【學習難度：★★★☆☆，使用頻率：★★★☆☆】
4.1. 模式動機
- 在很多情況下，一個對象的行為取決于一個或多個動態(tài)變化的屬性，這樣的屬性叫做狀態(tài)，這樣的對象叫做有狀態(tài)的(stateful)對象，這樣的對象狀態(tài)是從事先定義好的一系列值中取出的。當一個這樣的對象與外部事件產(chǎn)生互動時，其內(nèi)部狀態(tài)就會改變，從而使得系統(tǒng)的行為也隨之發(fā)生變化。
- 在UML中可以使用狀態(tài)圖來描述對象狀態(tài)的變化。
案例1
??????“人有悲歡離合，月有陰晴圓缺”，包括人在內(nèi)，很多事物都具有多種狀態(tài)，而且在不同狀態(tài)下會具有不同的行為，這些狀態(tài)在特定條件下還將發(fā)生相互轉(zhuǎn)換。就像水，它可以凝固成冰，也可以受熱蒸發(fā)后變成水蒸汽，水可以流動，冰可以雕刻，蒸汽可以擴散。我們可以用UML狀態(tài)圖來描述H2O的三種狀態(tài)，如圖1所示：
??????在軟件系統(tǒng)中，有些對象也像水一樣具有多種狀態(tài)，這些狀態(tài)在某些情況下能夠相互轉(zhuǎn)換，而且對象在不同的狀態(tài)下也將具有不同的行為。為了更好地對這些具有多種狀態(tài)的對象進行設計，我們可以使用一種被稱之為狀態(tài)模式的設計模式，
案例2（銀行系統(tǒng)中的賬戶類設計）
??????Sunny軟件公司欲為某銀行開發(fā)一套信用卡業(yè)務系統(tǒng)，銀行賬戶(Account)是該系統(tǒng)的核心類之一，通過分析，Sunny軟件公司開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)在該系統(tǒng)中，賬戶存在三種狀態(tài)，且在不同狀態(tài)下賬戶存在不同的行為，具體說明如下：
- (1) 、如果賬戶中余額大于等于0，則賬戶的狀態(tài)為正常狀態(tài)(Normal State)，此時用戶既可以向該賬戶存款也可以從該賬戶取款；
- (2)、 如果賬戶中余額小于0，并且大于-2000，則賬戶的狀態(tài)為透支狀態(tài)(Overdraft State)，此時用戶既可以向該賬戶存款也可以從該賬戶取款，但需要按天計算利息；
- (3) 、如果賬戶中余額等于-2000，那么賬戶的狀態(tài)為受限狀態(tài)(Restricted State)，此時用戶只能向該賬戶存款，不能再從中取款，同時也將按天計算利息；
- (4) 、根據(jù)余額的不同，以上三種狀態(tài)可發(fā)生相互轉(zhuǎn)換。
??????Sunny軟件公司開發(fā)人員對銀行賬戶類進行分析，繪制了如圖2所示UML狀態(tài)圖：
??????在圖2中，NormalState表示正常狀態(tài)，OverdraftState表示透支狀態(tài)，RestrictedState表示受限狀態(tài)，在這三種狀態(tài)下賬戶對象擁有不同的行為，方法deposit()用于存款，withdraw()用于取款，computeInterest()用于計算利息，stateCheck()用于在每一次執(zhí)行存款和取款操作后根據(jù)余額來判斷是否要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換并實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，相同的方法在不同的狀態(tài)中可能會有不同的實現(xiàn)。為了實現(xiàn)不同狀態(tài)下對象的各種行為以及對象狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，Sunny軟件公司開發(fā)人員設計了一個較為龐大的賬戶類Account，其中部分代碼如下所示：
class Account {
private String state; //狀態(tài)
private int balance; //余額
......
//存款操作
public void deposit() {
//存款
stateCheck();
}
//取款操作
public void withdraw() {
if (state.equalsIgnoreCase("NormalState") || state.equalsIgnoreCase("OverdraftState ")) {
//取款
stateCheck();
}
else {
//取款受限
}
}
//計算利息操作
public void computeInterest() {
if(state.equalsIgnoreCase("OverdraftState") || state.equalsIgnoreCase("RestrictedState ")) {
//計算利息
}
}
//狀態(tài)檢查和轉(zhuǎn)換操作
public void stateCheck() {
if (balance >= 0) {
state = "NormalState";
}
else if (balance > -2000 && balance < 0) {
state = "OverdraftState";
}
else if (balance == -2000) {
state = "RestrictedState";
}
else if (balance < -2000) {
//操作受限
}
}
......
}
??????分析上述代碼，我們不難發(fā)現(xiàn)存在如下幾個問題：
- (1) 幾乎每個方法中都包含狀態(tài)判斷語句，以判斷在該狀態(tài)下是否具有該方法以及在特定狀態(tài)下該方法如何實現(xiàn)，導致代碼非常冗長，可維護性較差；
- (2) 擁有一個較為復雜的stateCheck()方法，包含大量的if…else if…else…語句用于進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，代碼測試難度較大，且不易于維護；
- (3) 系統(tǒng)擴展性較差，如果需要增加一種新的狀態(tài)，如凍結狀態(tài)（Frozen State，在該狀態(tài)下既不允許存款也不允許取款），需要對原有代碼進行大量修改，擴展起來非常麻煩。
??????為了解決這些問題，我們可以使用狀態(tài)模式，在狀態(tài)模式中，我們將對象在每一個狀態(tài)下的行為和狀態(tài)轉(zhuǎn)移語句封裝在一個個狀態(tài)類中，通過這些狀態(tài)類來分散冗長的條件轉(zhuǎn)移語句，讓系統(tǒng)具有更好的靈活性和可擴展性，狀態(tài)模式可以在一定程度上解決上述問題。
4.2. 模式定義
??????狀態(tài)模式(State Pattern) ：允許一個對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時改變它的行為，對象看起來似乎修改了它的類。其別名為狀態(tài)對象(Objects for States)，狀態(tài)模式是一種對象行為型模式
4.3. 模式結構
狀態(tài)模式包含如下角色：
- Context: 環(huán)境類，環(huán)境類又稱為上下文類，它是擁有多種狀態(tài)的對象。由于環(huán)境類的狀態(tài)存在多樣性且在不同狀態(tài)下對象的行為有所不同，因此將狀態(tài)獨立出去形成單獨的狀態(tài)類。在環(huán)境類中維護一個抽象狀態(tài)類State的實例，這個實例定義當前狀態(tài)，在具體實現(xiàn)時，它是一個State子類的對象。
- State: 抽象狀態(tài)類，它用于定義一個接口以封裝與環(huán)境類的一個特定狀態(tài)相關的行為，在抽象狀態(tài)類中聲明了各種不同狀態(tài)對應的方法，而在其子類中實現(xiàn)類這些方法，由于不同狀態(tài)下對象的行為可能不同，因此在不同子類中方法的實現(xiàn)可能存在不同，相同的方法可以寫在抽象狀態(tài)類中。
-
ConcreteState: 具體狀態(tài)類，它是抽象狀態(tài)類的子類，每一個子類實現(xiàn)一個與環(huán)境類的一個狀態(tài)相關的行為，每一個具體狀態(tài)類對應環(huán)境的一個具體狀態(tài)，不同的具體狀態(tài)類其行為有所不同。
??????在狀態(tài)模式中，我們將對象在不同狀態(tài)下的行為封裝到不同的狀態(tài)類中，為了讓系統(tǒng)具有更好的靈活性和可擴展性，同時對各狀態(tài)下的共有行為進行封裝，我們需要對狀態(tài)進行抽象，引入了抽象狀態(tài)類角色，其典型代碼如下所示：
abstract class State {
//聲明抽象業(yè)務方法，不同的具體狀態(tài)類可以不同的實現(xiàn)
public abstract void handle();
}
??????在抽象狀態(tài)類的子類即具體狀態(tài)類中實現(xiàn)了在抽象狀態(tài)類中聲明的業(yè)務方法，不同的具體狀態(tài)類可以提供完全不同的方法實現(xiàn)，在實際使用時，在一個狀態(tài)類中可能包含多個業(yè)務方法，如果在具體狀態(tài)類中某些業(yè)務方法的實現(xiàn)完全相同，可以將這些方法移至抽象狀態(tài)類，實現(xiàn)代碼的復用，典型的具體狀態(tài)類代碼如下所示：
class ConcreteState extends State {
public void handle() {
//方法具體實現(xiàn)代碼
}
}
??????環(huán)境類維持一個對抽象狀態(tài)類的引用，通過setState()方法可以向環(huán)境類注入不同的狀態(tài)對象，再在環(huán)境類的業(yè)務方法中調(diào)用狀態(tài)對象的方法，典型代碼如下所示：
class Context {
private State state; //維持一個對抽象狀態(tài)對象的引用
private int value; //其他屬性值，該屬性值的變化可能會導致對象狀態(tài)發(fā)生變化
//設置狀態(tài)對象
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public void request() {
//其他代碼
state.handle(); //調(diào)用狀態(tài)對象的業(yè)務方法
//其他代碼
}
}
??????環(huán)境類實際上是真正擁有狀態(tài)的對象，我們只是將環(huán)境類中與狀態(tài)有關的代碼提取出來封裝到專門的狀態(tài)類中。在狀態(tài)模式結構圖中，環(huán)境類Context與抽象狀態(tài)類State之間存在單向關聯(lián)關系，在Context中定義了一個State對象。在實際使用時，它們之間可能存在更為復雜的關系，State與Context之間可能也存在依賴或者關聯(lián)關系。
??????在狀態(tài)模式的使用過程中，一個對象的狀態(tài)之間還可以進行相互轉(zhuǎn)換，通常有兩種實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方式：
??????(1) 統(tǒng)一由環(huán)境類來負責狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，此時，環(huán)境類還充當了狀態(tài)管理器(State Manager)角色，在環(huán)境類的業(yè)務方法中通過對某些屬性值的判斷實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，還可以提供一個專門的方法用于實現(xiàn)屬性判斷和狀態(tài)轉(zhuǎn)換，如下代碼片段所示：
public void changeState() {
//判斷屬性值，根據(jù)屬性值進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換
if (value == 0) {
this.setState(new ConcreteStateA());
}
else if (value == 1) {
this.setState(new ConcreteStateB());
}
}
??????(2) 由具體狀態(tài)類來負責狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，可以在具體狀態(tài)類的業(yè)務方法中判斷環(huán)境類的某些屬性值再根據(jù)情況為環(huán)境類設置新的狀態(tài)對象，實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同樣，也可以提供一個專門的方法來負責屬性值的判斷和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。此時，狀態(tài)類與環(huán)境類之間就將存在依賴或關聯(lián)關系，因為狀態(tài)類需要訪問環(huán)境類中的屬性值，如下代碼片段所示：
……
public void changeState(Context ctx) {
//根據(jù)環(huán)境對象中的屬性值進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換
if (ctx.getValue() == 1) {
ctx.setState(new ConcreteStateB());
}
else if (ctx.getValue() == 2) {
ctx.setState(new ConcreteStateC());
}
......
}
……
4.4. 時序圖
4.5. 代碼分析
??????Sunny軟件公司開發(fā)人員使用狀態(tài)模式來解決賬戶狀態(tài)的轉(zhuǎn)換問題，客戶端只需要執(zhí)行簡單的存款和取款操作，系統(tǒng)根據(jù)余額將自動轉(zhuǎn)換到相應的狀態(tài)，其基本結構如圖4所示：
4.5.1 生產(chǎn)
??????在圖4中，Account充當環(huán)境類角色，AccountState充當抽象狀態(tài)角色，NormalState、OverdraftState和RestrictedState充當具體狀態(tài)角色。完整代碼如下所示：
package com.zyz.demo;
/**
* @author zyz
* @version 1.0
* @data 2023/5/28 21:50
* @Description:
*/
//銀行賬戶：環(huán)境類
class Account {
private AccountState state; //維持一個對抽象狀態(tài)對象的引用
private String owner; //開戶名
private double balance = 0; //賬戶余額
public Account(String owner,double init) {
this.owner = owner;
this.balance = balance;
this.state = new NormalState(this); //設置初始狀態(tài)
System.out.println(this.owner + "開戶，初始金額為" + init);
System.out.println("---------------------------------------------");
}
public double getBalance() {
return this.balance;
}
public void setBalance(double balance) {
this.balance = balance;
}
public void setState(AccountState state) {
this.state = state;
}
public void deposit(double amount) {
System.out.println(this.owner + "存款" + amount);
state.deposit(amount); //調(diào)用狀態(tài)對象的deposit()方法
System.out.println("現(xiàn)在余額為"+ this.balance);
System.out.println("現(xiàn)在帳戶狀態(tài)為"+ this.state.getClass().getName());
System.out.println("---------------------------------------------");
}
public void withdraw(double amount) {
System.out.println(this.owner + "取款" + amount);
state.withdraw(amount); //調(diào)用狀態(tài)對象的withdraw()方法
System.out.println("現(xiàn)在余額為"+ this.balance);
System.out.println("現(xiàn)在帳戶狀態(tài)為"+ this. state.getClass().getName());
System.out.println("---------------------------------------------");
}
public void computeInterest()
{
state.computeInterest(); //調(diào)用狀態(tài)對象的computeInterest()方法
}
}
//抽象狀態(tài)類
abstract class AccountState {
protected Account acc;
public abstract void deposit(double amount);
public abstract void withdraw(double amount);
public abstract void computeInterest();
public abstract void stateCheck();
}
//正常狀態(tài)：具體狀態(tài)類
class NormalState extends AccountState {
public NormalState(Account acc) {
this.acc = acc;
}
public NormalState(AccountState state) {
this.acc = state.acc;
}
@Override
public void deposit(double amount) {
acc.setBalance(acc.getBalance() + amount);
stateCheck();
}
@Override
public void withdraw(double amount) {
acc.setBalance(acc.getBalance() - amount);
stateCheck();
}
@Override
public void computeInterest()
{
System.out.println("正常狀態(tài)，無須支付利息！");
}
/**
* 狀態(tài)轉(zhuǎn)換
*/
@Override
public void stateCheck() {
if (acc.getBalance() > -2000 && acc.getBalance() <= 0) {
acc.setState(new OverdraftState(this));
}
else if (acc.getBalance() == -2000) {
acc.setState(new RestrictedState(this));
}
else if (acc.getBalance() < -2000) {
System.out.println("操作受限！");
}
}
}
//透支狀態(tài)：具體狀態(tài)類
class OverdraftState extends AccountState
{
public OverdraftState(AccountState state) {
this.acc = state.acc;
}
@Override
public void deposit(double amount) {
acc.setBalance(acc.getBalance() + amount);
stateCheck();
}
@Override
public void withdraw(double amount) {
acc.setBalance(acc.getBalance() - amount);
stateCheck();
}
@Override
public void computeInterest() {
System.out.println("計算利息！");
}
/**
* 狀態(tài)轉(zhuǎn)換
*/
@Override
public void stateCheck() {
if (acc.getBalance() > 0) {
acc.setState(new NormalState(this));
}
else if (acc.getBalance() == -2000) {
acc.setState(new RestrictedState(this));
}
else if (acc.getBalance() < -2000) {
System.out.println("操作受限！");
}
}
}
//受限狀態(tài)：具體狀態(tài)類
class RestrictedState extends AccountState {
public RestrictedState(AccountState state) {
this.acc = state.acc;
}
@Override
public void deposit(double amount) {
acc.setBalance(acc.getBalance() + amount);
stateCheck();
}
@Override
public void withdraw(double amount) {
System.out.println("帳號受限，取款失敗");
}
@Override
public void computeInterest() {
System.out.println("計算利息！");
}
/**
* 狀態(tài)轉(zhuǎn)換
*/
@Override
public void stateCheck() {
if(acc.getBalance() > 0) {
acc.setState(new NormalState(this));
}
else if(acc.getBalance() > -2000) {
acc.setState(new OverdraftState(this));
}
}
}
4.5.2 客戶端
package com.zyz.demo;
/**
* @author zyz
* @version 1.0
* @data 2023/5/28 21:53
* @Description:
*/
public class Client {
public static void main(String args[]) {
Account acc = new Account("段譽",0.0);
acc.deposit(1000);
acc.withdraw(2000);
acc.deposit(3000);
acc.withdraw(4000);
acc.withdraw(1000);
acc.computeInterest();
}
}
4.5.3 測試結果
4.6. 模式分析
- 狀態(tài)模式描述了對象狀態(tài)的變化以及對象如何在每一種狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的行為。
- 狀態(tài)模式的關鍵是引入了一個抽象類來專門表示對象的狀態(tài)，這個類我們叫做抽象狀態(tài)類，而對象的每一種具體狀態(tài)類都繼承了該類，并在不同具體狀態(tài)類中實現(xiàn)了不同狀態(tài)的行為，包括各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
在狀態(tài)模式結構中需要理解環(huán)境類與抽象狀態(tài)類的作用： - 環(huán)境類實際上就是擁有狀態(tài)的對象，環(huán)境類有時候可以充當狀態(tài)管理器(State Manager)的角色，可以在環(huán)境類中對狀態(tài)進行切換操作。
- 抽象狀態(tài)類可以是抽象類，也可以是接口，不同狀態(tài)類就是繼承這個父類的不同子類，狀態(tài)類的產(chǎn)生是由于環(huán)境類存在多個狀態(tài)，同時還滿足兩個條件： 這些狀態(tài)經(jīng)常需要切換，在不同的狀態(tài)下對象的行為不同。因此可以將不同對象下的行為單獨提取出來封裝在具體的狀態(tài)類中，使得環(huán)境類對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時可以改變它的行為，對象看起來似乎修改了它的類，而實際上是由于切換到不同的具體狀態(tài)類實現(xiàn)的。由于環(huán)境類可以設置為任一具體狀態(tài)類，因此它針對抽象狀態(tài)類進行編程，在程序運行時可以將任一具體狀態(tài)類的對象設置到環(huán)境類中，從而使得環(huán)境類可以改變內(nèi)部狀態(tài)，并且改變行為。
4.7. 實例
TCPConnection
??????這個示例來自《設計模式》,展示了一個簡化版的TCP協(xié)議實現(xiàn); TCP連接的狀態(tài)有多種可能，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換有相應的邏輯前提； 這是使用狀態(tài)模式的場合；
結構圖：
時序圖
4.8. 優(yōu)點
狀態(tài)模式的優(yōu)點
- 封裝了轉(zhuǎn)換規(guī)則。
- 枚舉可能的狀態(tài)，在枚舉狀態(tài)之前需要確定狀態(tài)種類。
- 將所有與某個狀態(tài)有關的行為放到一個類中，并且可以方便地增加新的狀態(tài)，只需要改變對象狀態(tài)即可改變對象的行為。
- 允許狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯與狀態(tài)對象合成一體，而不是某一個巨大的條件語句塊。
- 可以讓多個環(huán)境對象共享一個狀態(tài)對象，從而減少系統(tǒng)中對象的個數(shù)。
4.9. 缺點
狀態(tài)模式的缺點
- 狀態(tài)模式的使用必然會增加系統(tǒng)類和對象的個數(shù)。
- 狀態(tài)模式的結構與實現(xiàn)都較為復雜，如果使用不當將導致程序結構和代碼的混亂。
- 狀態(tài)模式對“開閉原則”的支持并不太好，對于可以切換狀態(tài)的狀態(tài)模式，增加新的狀態(tài)類需要修改那些負責狀態(tài)轉(zhuǎn)換的源代碼，否則無法切換到新增狀態(tài)；而且修改某個狀態(tài)類的行為也需修改對應類的源代碼。
4.10. 適用環(huán)境
在以下情況下可以使用狀態(tài)模式：
- 對象的行為依賴于它的狀態(tài)（屬性）并且可以根據(jù)它的狀態(tài)改變而改變它的相關行為。
- 代碼中包含大量與對象狀態(tài)有關的條件語句，這些條件語句的出現(xiàn)，會導致代碼的可維護性和靈活性變差，不能方便地增加和刪除狀態(tài)，使客戶類與類庫之間的耦合增強。在這些條件語句中包含了對象的行為，而且這些條件對應于對象的各種狀態(tài)。
4.11. 模式應用
??????狀態(tài)模式在工作流或游戲等類型的軟件中得以廣泛使用，甚至可以用于這些系統(tǒng)的核心功能設計，如在政府OA辦公系統(tǒng)中，一個批文的狀態(tài)有多種：尚未辦理；正在辦理；正在批示；正在審核；已經(jīng)完成等各種狀態(tài)，而且批文狀態(tài)不同時對批文的操作也有所差異。使用狀態(tài)模式可以描述工作流對象（如批文）的狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及不同狀態(tài)下它所具有的行為。
4.12. 模式擴展
共享狀態(tài)
- 在有些情況下多個環(huán)境對象需要共享同一個狀態(tài)，如果希望在系統(tǒng)中實現(xiàn)多個環(huán)境對象實例共享一個或多個狀態(tài)對象，那么需要將這些狀態(tài)對象定義為環(huán)境的靜態(tài)成員對象。
簡單狀態(tài)模式與可切換狀態(tài)的狀態(tài)模式
- 簡單狀態(tài)模式：簡單狀態(tài)模式是指狀態(tài)都相互獨立，狀態(tài)之間無須進行轉(zhuǎn)換的狀態(tài)模式，這是最簡單的一種狀態(tài)模式。對于這種狀態(tài)模式，每個狀態(tài)類都封裝與狀態(tài)相關的操作，而無須關心狀態(tài)的切換，可以在客戶端直接實例化狀態(tài)類，然后將狀態(tài)對象設置到環(huán)境類中。如果是這種簡單的狀態(tài)模式，它遵循“開閉原則”，在客戶端可以針對抽象狀態(tài)類進行編程，而將具體狀態(tài)類寫到配置文件中，同時增加新的狀態(tài)類對原有系統(tǒng)也不造成任何影響。
- 可切換狀態(tài)的狀態(tài)模式：大多數(shù)的狀態(tài)模式都是可以切換狀態(tài)的狀態(tài)模式，在實現(xiàn)狀態(tài)切換時，在具體狀態(tài)類內(nèi)部需要調(diào)用環(huán)境類Context的setState()方法進行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換操作，在具體狀態(tài)類中可以調(diào)用到環(huán)境類的方法，因此狀態(tài)類與環(huán)境類之間通常還存在關聯(lián)關系或者依賴關系。通過在狀態(tài)類中引用環(huán)境類的對象來回調(diào)環(huán)境類的setState()方法實現(xiàn)狀態(tài)的切換。在這種可以切換狀態(tài)的狀態(tài)模式中，增加新的狀態(tài)類可能需要修改其他某些狀態(tài)類甚至環(huán)境類的源代碼，否則系統(tǒng)無法切換到新增狀態(tài)。
4.13. 總結
- 狀態(tài)模式允許一個對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時改變它的行為，對象看起來似乎修改了它的類。其別名為狀態(tài)對象，狀態(tài)模式是一種對象行為型模式。
- 狀態(tài)模式包含三個角色：環(huán)境類又稱為上下文類，它是擁有狀態(tài)的對象，在環(huán)境類中維護一個抽象狀態(tài)類State的實例，這個實例定義當前狀態(tài)，在具體實現(xiàn)時，它是一個State子類的對象，可以定義初始狀態(tài)；抽象狀態(tài)類用于定義一個接口以封裝與環(huán)境類的一個特定狀態(tài)相關的行為；具體狀態(tài)類是抽象狀態(tài)類的子類，每一個子類實現(xiàn)一個與環(huán)境類的一個狀態(tài)相關的行為，每一個具體狀態(tài)類對應環(huán)境的一個具體狀態(tài)，不同的具體狀態(tài)類其行為有所不同。
- 狀態(tài)模式描述了對象狀態(tài)的變化以及對象如何在每一種狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的行為。
- 狀態(tài)模式的主要優(yōu)點在于封裝了轉(zhuǎn)換規(guī)則，并枚舉可能的狀態(tài)，它將所有與某個狀態(tài)有關的行為放到一個類中，并且可以方便地增加新的狀態(tài)，只需要改變對象狀態(tài)即可改變對象的行為，還可以讓多個環(huán)境對象共享一個狀態(tài)對象，從而減少系統(tǒng)中對象的個數(shù)；其缺點在于使用狀態(tài)模式會增加系統(tǒng)類和對象的個數(shù)，且狀態(tài)模式的結構與實現(xiàn)都較為復雜，如果使用不當將導致程序結構和代碼的混亂，對于可以切換狀態(tài)的狀態(tài)模式不滿足“開閉原則”的要求。
- 狀態(tài)模式適用情況包括：對象的行為依賴于它的狀態(tài)（屬性）并且可以根據(jù)它的狀態(tài)改變而改變它的相關行為；代碼中包含大量與對象狀態(tài)有關的條件語句，這些條件語句的出現(xiàn)，會導致代碼的可維護性和靈活性變差，不能方便地增加和刪除狀態(tài)，使客戶類與類庫之間的耦合增強。
4.14.處理對象的多種狀態(tài)及其相互轉(zhuǎn)換
使用環(huán)境類實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換
??????在狀態(tài)模式中實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，具體狀態(tài)類可通過調(diào)用環(huán)境類Context的setState()方法進行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換操作，也可以統(tǒng)一由環(huán)境類Context來實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。此時，增加新的具體狀態(tài)類可能需要修改其他具體狀態(tài)類或者環(huán)境類的源代碼，否則系統(tǒng)無法轉(zhuǎn)換到新增狀態(tài)。但是對于客戶端來說，無須關心狀態(tài)類，可以為環(huán)境類設置默認的狀態(tài)類，而將狀態(tài)的轉(zhuǎn)換工作交給具體狀態(tài)類或環(huán)境類來完成，具體的轉(zhuǎn)換細節(jié)對于客戶端而言是透明的。
??????在上面的“銀行賬戶狀態(tài)轉(zhuǎn)換”實例中，我們通過具體狀態(tài)類來實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在每一個具體狀態(tài)類中都包含一個stateCheck()方法，在該方法內(nèi)部實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，除此之外，我們還可以通過環(huán)境類來實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，環(huán)境類作為一個狀態(tài)管理器，統(tǒng)一實現(xiàn)各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換操作。
??????下面通過一個包含循環(huán)狀態(tài)的簡單實例來說明如何使用環(huán)境類實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換：
??????Sunny軟件公司某開發(fā)人員欲開發(fā)一個屏幕放大鏡工具，其具體功能描述如下：
用戶單擊“放大鏡”按鈕之后屏幕將放大一倍，再點擊一次“放大鏡”按鈕屏幕再放大一倍，第三次點擊該按鈕后屏幕將還原到默認大小。
??????可以考慮使用狀態(tài)模式來設計該屏幕放大鏡工具，我們定義三個屏幕狀態(tài)類NormalState、LargerState和LargestState來對應屏幕的三種狀態(tài)，分別是正常狀態(tài)、二倍放大狀態(tài)和四倍放大狀態(tài)，屏幕類Screen充當環(huán)境類，其結構如圖6所示：
本實例核心代碼如下所示：
package com.zyz.demo1;
/**
* @author zyz
* @version 1.0
* @data 2023/5/28 22:12
* @Description:
*/
//屏幕類
class Screen {
//枚舉所有的狀態(tài)，currentState表示當前狀態(tài)
private State currentState, normalState, largerState, largestState;
public Screen() {
this.normalState = new NormalState(); //創(chuàng)建正常狀態(tài)對象
this.largerState = new LargerState(); //創(chuàng)建二倍放大狀態(tài)對象
this.largestState = new LargestState(); //創(chuàng)建四倍放大狀態(tài)對象
this.currentState = normalState; //設置初始狀態(tài)
this.currentState.display();
}
public void setState(State state) {
this.currentState = state;
}
/**
* 單擊事件處理方法，封轉(zhuǎn)了對狀態(tài)類中業(yè)務方法的調(diào)用和狀態(tài)的轉(zhuǎn)換
*/
public void onClick() {
if (this.currentState == normalState) {
this.setState(largerState);
this.currentState.display();
}
else if (this.currentState == largerState) {
this.setState(largestState);
this.currentState.display();
}
else if (this.currentState == largestState) {
this.setState(normalState);
this.currentState.display();
}
}
}
//抽象狀態(tài)類
abstract class State {
public abstract void display();
}
//正常狀態(tài)類
class NormalState extends State{
@Override
public void display() {
System.out.println("正常大小！");
}
}
//二倍狀態(tài)類
class LargerState extends State{
@Override
public void display() {
System.out.println("二倍大??！");
}
}
//四倍狀態(tài)類
class LargestState extends State{
@Override
public void display() {
System.out.println("四倍大小！");
}
}
??????在上述代碼中，所有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作都由環(huán)境類Screen來實現(xiàn)，此時，環(huán)境類充當了狀態(tài)管理器角色。如果需要增加新的狀態(tài)，例如“八倍狀態(tài)類”，需要修改環(huán)境類，這在一定程度上違背了“開閉原則”，但對其他狀態(tài)類沒有任何影響。
??????編寫如下客戶端代碼進行測試：文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-468170.html
package com.zyz.demo1;
/**
* @author zyz
* @version 1.0
* @data 2023/5/28 22:13
* @Description: 客戶端
*/
class Client {
public static void main(String args[]) {
Screen screen = new Screen();
screen.onClick();
screen.onClick();
screen.onClick();
}
}
輸出結果如下：
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-468170.html
到了這里，關于【十五】設計模式~~~行為型模式~~~狀態(tài)模式（Java）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
