津津乐道设计模式 - 状态模式详解（以交通信号灯举例带你快速理解）

news2024/11/16 5:25:25

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津津乐道设计模式 - 状态模式详解

什么是状态模式
状态模式适用场景
生活案例
案例代码
状态模式优缺点
结语

什么是状态模式

状态模式(State Pattern)是一种行为型设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变其行为。状态模式将对象的行为封装在不同的状态类中，并通过上下文对象来管理状态的切换。
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在状态模式中，有以下几个关键角色：

上下文（Context）：维护一个对当前状态对象的引用，并提供接口给客户端来请求状态的改变。

抽象状态（State）：定义一个通用的状态接口，具体的状态类实现这个接口，并根据具体的状态来实现相应的行为。

具体状态（Concrete State）：实现抽象状态接口，定义该状态下的具体行为。

状态模式的核心思想是将对象的行为和状态解耦，使得对象的行为可以根据内部状态的变化而变化，同时遵循开闭原则，易于扩展。

状态模式适用场景

当一个对象的行为取决于其内部状态，并且在运行时需要根据状态来改变行为时，可以使用状态模式 （比如：订单状态）
当对象的行为有多个状态且频繁发生变化时，可以使用状态模式来减少大量的条件判断语句 （比如：商品库存状态）
当需要在运行时动态地添加新的状态，并且能够轻松地扩展状态类时，可以使用状态模式
当对象具有较复杂的状态转换逻辑时，可以使用状态模式来简化状态之间的转换关系

状态模式通过将对象的行为和状态进行分离，使得状态的变化可以独立于行为，从而提高了代码的可维护性和扩展性。它适用于对象具有多个状态且需要根据不同状态来改变行为的场景。

生活案例

在一个交通信号灯系统中，交通信号灯可以处于不同的状态，比如红灯、绿灯和黄灯。每个状态下交通信号灯的行为和显示都是不同的，我们可以使用状态模式来实现这个场景，让大家更容易理解状态模式；
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案例代码

首先，我们定义一个状态接口（State），其中包含了交通信号灯的行为方法，比如显示信号灯、处理信号灯变化等：

// 状态接口
public interface State {
    void displaySignal();
    void handleSignalChange(TrafficSignal signal);
}

我们定义交通信号灯类（TrafficSignal）作为上下文，包含当前的状态对象，并提供了一些方法来控制信号灯的行为：

// 交通信号灯类
public class TrafficSignal {
    private State state;

    public TrafficSignal() {
        // 初始状态为红灯
        this.state = new RedLightState();
    }

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

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

    public void changeSignal() {
        state.handleSignalChange(this);
    }
}

然后，我们定义具体的状态类，分别表示红灯、绿灯和黄灯：

// 红灯状态
public class RedLightState implements State {
    @Override
    public void displaySignal() {
        System.out.println("红灯亮起");
    }

    @Override
    public void handleSignalChange(TrafficSignal signal) {
        signal.setState(new GreenLightState());
    }
}

// 绿灯状态
public class GreenLightState implements State {
    @Override
    public void displaySignal() {
        System.out.println("绿灯亮起");
    }

    @Override
    public void handleSignalChange(TrafficSignal signal) {
        signal.setState(new YellowLightState());
    }
}

// 黄灯状态
public class YellowLightState implements State {
    @Override
    public void displaySignal() {
        System.out.println("黄灯亮起");
    }

    @Override
    public void handleSignalChange(TrafficSignal signal) {
        signal.setState(new RedLightState());
    }
}

现在，我们可以在客户端中使用交通信号灯系统：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        TrafficSignal signal = new TrafficSignal();

        // 显示当前信号灯状态
        signal.displaySignal();

        // 切换信号灯状态
        signal.changeSignal();

        // 显示切换后的信号灯状态
        signal.displaySignal();
    }
}