深入理解Java設計模式之狀態模式

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一、什麼是狀態模式

定義：當一個對象的內在狀態改變時允許改變其行為，這個對象看起來像是改變瞭其類。

主要解決：當控制一個對象狀態的條件表達式過於復雜時的情況。把狀態的判斷邏輯轉移到表示不同狀態的一系列類中，可以把復雜的判斷邏輯簡化。

意圖：允許一個對象在其內部狀態改變時改變它的行為

二、狀態模式的結構

在該類圖中，我們看到三個角色：

（1）Context： 環境類，定義客戶感興趣的接口，維護一個State子類的實例，這個實例對應的是對象當前的狀態。

（2）State：抽象狀態類或者狀態接口，定義一個或者一組行為接口，表示該狀態下的行為動作。

（3）ConcreteState: 具體狀態類，實現State抽象類中定義的接口方法，從而達到不同狀態下的不同行為。

三、狀態模式的使用場景

1.一個對象的行為取決於它的狀態，並且它必須在運行時刻根據狀態改變它的行為。

2.一個操作中含有龐大的多分支結構，並且這些分支決定於對象的狀態。

例子：我們在微博上看到一篇文章，覺得還不錯，於是想評論或者轉發，但如果用戶沒有登錄，這個時候就會先自動跳轉到登錄註冊界面，如果已經登錄，當然就可以直接評論或者轉發瞭。這裡我們可以看到，我們用戶的行為是由當前是否登錄這個狀態來決定的，這就是典型的狀態模式情景。

當然還包括很多其他動作，例如轉發、分享、打賞等等，都要重復判斷狀態才行，如果程序隨著需求的改動或者功能邏輯的增加需要修改代碼，那麼你隻要遺漏瞭一個判斷，就會出問題。

而使用狀態模式，可以很好地避免過多的if–else –分支，狀態模式將每一個狀態分支放入一個獨立的類中，每一個狀態對象都可以獨立存在，程序根據不同的狀態使用不同的狀態對象來實現功能。

四、狀態模式和策略模式對比

如果我們在編寫代碼的時候，遇到大量的條件判斷的時候，可能會采用策略模式來優化結構，因為這時涉及到策略的選擇，但有時候仔細查看下，就會發現，這些所謂的策略其實是對象的不同狀態，更加明顯的是，對象的某種狀態也成為判斷的條件。

策略模式的Context含有一個Strategy的引用，將自身的功能委托給Strategy來完成。

我們把Strategy接口改個名字為State，這就是狀態模式瞭，同樣Context也有一個State類型的引用，也將自己的部門功能委托給State來完成。

要使用狀態模式，我們必須明確兩個東西：狀態和每個狀態下執行的動作。

在狀態模式中，因為所有的狀態都要執行相應的動作，所以我們可以考慮將狀態抽象出來。

狀態的抽象一般有兩種形式：接口和抽象類。如果所有的狀態都有共同的數據域，可以使用抽象類，但如果隻是單純的執行動作，就可以使用接口。

他們之間真正的區別在策略模式對Strategy的具體實現類有絕對的控制權，即Context要感知Strategy具體類型。而狀態模式，Context不感知State的具體實現，Context隻需調用自己的方法，這個調用的方法會委托給State來完成，State會在相應的方法調用時，自動為Context設置狀態，而這個過程對Context來說是透明的，不被感知的。

五、狀態模式的優缺點

優點：

1、封裝瞭轉換規則。

2、枚舉可能的狀態，在枚舉狀態之前需要確定狀態種類。

3、將所有與某個狀態有關的行為放到一個類中，並且可以方便地增加新的狀態，隻需要改變對象狀態即可改變對象的行為。

4、允許狀態轉換邏輯與狀態對象合成一體，而不是某一個巨大的條件語句塊。

5、可以讓多個環境對象共享一個狀態對象，從而減少系統中對象的個數。

缺點：

1、狀態模式的使用必然會增加系統類和對象的個數。

2、狀態模式的結構與實現都較為復雜，如果使用不當將導致程序結構和代碼的混亂。

3、狀態模式對“開閉原則”的支持並不太好，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源代碼，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修改對應類的源代碼。

六、狀態模式的實現

抽象狀態類，定義一個接口以封裝與Context類（Work）的一個特定狀態相關的行為。

public abstract class State
{
    public abstract void WriteProgram(Work w);
}

工作狀態類，每一個子類實現一個與Context類（Work）的一個狀態相關的行為。

//上午工作狀態
public class ForeNoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 12)
        {
            Console.WriteLine("當前時間：{0}點，上午工作，精神百倍", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超過12點，則轉入中午工作狀態
            w.SetState(new NoonState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}
//中午工作狀態
public class NoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 13)
        {
            Console.WriteLine("當前時間：{0}點，吃午飯，午休", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超過13點，則轉入下午工作狀態
            w.SetState(new AfterNoonState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}
//下午工作狀態
public class AfterNoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 17)
        {
            Console.WriteLine("當前時間：{0}點，下午工作，繼續努力", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超過17點，則轉入晚上工作狀態
            w.SetState(new EveningState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}
//晚上工作狀態
public class EveningState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Finish)
        {
            //如果狀態已完成，則轉入下班狀態
            w.SetState(new RestState());
            w.WriteProgram();
        }
        else
        {
            if (w.Hour < 21)
            {
                Console.WriteLine("當前時間：{0}點，加班", w.Hour);
            }
            else
            {
                //超過21點，則轉入睡眠工作狀態
                w.SetState(new SleepingState());
                w.WriteProgram();
            }
        }
    }
}
//睡眠工作狀態
public class SleepingState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        Console.WriteLine("當前時間：{0}點，睡覺", w.Hour);
    }
}
//下班休息狀態
public class RestState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        Console.WriteLine("當前時間：{0}點，下班", w.Hour);
    }
}

工作類，Context類，維護一個ConcreteState子類（工作狀態類）的實例，這個實例定義當前的狀態

public class Work
{
    private State current;
    public Work()
    {
        //工作初始化為上午工作狀態
        current = new ForeNoonState();
    }
    //“鐘點”屬性，狀態轉換的依據
    private double hour;
    public double Hour
    {
        get { return hour; }
        set { hour = value; }
    }
    //“任務完成”屬性，是否能下班的依據
    private bool finish = false;
    public bool Finish
    {
        get { return finish; }
        set { finish = value; }
    }
     public void SetState(State s)
    {
        current = s;
    }
     public void WriteProgram()
    {
        current.WriteProgram(this);
    }
}

客戶端代碼

class Program
{
    //客戶端代碼
    static void Main(string[] args)
    {
        Work w = new Work();
        w.Hour = 9;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 10;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 12;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 13;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 14;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 17;
         w.Finish = false;
        //w.Finish = true;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 19;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 22;
        w.WriteProgram();
         Console.Read();
    }
}

結果

當前時間：9點，上午工作，精神百倍
當前時間：10點，上午工作，精神百倍
當前時間：12點，吃午飯，午休
當前時間：13點，下午工作，繼續努力
當前時間：14點，下午工作，繼續努力
當前時間：17點，加班
當前時間：19點，加班
當前時間：22點，睡覺

七、總結

在對象的行動取決於本身的狀態時，可以適用於狀態模式，免去瞭過多的if–else判斷，這對於一些復雜的和繁瑣的判斷邏輯有很好的幫助。但是使用狀態模式，勢必會造成更多的接口和類，對於非常簡單的狀態判斷，可以不使用。

本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容！

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