1、簡(jiǎn)介
1.1、概述
在軟件系統(tǒng)中，有些對(duì)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(duì)象在不同的狀態(tài)下也將具有不同的行為。為了更好地對(duì)這些具有多種狀態(tài)的對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使用一種被稱(chēng)為狀態(tài)模式的設(shè)計(jì)模式。
狀態(tài)模式用于解決系統(tǒng)中復(fù)雜對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及不同狀態(tài)下行為的封裝問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)對(duì)象存在多個(gè)狀態(tài)，這些狀態(tài)之間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且對(duì)象在不同狀態(tài)下行為不相同時(shí)可以使用狀態(tài)模式。狀態(tài)模式將一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)從該對(duì)象中分離出來(lái)，封裝到專(zhuān)門(mén)的狀態(tài)類(lèi)中，使得對(duì)象狀態(tài)可以靈活變化。對(duì)于客戶(hù)端而言，無(wú)須關(guān)心對(duì)象狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及對(duì)象所處的當(dāng)前狀態(tài)，無(wú)論對(duì)于何種狀態(tài)的對(duì)象，客戶(hù)端都可以一致性地處理。
1.2、定義
狀態(tài)模式（State Pattern）：允許一個(gè)對(duì)象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)改變它的行為，對(duì)象看起來(lái)似乎修改了它的類(lèi)。其別名為狀態(tài)對(duì)象（Objects for States），狀態(tài)模式是一種對(duì)象行為型模式。
2、解析
2.1、UML類(lèi)圖
在狀態(tài)模式中引入了抽象狀態(tài)類(lèi)和具體狀態(tài)類(lèi)，它們是狀態(tài)模式的核心，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。
可以看出，在狀態(tài)模式結(jié)構(gòu)圖中包含以下3個(gè)角色：
- Context（環(huán)境類(lèi)）：環(huán)境類(lèi)又稱(chēng)為上下文類(lèi)，它是擁有多種狀態(tài)的對(duì)象。由于環(huán)境類(lèi)的狀態(tài)存在多樣性且在不同狀態(tài)下對(duì)象的行為有所不同，因此將狀態(tài)獨(dú)立出去形成單獨(dú)的狀態(tài)類(lèi)。在環(huán)境類(lèi)中維護(hù)一個(gè)抽象狀態(tài)類(lèi)State的實(shí)例，這個(gè)實(shí)例定義當(dāng)前狀態(tài)，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，它是一個(gè)State子類(lèi)的對(duì)象。
- State（抽象狀態(tài)類(lèi)）：它用于定義一個(gè)接口以封裝與環(huán)境類(lèi)的一個(gè)特定狀態(tài)相關(guān)的行為。在抽象狀態(tài)類(lèi)中聲明各種不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)的方法，而在其子類(lèi)中實(shí)現(xiàn)這些方法。由于不同狀態(tài)下對(duì)象的行為可能不同，因此在不同子類(lèi)中方法的實(shí)現(xiàn)可能存在不同，相同的方法可以寫(xiě)在抽象狀態(tài)類(lèi)中。
- ConcreteState（具體狀態(tài)類(lèi)）：它是抽象狀態(tài)類(lèi)的子類(lèi)，每個(gè)子類(lèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)與環(huán)境類(lèi)的一個(gè)狀態(tài)相關(guān)的行為。每個(gè)具體狀態(tài)類(lèi)對(duì)應(yīng)環(huán)境類(lèi)的一個(gè)具體狀態(tài)，不同的具體狀態(tài)類(lèi)其行為有所不同。
2.2、代碼示例
在狀態(tài)模式中，將對(duì)象在不同狀態(tài)下的行為封裝到不同的狀態(tài)類(lèi)中。為了讓系統(tǒng)具有更好的靈活性和可擴(kuò)展性，同時(shí)對(duì)各狀態(tài)下的共有行為進(jìn)行封裝，需要對(duì)狀態(tài)進(jìn)行抽象，引入了抽象狀態(tài)類(lèi)角色，其典型代碼如下：
/**
* @Description: 抽象狀態(tài)
* @Author: yangyongbing
* @CreateTime: 2023/08/03
* @Version: 1.0
*/
abstract class State {
// 聲明抽象業(yè)務(wù)方法，不同的具體狀態(tài)類(lèi)可以有不同的方法實(shí)現(xiàn)
public abstract void handle();
}
在抽象狀態(tài)類(lèi)的子類(lèi)即具體狀態(tài)類(lèi)中實(shí)現(xiàn)了在抽象狀態(tài)類(lèi)中聲明的業(yè)務(wù)方法，不同的具體狀態(tài)類(lèi)可以提供完全不同的方法實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際使用時(shí)，一個(gè)狀態(tài)類(lèi)中可能包含多個(gè)業(yè)務(wù)方法。如果在具體狀態(tài)類(lèi)中某些業(yè)務(wù)方法的實(shí)現(xiàn)完全相同，可以將這些方法移至抽象狀態(tài)類(lèi)，實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用。典型的具體狀態(tài)類(lèi)代碼如下：
/**
* @Description: 具體狀態(tài)
* @Author: yangyongbing
* @CreateTime: 2023/08/03 19:45
* @Version: 1.0
*/
public class ConcreteState extends State{
@Override
public void handle() {
// 方法具體實(shí)現(xiàn)
}
}
環(huán)境類(lèi)維持一個(gè)對(duì)抽象狀態(tài)類(lèi)的引用。通過(guò)setState（）方法可以向環(huán)境類(lèi)注入不同的狀態(tài)對(duì)象，再在環(huán)境類(lèi)的業(yè)務(wù)方法中調(diào)用狀態(tài)對(duì)象的方法，典型代碼如下：
/**
* @Description: 環(huán)境類(lèi)
* @Author: yangyongbing
* @CreateTime: 2023/08/03 19:46
* @Version: 1.0
*/
public class Context {
// 持有一個(gè)對(duì)抽象狀態(tài)對(duì)象的引用
private State state;
// 其它屬性值，該屬性值的變化可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)象狀態(tài)發(fā)生變化
private int value;
// 設(shè)置狀態(tài)對(duì)象
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public void request(){
// 其它代碼
state.handle(); // 調(diào)用狀態(tài)對(duì)象的業(yè)務(wù)方法
// 其他代碼
}
}
環(huán)境類(lèi)實(shí)際上是真正擁有狀態(tài)的對(duì)象，這里只是將環(huán)境類(lèi)中與狀態(tài)有關(guān)的代碼提取出來(lái)封裝到專(zhuān)門(mén)的狀態(tài)類(lèi)中。
在狀態(tài)模式的使用過(guò)程中，一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)之間還可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。通常有以下兩種實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方式：
- 統(tǒng)一由環(huán)境類(lèi)來(lái)負(fù)責(zé)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。此時(shí)，環(huán)境類(lèi)還充當(dāng)了狀態(tài)管理器（State Manager）角色。在環(huán)境類(lèi)的業(yè)務(wù)方法中通過(guò)對(duì)某些屬性值的判斷實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，還可以提供一個(gè)專(zhuān)門(mén)的方法用于實(shí)現(xiàn)屬性判斷和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。代碼片段如下：
public void changeState(){
// 判斷屬性值，根據(jù)屬性值進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換
if(value==0){
this.setState(new ConcreteStateA());
}else if(value==1){
this.setState(new ConcreteStateB());
}
}
- 由具體狀態(tài)類(lèi)來(lái)負(fù)責(zé)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換?？梢栽诰唧w狀態(tài)類(lèi)的業(yè)務(wù)方法中判斷環(huán)境類(lèi)的某些屬性值再根據(jù)情況為環(huán)境類(lèi)設(shè)置新的狀態(tài)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。同樣，也可以提供一個(gè)專(zhuān)門(mén)的方法來(lái)負(fù)責(zé)屬性值的判斷和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。此時(shí)，狀態(tài)類(lèi)與環(huán)境類(lèi)之間將存在依賴(lài)或關(guān)聯(lián)關(guān)系，因?yàn)闋顟B(tài)類(lèi)需要訪問(wèn)環(huán)境類(lèi)中的屬性值。代碼片段如下：
public void changeState(Context ctx){
// 判斷屬性值，根據(jù)屬性值進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換
if(ctx.getValue()==1){
this.setState(new ConcreteStateB());
}else if(ctx.getValue()==2){
this.setState(new ConcreteStateC());
}
}
2.3、共享狀態(tài)
在有些情況下，多個(gè)環(huán)境對(duì)象可能需要共享同一個(gè)狀態(tài)。如果希望在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多個(gè)環(huán)境對(duì)象共享一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)對(duì)象，那么需要將這些狀態(tài)對(duì)象定義為環(huán)境類(lèi)的靜態(tài)成員對(duì)象。
下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)共享狀態(tài)。如果某系統(tǒng)要求兩個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)象要么都處于開(kāi)的狀態(tài)，要么都處于關(guān)的狀態(tài)，在使用時(shí)它們的狀態(tài)必須保持一致。開(kāi)關(guān)可以由開(kāi)轉(zhuǎn)換到關(guān)，也可以由關(guān)轉(zhuǎn)換到開(kāi)。
可以使用狀態(tài)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-632128.html
3、狀態(tài)模式總結(jié)
狀態(tài)模式將一個(gè)對(duì)象在不同狀態(tài)下的不同行為封裝在一個(gè)個(gè)狀態(tài)類(lèi)中。通過(guò)設(shè)置不同的狀態(tài)對(duì)象可以讓環(huán)境對(duì)象擁有不同的行為，而狀態(tài)轉(zhuǎn)換的細(xì)節(jié)對(duì)于客戶(hù)端而言是透明的，方便了客戶(hù)端的使用。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，狀態(tài)模式具有較高的使用頻率，在工作流、游戲等軟件中狀態(tài)模式都得到了廣泛應(yīng)用，例如公文狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、游戲中角色的升級(jí)等。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-632128.html
3.1、主要優(yōu)點(diǎn)
- 封裝了狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則。在狀態(tài)模式中可以將狀態(tài)的轉(zhuǎn)換代碼封裝在環(huán)境類(lèi)或者具體狀態(tài)類(lèi)中，對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)換代碼進(jìn)行集中管理，而不是分散在一個(gè)個(gè)業(yè)務(wù)方法中。
- 將所有與某個(gè)狀態(tài)有關(guān)的行為放到一個(gè)類(lèi)中，只需要注入一個(gè)不同的狀態(tài)對(duì)象即可使環(huán)境對(duì)象擁有不同的行為。
- 允許狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯與狀態(tài)對(duì)象合成一體，而不是提供一個(gè)巨大的條件語(yǔ)句塊。狀態(tài)模式可以避免使用龐大的條件語(yǔ)句來(lái)將業(yè)務(wù)方法和狀態(tài)轉(zhuǎn)換代碼交織在一起。
- 可以讓多個(gè)環(huán)境對(duì)象共享一個(gè)狀態(tài)對(duì)象，從而減少系統(tǒng)中對(duì)象的個(gè)數(shù)。
3.2、主要缺點(diǎn)
- 狀態(tài)模式的使用必然會(huì)增加系統(tǒng)中類(lèi)和對(duì)象的個(gè)數(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)增大。
- 狀態(tài)模式的程序結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)都較為復(fù)雜，如果使用不當(dāng)將導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)和代碼的混亂，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
- 狀態(tài)模式對(duì)開(kāi)閉原則的支持并不太好。增加新的狀態(tài)類(lèi)需要修改那些負(fù)責(zé)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的源代碼，否則無(wú)法轉(zhuǎn)換到新增狀態(tài)；而且修改某個(gè)狀態(tài)類(lèi)的行為也需修改對(duì)應(yīng)類(lèi)的源代碼。
3.3、使用場(chǎng)景
- 對(duì)象的行為依賴(lài)于它的狀態(tài)（例如某些屬性值），狀態(tài)的改變將導(dǎo)致行為的變化。
- 在代碼中包含大量與對(duì)象狀態(tài)有關(guān)的條件語(yǔ)句。這些條件語(yǔ)句的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致代碼的可維護(hù)性和靈活性變差，不能方便地增加和刪除狀態(tài)，并且導(dǎo)致客戶(hù)類(lèi)與類(lèi)庫(kù)之間的耦合增強(qiáng)。
到了這里，關(guān)于狀態(tài)模式——對(duì)象狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
