行为类型11-11：状态模式(State Pattern)

1. 概述

在状态模式（State Pattern）中，类的行为是随着它的状态改变的。定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

在状态模式中，我们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。

2. 介绍

2.1 意图

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。

2.2 主要解决

对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

2.3 何时使用

代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。

2.4 如何解决

将各种具体的状态类抽象出来。

2.5 关键代码

通常命令模式的接口中只有一个方法。而状态模式的接口中有一个或者多个方法。而且，状态模式的实现类的方法，一般返回值，或者是改变实例变量的值。也就是说，状态模式一般和对象的状态有关。实现类的方法有不同的功能，覆盖接口中的方法。状态模式和命令模式一样，也可以用于消除 if…else 等条件选择语句。

2.6 应用实例

1、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。 2、曾侯乙编钟中，‘钟是抽象接口’,'钟A’等是具体状态，'曾侯乙编钟’是具体环境（Context）。

2.7 优点

1、封装了转换规则。 2、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。 3、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。 4、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。 5、可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

2.8 缺点

1、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。 2、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。 3、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。

2.9 使用场景

1、行为随状态改变而改变的场景。 一个对象的行为取决于它的状态,并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。

2、条件、分支语句的代替者。一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常,有多个操作包含这一相同的条件结构。State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其他对象而独立变化。

2.10 注意事项

在行为受状态约束的时候使用状态模式，而且状态不超过 5 个。

3. 参与者

1.Context
	定义客户感兴趣的接口。
	维护一个ConcreteState子类的实例，这个实例定义当前状态。

2.State
	定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为。

3.ConcreteStatesubclasses
	每一子类实现一个与Context的一个状态相关的行为。

4. 类图

5. 例子

5.1 Context

public class Context {
    private Weather weather;

    public void setWeather(Weather weather) {
        this.weather = weather;
    }

    public Weather getWeather() {
        return this.weather;
    }

    public String weatherMessage() {
        return weather.getWeather();
    }
}

5.2 State

public interface Weather {
    String getWeather();
}

5.3 ConcreteStatesubclasses

public class Rain implements Weather {
    public String getWeather() {
        return "下雨";
    }
}

public class Sunshine implements Weather {
    public String getWeather() {
        return "阳光";
    }
}

Test

public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        Context ctx1 = new Context();
        ctx1.setWeather(new Sunshine());
        System.out.println(ctx1.weatherMessage());

        System.out.println("===============");

        Context ctx2 = new Context();
        ctx2.setWeather(new Rain());
        System.out.println(ctx2.weatherMessage());
    }
}

result

阳光
===============
下雨

6 示例2

我们将创建一个 State 接口和实现了 State 接口的实体状态类。Context 是一个带有某个状态的类。

StatePatternDemo，我们的演示类使用 Context 和状态对象来演示 Context 在状态改变时的行为变化。

6.1

public interface State {
    public void doAction(Context context);
}

class StartState implements State{
    @Override
    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("Player is in start state");
        context.setState(this);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Start State";
    }
}

class StopState implements State{
    @Override
    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("Player is in stop state");
        context.setState(this);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Stop State";
    }
}

public class Context {
    private State state;

    public Context() {
        state = null;
    }

    public State getState() {
        return state;
    }

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

test

public class StatePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();

        StartState startState = new StartState();
        startState.doAction(context);

        System.out.println(context.getState().toString());

        StopState stopState = new StopState();
        stopState.doAction(context);
        System.out.println(context.getState().toString());
    }
}

result

Player is in start state
Start State
Player is in stop state
Stop State