【設計模式（20）】行為型模式之狀態模式

阿新 • • 發佈：2021-07-01

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如有勘誤，歡迎指出和討論，本文後期也會進行修正和補充

人都有喜怒哀樂，在不同的情緒下，我們可能會作出不同的行為，進而影響外界事物；而外界事物也可能影響我們的情緒，導致我們作出不同的行為（完美閉環）

開發中的物件，有時候也會根據不同的情況作出不同的行為，而物件與外部事件互動的時候，也可能改變自身的狀態，進而行為也發生改變

對於有多種狀態的物件，傳統的解決方案是列舉所有的情況，使用條件判斷語句if-else或者switch-case來判斷，但對於複雜的狀態判斷，則會顯得過於臃腫和混亂。而且每次新增狀態都需要新增一個判斷，擴充套件性差

狀態模式就是為了解決這種問題而出現的，通過將狀態相關的判斷邏輯提取出來，使用不同的類進行表示，根據不同的狀態選擇相應的類來進行處理。

1.介紹

適用目的：允許物件在內部狀態發生改變時改變它的行為

主要解決：物件的行為依賴於它的狀態（屬性），並且可以根據它的狀態改變而改變它的相關行為。

何時使用：程式碼中包含大量與物件狀態有關的條件語句。

如何解決：將各種具體的狀態類抽象出來，單獨成為類。

關鍵程式碼：定義統一的介面，根據不同的狀態進行不同實現。

應用例項：系統和應用的低負載/高負載/超載狀態；安裝程式的下一步；

優點：

結構清晰，狀態模式將與特定狀態相關的行為區域性化到一個狀態中，並且將不同狀態的行為分割開來，滿足“單一職責原則”。

將狀態轉換顯示化，減少物件間的相互依賴。將不同的狀態引入獨立的物件中會使得狀態轉換變得更加明確，且減少物件間的相互依賴。
狀態類職責明確，有利於程式的擴充套件。通過定義新的子類很容易地增加新的狀態和轉換。

缺點：

狀態模式的使用必然會增加系統的類與物件的個數。
狀態模式的結構與實現都較為複雜，如果使用不當會導致程式結構和程式碼的混亂。
狀態模式對開閉原則的支援並不太好，對於可以切換狀態的狀態模式，增加新的狀態類需要修改那些負責狀態轉換的原始碼，否則無法切換到新增狀態，而且修改某個狀態類的行為也需要修改對應類的原始碼

使用場景：

行為隨狀態改變而改變的場景。
條件、分支語句的代替者。

2.結構

狀態模式包含以下主要角色

環境類（Context）：也稱為上下文，它定義了客戶端需要的介面，內部維護一個當前狀態，並負責具體狀態的切換。
抽象狀態（State）：定義一個介面，用以封裝環境物件中的特定狀態所對應的行為，可以有一個或多個行為。
具體狀態（Concrete State）：實現抽象狀態所對應的行為，並且在需要的情況下進行狀態切換。

3.步驟

建立環境類

class Context {
    private State state;

    public Context(State state) {
        this.state = state;
    }

    public State getState() {
        return state;
    }

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

    public void handle() {
        state.handle(this);
    }
}

建立抽象狀態

interface State {
    void handle(Context context);
}

建立具體狀態

class StateA implements State {
    @Override
    public void handle(Context context) {
        System.out.println("change stateA to stateB");
        // 狀態變為B
        context.setState(new StateB());
    }
}

class StateB implements State {
    @Override
    public void handle(Context context) {
        System.out.println("change stateB to stateC");
        // 狀態變為C
        context.setState(new StateC());
    }
}


class StateC implements State {
    @Override
    public void handle(Context context) {
        System.out.println("change stateC to stateA");
        // 狀態變為C
        context.setState(new StateA());
    }
}

測試程式碼

public class StateTest {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context(new StateA());    // 建立環境，初始狀態為A
        context.handle();   // 第1次變更，A變為B
        context.handle();   // 第2次變更，B變為C
        context.handle();   // 第3次變更，C變為A
        context.handle();   // 第4次變更，A變為B
    }
}

執行結果

4.例項

模擬場景如下

分數包括三種評級

不及格：小於60分

及格：大於等於60且小於90

優秀：大於等於90

對分數進行加減，獲取當前的分數和評級

程式碼如下

package com.company.designPattern.state;

import java.util.Scanner;

public class ScoreStateTest {
    public static void main(String[] args) {
        ScoreContext account = new ScoreContext();
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        System.out.println("學生成績狀態測試：");
        while (true) {
            System.out.print("請輸入分數變化：");
            int num = input.nextInt();
            account.add(num);
        }
    }
}

//環境類
class ScoreContext {
    private AbstractState state;

    ScoreContext() {
        state = new LowState(this);
    }

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

    public AbstractState getState() {
        return state;
    }

    public void add(int score) {
        state.addScore(score);
    }
}

//抽象狀態類
abstract class AbstractState {
    protected ScoreContext context;  //環境
    protected String stateName; //狀態名
    protected int score; //分數

    public abstract void checkState(); //檢查當前狀態

    public void addScore(int x) {
        score += x;
        System.out.print("加上：" + x + "分，\t當前分數：" + score);
        checkState();
        System.out.println("分，\t當前狀態：" + context.getState().stateName);
    }
}

//具體狀態類：不及格
class LowState extends AbstractState {
    public LowState(ScoreContext h) {
        context = h;
        stateName = "不及格";
        score = 0;
    }

    public LowState(AbstractState state) {
        context = state.context;
        stateName = "不及格";
        score = state.score;
    }

    public void checkState() {
        if (score >= 90) {
            context.setState(new HighState(this));
        } else if (score >= 60) {
            context.setState(new MiddleState(this));
        }
    }
}

//具體狀態類：中等
class MiddleState extends AbstractState {
    public MiddleState(AbstractState state) {
        context = state.context;
        stateName = "及格";
        score = state.score;
    }

    public void checkState() {
        if (score < 60) {
            context.setState(new LowState(this));
        } else if (score >= 90) {
            context.setState(new HighState(this));
        }
    }
}

//具體狀態類：優秀
class HighState extends AbstractState {
    public HighState(AbstractState state) {
        context = state.context;
        stateName = "優秀";
        score = state.score;
    }

    public void checkState() {
        if (score < 60) {
            context.setState(new LowState(this));
        } else if (score < 90) {
            context.setState(new MiddleState(this));
        }
    }
}

執行結果