灯光
二、状态模式
三、状态模式的核心组件
四、运用状态模式
五、状态模式的应用场景
六、小结
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一、可调节的灯光

场景假设：我们有一个电灯，它可以被打开和关闭。用户可以通过一个开关来改变电灯的状态。

/**
 * 表示可以开关的灯的类。
 */
public class Light {
    private String state; // 灯的当前状态，可能是"ON"或者"OFF"

    /**
     * 构造方法，初始化灯的状态为"OFF"。
     */
    public Light() {
        this.state = "OFF";
    }

    /**
     * 开关灯的状态。
     * 如果灯当前为"OFF"，则将其改为"ON"并打印"灯已打开"。
     * 如果灯当前为"ON"，则将其改为"OFF"并打印"灯已关闭"。
     */
    public void switchState() {
        if ("OFF".equals(state)) {
            state = "ON";
            System.out.println("灯已打开");
        } else {
            state = "OFF";
            System.out.println("灯已关闭");
        }
    }
}

上面的代码虽然能够实现需求，因为只有两种状态。但是，如果电灯有更多的状态，比如“调暗”、“调亮”、“闪烁”等，那么 switchState 方法就会变得非常复杂，充满了 if-else 语句。这将使代码难以阅读和维护。

二、状态模式

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，它允许对象在其内部状态发生改变时改变其行为，使其看起来像是改变了其类。状态模式的关键思想是将对象的行为封装在不同的状态对象中，并且在状态转换时可以动态地改变对象的行为。

三、状态模式的核心组件

状态模式的核心组件包括以下几个角色：

Context（上下文）：上下文是拥有状态的对象。它定义了客户端感兴趣的接口，并且维护一个当前状态对象，这个状态对象定义了当前的状态和相应的行为。Context 可以通过状态对象来改变它的行为。
State（状态）：状态是一个接口或者抽象类，它封装了与 Context 的一个特定状态相关的行为。在 State 接口或者抽象类中定义了所有具体状态类所共享的方法，这些方法的实现将依赖于当前状态。通常，这些方法处理与状态相关的操作，如请求或者事件。
ConcreteState（具体状态）：具体状态类实现了 State 接口或者继承了 State 抽象类。每个具体状态类实现了与 Context 的一个状态相关的行为。例如，在电梯系统中，可能会有开门状态、关门状态、运行状态和停止状态等具体状态类。

在这里插入图片描述

这个类图展示了状态模式的核心组成部分：

State 接口定义了 doAction(Context) 方法，表示所有具体状态类（OpenState 和 CloseState）需要实现的方法。
OpenState 和 CloseState 类分别实现了 State 接口，并实现了 doAction(Context) 方法来处理具体的状态操作。
Context 类包含一个状态接口类型的私有成员变量 state，通过 setState(State) 方法设置当前的状态，并通过 request() 方法执行当前状态的动作。

四、运用状态模式

场景假设：我们有一个电灯，它可以被打开和关闭。用户可以通过一个开关来改变电灯的状态。电灯有更多的状态，比如“调暗”、“调亮”、“闪烁”等。

定义状态接口：首先，我们需要定义一个状态接口，该接口声明了所有具体状态类需要实现的方法。在我们的例子中，我们可以定义一个 LightState 接口，该接口有一个 switchState 方法。
```
// 定义状态接口
public interface LightState {
    // 声明改变状态的方法，接收一个 Light 对象作为参数
    void switchState(Light light);
}
```

创建具体状态类：然后，我们需要为每种状态创建一个具体的状态类。这些类需要实现状态接口，并实现接口中声明的方法。在我们的例子中，我们可以创建 OnState 和 OffState 类。

// 创建具体状态类：打开状态
public class OnState implements LightState {
    @Override
    public void switchState(Light light) {
        // 改变 Light 对象的状态为 DimState
        light.setState(new DimState());
        System.out.println("Light is dimmed");
    }
}

// 创建具体状态类：关闭状态
public class OffState implements LightState {
    @Override
    public void switchState(Light light) {
        // 改变 Light 对象的状态为 OnState
        light.setState(new OnState());
        System.out.println("Light is turned ON");
    }
}

// 创建具体状态类：调暗状态
public class DimState implements LightState {
    @Override
    public void switchState(Light light) {
        // 改变 Light 对象的状态为 BlinkState
        light.setState(new BlinkState());
        System.out.println("Light is blinking");
    }
}

// 创建具体状态类：闪烁状态
public class BlinkState implements LightState {
    @Override
    public void switchState(Light light) {
        // 改变 Light 对象的状态为 OffState
        light.setState(new OffState());
        System.out.println("Light is turned OFF");
    }
}

在上下文类中使用状态：最后，我们需要在上下文类中使用这些状态。上下文类维护一个对状态对象的引用，该引用可以在运行时更改。在我们的例子中，Light 类就是上下文类。

// 创建上下文类：电灯
public class Light {
    // Light 对象维护一个对状态对象的引用
    private LightState state;

    public Light() {
        // 初始状态为 OffState
        this.state = new OffState();
    }

    // 设置 Light 对象的状态
    public void setState(LightState state) {
        this.state = state;
    }

    // 切换 Light 对象的状态
    public void switchState() {
        state.switchState(this);
    }
}

客户端：通过客户端测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 Light 对象
        Light light = new Light();

        // 切换 Light 对象的状态
        light.switchState(); // 打开电灯
        light.switchState(); // 调暗电灯
        light.switchState(); // 电灯开始闪烁
        light.switchState(); // 关闭电灯
    }
}

五、状态模式的应用场景

状态模式在许多场景中都非常有用，特别是当一个对象的行为取决于其状态，并且它必须在运行时根据状态改变其行为时。以下是一些常见的应用场景：

用户界面（UI）：在许多用户界面中，元素的行为会根据其状态（如禁用、选中、悬停等）而改变。状态模式可以帮助我们管理这些状态，并使状态转换的逻辑更加清晰。
游戏开发：在游戏开发中，角色的行为通常会根据其状态（如站立、跑动、跳跃、攻击等）而改变。使用状态模式，我们可以为每种状态创建一个状态类，使得代码更易于理解和维护。
工作流引擎：在工作流引擎中，任务的行为会根据其状态（如新建、进行中、已完成等）而改变。状态模式可以帮助我们管理这些状态，并使状态转换的逻辑更加清晰。
网络连接：网络连接的行为会根据其状态（如打开、关闭、等待等）而改变。状态模式可以帮助我们管理这些状态，并使状态转换的逻辑更加清晰。