Java设计模式-状态模式

状态模式

• • • 一、概述
    • 二、结构
    • 三、案例实现
    • 四、优缺点
    • 五、使���场景

      一、概述

      【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。

      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;    @Override    public void setState(int state) {        this.state = state;    }    //执行关门动作    @Override    public 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    @Override    public void open() {        switch (this.state) {            case OPENING_STATE://门已经开了，不能再开门了                //do nothing                break;            case CLOSING_STATE://关门状态，门打开:                System.out.println("电梯门打开了。。。");                this.setState(OPENING_STATE);                break;            case RUNNING_STATE:                //do nothing 运行时电梯不能开门                break;            case STOPPING_STATE:                System.out.println("电梯门开了。。。");//电梯停了，可以开门了                this.setState(OPENING_STATE);                break;        }    }    //执行运行动作    @Override    public void run() {        switch (this.state) {            case OPENING_STATE://电梯不能开着门就走                //do nothing                break;            case CLOSING_STATE://门关了，可以运行了                System.out.println("电梯开始运行了。。。");                this.setState(RUNNING_STATE);//现在是运行状态                break;            case RUNNING_STATE:                //do nothing 已经是运行状态了                break;            case STOPPING_STATE:                System.out.println("电梯开始运行了。。。");                this.setState(RUNNING_STATE);                break;        }    }    //执行停止动作    @Override    public void stop() {        switch (this.state) {            case OPENING_STATE: //开门的电梯已经是是停止的了(正常情况下)                //do nothing                break;            case CLOSING_STATE://关门时才可以停止                System.out.println("电梯停止了。。。");                this.setState(STOPPING_STATE);                break;            case RUNNING_STATE://运行时当然可以停止了                System.out.println("电梯停止了。。。");                this.setState(STOPPING_STATE);                break;            case STOPPING_STATE:                //do nothing                break;        }    }}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

        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。

        二、结构

        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。

          三、案例实现

          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：

          //抽象状态类public abstract class LiftState {    //定义一个环境角色，也就是封装状态的变化引起的功能变化    protected Context context;    public void setContext(Context context) {        this.context = 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();}//开启状态public class OpenningState extends LiftState {    //开启当然可以关闭了，我就想测试一下电梯门开关功能    @Override    public void open() {        System.out.println("电梯门开启...");    }    @Override    public void close() {        //状态修改        super.context.setLiftState(Context.closeingState);        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作        super.context.getLiftState().close();    }    //电梯门不能开着就跑，这里什么也不做    @Override    public void run() {        //do nothing    }    //开门状态已经是停止的了    @Override    public void stop() {        //do nothing    }}//运行状态public class RunningState extends LiftState {    //运行的时候开电梯门？你疯了！电梯不会给你开的    @Override    public void open() {        //do nothing    }    //电梯门关闭？这是肯定了    @Override    public void close() {//虽然可以关门，但这个动作不归我执行        //do nothing    }    //这是在运行状态下要实现的方法    @Override    public void run() {        System.out.println("电梯正在运行...");    }    //这个事绝对是合理的，光运行不停止还有谁敢做这个电梯？！估计只有上帝了    @Override    public void stop() {        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);        super.context.stop();    }}//停止状态public class StoppingState extends LiftState {    //停止状态，开门，那是要的！    @Override    public void open() {        //状态修改        super.context.setLiftState(Context.openningState);        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作        super.context.getLiftState().open();    }    @Override    public void close() {//虽然可以关门，但这个动作不归我执行        //状态修改        super.context.setLiftState(Context.closeingState);        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作        super.context.getLiftState().close();    }    //停止状态再跑起来，正常的很    @Override    public void run() {        //状态修改        super.context.setLiftState(Context.runningState);        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作        super.context.getLiftState().run();    }    //停止状态是怎么发生的呢？当然是停止方法执行了    @Override    public void stop() {        System.out.println("电梯停止了...");    }}//关闭状态public class ClosingState extends LiftState {    @Override    //电梯门关闭，这是关闭状态要实现的动作    public void close() {        System.out.println("电梯门关闭...");    }    //电梯门关了再打开，逗你玩呢，那这个允许呀    @Override    public void open() {        super.context.setLiftState(Context.openningState);        super.context.open();    }    //电梯门关了就跑，这是再正常不过了    @Override    public void run() {        super.context.setLiftState(Context.runningState);        super.context.run();    }    //电梯门关着，我就不按楼层    @Override    public void stop() {        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);        super.context.stop();    }}//环境角色public class Context {    //定义出所有的电梯状态    public final static OpenningState openningState = new OpenningState();//开门状态，这时候电梯只能关闭    public final static ClosingState closeingState = new ClosingState();//关闭状态，这时候电梯可以运行、停止和开门    public final static RunningState runningState = new RunningState();//运行状态，这时候电梯只能停止    public final static StoppingState stoppingState = new StoppingState();//停止状态，这时候电梯可以开门、运行    //定义一个当前电梯状态    private LiftState liftState;    public LiftState getLiftState() {        return this.liftState;    }    public void setLiftState(LiftState liftState) {        //当前环境改变        this.liftState = liftState;        //把当前的环境通知到各个实现类中        this.liftState.setContext(this);    }    public void open() {        this.liftState.open();    }    public void close() {        this.liftState.close();    }    public void run() {        this.liftState.run();    }    public void stop() {        this.liftState.stop();    }}//测试类public class Client {    public static void main(String[] args) {        Context context = new Context();        context.setLiftState(new ClosingState());        context.open();        context.close();        context.run();        context.stop();    }}

          四、优缺点

          1，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。

            2，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。

              五、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。