状态模式Java案例及应用场景详解（22）

状态模式概述

【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。

传统方式实现类图如下：

传统方式代码如下：

1）电梯接口类

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();
}

2）电梯实现类-根据不同的状态为了保证安全只能执行对应的操作

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;
}
}
}

3）测试类

public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建电梯对象
Lift lift = new Lift();
//设置当前电梯的状态
lift.setState(ILift.RUNNING_STATE);
//打开
lift.open();
lift.close();
lift.run();
lift.stop();
}
}

4）运行效果：

• 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

状态模式定义

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。

状态模式Java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：

1）抽象状态类

//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();
}

2）开启状态类-具体状态类角色

//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.CLOSING_STATE);
//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
}
}

3）运行状态类-具体状态类角色

//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.STOPPING_STATE);
super.context.stop();
}
}

4）停止状态类-具体状态类角色

//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.OPENNING_STATE);
//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.CLOSING_STATE);
//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.RUNNING_STATE);
//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...");
}
}

5）关闭状态类-具体状态类角色

//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.OPENNING_STATE);
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.RUNNING_STATE);
super.context.run();
}
​
//电梯门关着，我就不按楼层
@Override
public void stop() {
super.context.setLiftState(Context.STOPPING_STATE);
super.context.stop();
}
}

6）环境角色类

//环境角色
public class Context {
//定义出所有的电梯状态
public final static OpenningState OPENNING_STATE= new OpenningState();//开门状态，这时候电梯只能关闭
public final static ClosingState CLOSING_STATE= new ClosingState();//关闭状态，这时候电梯可以运行、停止和开门
public final static RunningState RUNNING_STATE= new RunningState();//运行状态，这时候电梯只能停止
public final static StoppingState STOPPING_STATE= 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();
}
}

6）测试类

//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建环境角色对象
Context context = new Context();
//设置当前电梯装填
context.setLiftState(new ClosingState());
context.open();
context.run();
context.close();
context.stop();
}
}

运行测试类，测试结果如图：

状态模式优缺点

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。

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。

状态模式应用场景

• 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。

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