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状态模式是比较简单的设计模式#xff0c;它的主要作用是减少代码中大量的 if-else 或者 switch-case 等逻辑判断#xff08;俗称屎山#xff09;。它将每个状态定义为一个类#xff0c;而每个状态类有自己对应的方法#xff0c;因此当需要根据状态执行逻辑代码…状态模式
状态模式是比较简单的设计模式它的主要作用是减少代码中大量的 if-else 或者 switch-case 等逻辑判断俗称屎山。它将每个状态定义为一个类而每个状态类有自己对应的方法因此当需要根据状态执行逻辑代码时不需要写大量的if-else判断是哪个状态然后执行对应的逻辑而只需要创建某个状态对象直接调用它对应的方法即可。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。
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。
案例
【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。
下面使用一个例子来说明第一个代码的实现是不使用状态模式的实现而是每个方法都去判断当前状态情况然后执行对应的逻辑。类图如下 代码如下
public interface ILift {//电梯的4个状态//开门状态public final static int OPENING_STATE 1;//关门状态public final static int CLOSING_STATE 2;//运行状态public final static int RUNNING_STATE 3;//停止状态public final static int STOPPING_STATE 4;//设置电梯的状态public void setState(int state);//电梯的动作public void open();public void close();public void run();public void stop();
}public class Lift implements ILift {private int state;Overridepublic void setState(int state) {this.state state;}//执行关门动作Overridepublic 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;}}//执行开门动作Overridepublic void open() {switch (this.state) {// ..... 省略大量case代码}}//执行运行动作Overridepublic void run() {switch (this.state) {// ..... 省略大量case代码}}//执行停止动作Overridepublic void stop() {switch (this.state) {// ..... 省略大量case代码}}
}public class Client {public static void main(String[] args) {Lift lift new Lift();lift.setState(ILift.STOPPING_STATE);//电梯是停止的lift.open();//开门lift.close();//关门lift.run();//运行lift.stop();//停止}
}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
状态设计模式实现
对上述电梯的案例使用状态模式进行改进。类图如下 代码如下
首先定义电梯状态类成员变量有当前状态名字和当前管理当前状态的上下文对象Context为什么需要这个因为所有的状态都由Context对象统一管理所以所有的状态都需要记住管理自己的上下文对象这个对象只有一个被所有状态对象持有。说到低就是各个状态类维护唯一的上下文对象引用。
public abstract class LiftState {private String stateName;Context context; // 维护当前的Contex全局只有一个Context维护当前的上下文环境public String getStateName() {return stateName;}public void setStateName(String stateName) {this.stateName stateName;}public void setContext(Context context){this.context context;}public Context getContext(){return this.context;}//电梯开门动作public abstract void open();//电梯关门动作public abstract void close();//电梯运行动作public abstract void run();//电梯停止动作public abstract void stop();
}然后是四种状态的实现类如下
// 电梯关闭门状态
public class ClosedState extends LiftState{public ClosedState(){this.setStateName(关闭状态);}// 电梯闭门(运行)状态只可以停止Overridepublic void stop() {// 停止电梯System.out.println(电梯运行已经停止...);// 修改当前上下文环境StoppedState stoppedState new StoppedState();stoppedState.setContext(this.getContext()); // 当前Context不能变全局用一个this.context.setCurrState(stoppedState); // 修改当前环境的状态换状态了}Overridepublic void open() {System.out.println(不执行任何命令);}Overridepublic void close() {System.out.println(不执行任何命令);}Overridepublic void run() {System.out.println(不执行任何命令);}
}// 电梯开门状态
public class OpenedState extends LiftState{public OpenedState(){this.setStateName(开启状态);}// 电梯门开着的状态下(停止)只能关门操作Overridepublic void close() {// 关闭电梯门System.out.println(电梯门已经关闭...);// 修改当前上下文环境ClosedState closedState new ClosedState();closedState.setContext(this.getContext()); // 当前Context不能变全局用一个this.context.setCurrState(closedState); // 修改当前环境的状态换状态了}Overridepublic void open() {System.out.println(不执行任何命令);}Overridepublic void run() {System.out.println(不执行任何命令);}Overridepublic void stop() {System.out.println(不执行任何命令);}
}// 电梯运行状态
public class RunningState extends LiftState{public RunningState(){this.setStateName(运行状态);}Overridepublic void open() {System.out.println(不执行任何命令);}Overridepublic void run() {System.out.println(不执行任何命令);}Overridepublic void close() {System.out.println(不执行任何命令);}// 电梯运行时只能停止操作Overridepublic void stop() {// 关闭电梯门System.out.println(电梯运行已经停止...);// 修改当前上下文环境StoppedState stoppedState new StoppedState();stoppedState.setContext(this.getContext()); // 当前Context不能变全局用一个this.context.setCurrState(stoppedState); // 修改当前环境的状态换状态了}
}// 电梯停止状态
public class StoppedState extends LiftState {public StoppedState(){this.setStateName(停止状态);}// 电梯停止状态(假设停止状态是关闭门的停止)只能开门或者继续运行Overridepublic void open() {// 电梯门打开System.out.println(电梯门已经打开...);// 修改当前上下文环境OpenedState openedState new OpenedState();openedState.setContext(this.getContext()); // 当前Context不能变全局用一个this.context.setCurrState(openedState); // 修改当前环境的状态换状态了}Overridepublic void run() {// 启动电梯System.out.println(电梯运行开始启动...);// 修改当前上下文环境RunningState runningState new RunningState();runningState.setContext(this.getContext()); // 当前Context不能变全局用一个this.context.setCurrState(runningState); // 修改当前环境的状态换状态了}Overridepublic void stop() {System.out.println(不执行任何命令);}Overridepublic void close() {System.out.println(不执行任何命令);}
}上面这么多状态需要有一个类来统一管理这个类就是上下文环境类这个类维护一个当前状态屏蔽掉具体的状态类。这个上下文环境对象的当前状态由触发的动作决定例如在电梯停止状态下调用open()方法就会转变位门开启状态。如下
public class Context {private LiftState currState;public Context(LiftState state){this.currState state;this.currState.setContext(this);}public void setCurrState(LiftState state){this.currState state;this.currState.setStateName(state.getStateName());}public LiftState getCurrState(){return this.currState;}public void open(){this.currState.open();}public void close() {this.currState.close();}public void run() {this.currState.run();}public void stop() {this.currState.stop();}}
客户端测试类
public class Main {public static void main(String[] args) {ClosedState closedState new ClosedState();Context context new Context(closedState);System.out.println(context.getCurrState().getStateName());System.out.println(---------------------);context.stop();System.out.println(context.getCurrState().getStateName());context.run();System.out.println(context.getCurrState().getStateName());context.open();System.out.println(context.getCurrState().getStateName());}
}
输出结果 关闭状态 --------------------- 电梯运行已经停止… 停止状态 电梯运行开始启动… 运行状态 不执行任何命令 运行状态 解释一下Context 类中持有LiftState对象而LiftState 类也持有Context 对象的逻辑首先Context 中持有LiftState对象是为了维护不同状态的切换即维护一个当前状态当客户端调用了某个方法会触发状态的自动切换这个Context 就是上下文或者讲环境类。而为什么LiftState 类也持有Context 对象呢那这不是相互引用吗是的但是这样做是没错的LiftState 类中的Context 对象就是一开始我们的环境上下文对象全局只有一个每个状态需要记住这个Context 对象的引用是因为发生状态切换的时候需要Context 对象的状态设置为自己因此需要知道Context 对象的引用。那能不能不引用呢也是可以的那么需要通过传参的方式将Context 对象传进来然后状态切换的时候设置Context 对象的当前状态即可。相互引用在Java中是常见的操作假设A类和B类相互引用实例化的时候先实例化A对象其中的B引用为null然后实例化B的时候将其B中的A引用指向上面实例化的A对象将上面实例化的A对象B引用指向自己。延迟加载的模式进行实例化。
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。
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。
参考内容 传智播客设计模式相关笔记主要 https://zhuanlan.zhihu.com/p/369732910
