设计模式行为型——状态模式

news2024/11/27 18:37:22

在软件开发过程中，应用程序中的部分对象可能会根据不同的情况做出不同的行为，把这种对象称为有状态的对象，而把影响对象行为的一个或多个动态变化的属性称为状态。当有状态的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会发生改变，从而使其行为也发生改变。如天气都有晴天和雨天的时候，不同的天气有不同的行为，当然天气也会受影响其他影响变化。

状态模式的定义

状态模式（State Pattern）属于行为型设计模，也叫作状态机模式（StateMachine Pattern），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，允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。

状态模式中类的行为是由状态决定的，在不同的状态下有不同的行为。其意图是让一个对象在其内部改变的时候，行为也随之改变。状态模式的核心是状态与行为绑定，不同的状态对应不同的行为。

在状态模式中，创建表示各种状态的对象和一个行为随着状态对象改变而改变的context对象。

状态模式的解决思想是：当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时，把相关“判断逻辑”提取出来，用各个不同的类进行表示，系统处于哪种情况，直接使用相应的状态类对象进行处理，这样能把原来复杂的逻辑判断简单化，消除了 if-else、switch-case 等冗余语句，代码更有层次性，并且具备良好的扩展力。

状态模式的实现

状态模式角色

环境类角色（Context）：也称为上下文，它定义了客户端需要的接口，内部维护一个当前状态，并负责具体状态的切换。
抽象状态角色（State）：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，可以有一个或多个行为。
具体状态角色（Concrete State）：实现抽象状态所对应的行为，每一个类封装了一个状态对应的行为，并且在需要的情况下进行状态切换。

状态模式类图

状态模式举例

打篮球的时候运动员可以有正常状态，不正常状态，和超常状态，现在就以我们打篮球时候投篮时候的状态来举例子。正常状态下运动员投十个球进五个球；不正常状态下运动员投十个球进一个球，和超常状态下运动员投十个球进十个球。此时投篮状态为抽象状态角色，运动员的三种投篮竞技状态为具体状态角色，而运动员为环境类角色。

状态模式代码实现

抽象状态角色

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 抽象状态角色 投篮
 * @date 2023/08/07 20:56:20
 */
public interface State {
    /**
     * 投篮
     */
    void shot();
}

具体状态角色

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 具体状态角色 投篮正常
 * @date 2023/08/07 21:00:07
 */
public class NormalState implements State{
    @Override
    public void shot() {
        System.out.println("发挥正常，十中五");
    }
}
package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 具体状态角色 投篮超常
 * @date 2023/08/07 21:00:44
 */
public class SuperState implements State{
    @Override
    public void shot() {
        System.out.println("发挥超长，十中十");
    }
}
package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 具体状态角色 投篮不正常
 * @date 2023/08/07 20:57:46
 */
public class UnnormalState implements State{
    @Override
    public void shot() {
        System.out.println("投篮发挥失常，十中一");
    }
}

环境类角色

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 环境角色 运动员
 * @date 2023/08/07 21:01:45
 */
public class Player {
    private State state = new NormalState();

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

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

测试类

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 状态模式测试类
 * @date 2023/08/07 21:02:30
 */
public class StateTest {

    public static void main(String[] args) {
        Player player = new Player();
        player.shot();//正常下投篮
        player.setState(new UnnormalState());
        player.shot();//不正常下投篮
        player.setState(new SuperState());
        player.shot();//超常下投篮
    }
}

测试截图

状态模式的特点

优点

将状态相关的行为封装到具体状态类中：状态模式通过将不同状态的行为封装到具体状态类中，使得状态之间的转换和行为的变化清晰明确。
遵循开闭原则：新增状态时无需修改原有代码，只需要添加新的状态类和相应的转换逻辑。
简化了条件判断：状态模式避免了大量的条件判断语句，使得代码更加可读、可维护。
符合单一职责原则：将特定的状态及其行为都封装到单独的类中。

缺点

增加了类的数量：使用状态模式会增加多个具体状态类，导致类的数量增加。
可能造成状态转换的复杂性：如果状态之间的转换逻辑比较复杂，可能会导致状态转换的控制逻辑变得复杂难以维护。
状态模式对"开闭原则"的支持并不太好：对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。