状态模式Java案例及应用场景详解(22)

Java基础 潘老师 3周前 (06-05) 31 ℃ (0) 扫码查看

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:
状态模式改进前UML类图
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:

案例运行效果

以上代码问题分析:

  • 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:
状态模式UML类图
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:
状态模式案例运行结果

状态模式优缺点

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。

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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