对状态模式的理解

news2025/4/18 1:28:14

对状态模式的理解

- 一、场景
- 二、不采用状态模式
- - 1、代码
  - 2、缺点
- 三、采用状态模式
- - 1、代码
  - - 1.1 状态类
    - 1.2 上下文（这里指：媒体播放器）
    - 1.3 客户端
  - 2、优点

一、场景

同一个东西（例如：媒体播放器），有一些操作：暂停、播放、停止。很显然，每执行一种操作，媒体播放器的状态便改变了。
- 播放 -> 暂停：
  - Media Player is now paused.
  当前是播放状态，点击暂停操作，输出：Media Player is not playing.
- 暂停 -> 暂停
  - Media Player is not playing.
  当前是暂停状态，点击暂停操作，输出：Media Player is not playing.
- 虽然是同一种操作，但是，因为媒体播放器处在不同的状态，所以表现不同。
面对这种场景，我们怎么编码呢？
- 简单粗暴的方式：写if-else或者switch。（详见：二、不采用状态模式）
- 更好的方式：采用状态模式。（详见：三、采用状态模式）
  - 状态模式是一种行为设计模式，让我们能在一个对象的内部状态变化时改变其行为。

二、不采用状态模式

1、代码

// 媒体播放器
public class MediaPlayer {
    private String currentState;

    public MediaPlayer() {
        this.currentState = "STOPPED"; // 初始状态为停止
    }

    public void play() {
        if (currentState.equals("STOPPED")) {
            System.out.println("Media Player is now playing.");
            currentState = "PLAYING";
        } else if (currentState.equals("PAUSED")) {
            System.out.println("Media Player resumed playing.");
            currentState = "PLAYING";
        } else {
            System.out.println("Media Player is already playing.");
        }
    }

    public void pause() {
        if (currentState.equals("PLAYING")) {
            System.out.println("Media Player is now paused.");
            currentState = "PAUSED";
        } else {
            System.out.println("Media Player is not playing.");
        }
    }

    public void stop() {
        System.out.println("Media Player is now stopped.");
        currentState = "STOPPED";
    }
}

// 客户端
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MediaPlayer mediaPlayer = new MediaPlayer();
        System.out.println("Initial state: Stopped");

        mediaPlayer.play(); // Stopped -> Playing
        mediaPlayer.pause(); // Playing -> Paused
        mediaPlayer.play(); // Paused -> Playing
        mediaPlayer.stop(); // Playing -> Stopped
    }
}

/*
Initial state: Stopped
Media Player is now playing.
Media Player is now paused.
Media Player resumed playing.
Media Player is now stopped.
*/

2、缺点

由于在设计之初，不一定能想到所有状态，假设一开始只想到了：play、pause、stop。辛辛苦苦写好了上面的代码。这时候，产品经理又提了新需求了，发现又要补2个状态。没办法，上面的play、pause、stop三个方法都要进行修改。改着改着就成屎山了。

三、采用状态模式

1、代码

1.1 状态类

状态模式建议为对象的所有可能状态新建一个类，每个状态独自实现自身状态下的各个行为。

// 抽象父类
public abstract class MediaPlayerState {
    protected MediaPlayer mediaPlayer;

    public MediaPlayerState(MediaPlayer mediaPlayer) {
        this.mediaPlayer = mediaPlayer;
    }

    protected abstract void play();
    protected abstract void pause();
    protected abstract void stop();
}

// 播放状态
public class MediaPlayerPlayState extends MediaPlayerState {
    public MediaPlayerPlayState(MediaPlayer mediaPlayer) {
        super(mediaPlayer);
    }

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("Media Player is already playing.");
        mediaPlayer.setState(this);
    }

    @Override
    public void pause() {
        System.out.println("Media Player is now paused.");
        mediaPlayer.setState(new MediaPlayerPauseState(mediaPlayer));
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("Media Player is now stopped.");
        mediaPlayer.setState(new MediaPlayerStopState(mediaPlayer));
    }
}

// 暂停状态
public class MediaPlayerPauseState extends MediaPlayerState {
    public MediaPlayerPauseState(MediaPlayer mediaPlayer) {
        super(mediaPlayer);
    }

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("Media Player resumed playing.");
        mediaPlayer.setState(new MediaPlayerPlayState(mediaPlayer));
    }

    @Override
    public void pause() {
        System.out.println("Media Player is not playing.");
        mediaPlayer.setState(this);
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("Media Player is now stopped.");
        mediaPlayer.setState(new MediaPlayerStopState(mediaPlayer));
    }
}

// 停止状态
public class MediaPlayerStopState extends MediaPlayerState {
    public MediaPlayerStopState(MediaPlayer mediaPlayer) {
        super(mediaPlayer);
    }

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("Media Player is now playing.");
        mediaPlayer.setState(new MediaPlayerPlayState(mediaPlayer));
    }

    @Override
    public void pause() {
        System.out.println("Media Player is not playing.");
        mediaPlayer.setState(new MediaPlayerPauseState(mediaPlayer));
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("Media Player is now stopped.");
        mediaPlayer.setState(this);
    }
}

1.2 上下文（这里指：媒体播放器）

public class MediaPlayer {
    private MediaPlayerState state;

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

    public MediaPlayer() {
        this.state = new MediaPlayerStopState(this);
    }

    public void play() {
        state.play();
    }

    public void pause() {
        state.pause();
    }

    public void stop() {
        state.stop();
    }
}

1.3 客户端

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MediaPlayer mediaPlayer = new MediaPlayer();
        System.out.println("Initial state: Stopped");

        mediaPlayer.play(); // Stopped -> Playing
        mediaPlayer.pause(); // Playing -> Paused
        mediaPlayer.play(); // Paused -> Playing
        mediaPlayer.stop(); // Playing -> Stopped
    }
}

/*
Initial state: Stopped
Media Player is now playing.
Media Player is now paused.
Media Player resumed playing.
Media Player is now stopped.
*/

2、优点

每个状态类，只需要关心自己状态下，每种操作应该执行哪些逻辑就好了。
如果新增了状态，那无非就是新增一个类，其他已有的状态类，无非就是新写一个方法。这并不会去修改已有的代码，符合开闭原则。

上面的写法有一个小瑕疵，每个状态类实际上应该是单例模式（详见：对单例模式的饿汉式、懒汉式的思考），而不是每次切换状态的时候新建一个对象。

不同状态下，有些操作是一样的，例如：停止操作。这时候可以采用组合的方式进行复用。将停止操作放到一个类中，例如：MediaPlayerStopHandler。每个方法调用MediaPlayerStopHandler的stop方法()实现停止。
仔细看下状态模式的结构：
- 会发现和策略模式的结构很像。但二者有很多不同：
  - （1）策略模式：
    - 1）根据客户端的输入，匹配一种策略。每个策略完全独立，策略A感知不到策略B。
    - 2）策略A和策略B是做同一件事情，仅仅是做法不同。
  - （2）状态模式：
    - 1）每种状态下，会有多种行为。（如果只有一种行为，也不存在状态转换了）
    - 2）状态A和状态B不是完全独立的，状态A执行某个行为后，会从状态A转移到状态B。