Java设计模式之状态模式

1. 状态模式

1.1 定义、优缺点、适用场景

定义：状态模式(State Pattern)主要用来解决对象在多种状态转换时，需要对外
输出不同的行为的问题。状态和行为是一一对应的，状态之间可以相互转换。当一个对象的内在状态改变时，允许改变其行为。例如手机根据电量的不同，就会有不同的状态，不同的状态手机就会有不同的操作和提示

优点：

• 代码有很强的可读性。状态模式将每个状态的行为封装到对应的一个类中
• 方便维护，将容易产生问题的if-else语句删除了
• 符合“开闭原则”。容易增删状态

缺点：会产生很多类。每个状态都要一个对应的类，当状态过多时会产生很多类，加大维护难度

适用场景：当一个事件或者对象有很多种状态，状态之间会相互转换，对不同的状态要求有不同的行为的时候，可以考虑使用状态模式

1.2 模式的结构与实现

结构：

• 环境类(Context)： 环境角色, 用于维护State实例，这个实例定义当前状态
• 抽象状态类(State)：抽象状态角色, 定义一个接口，封装与Context的一个状态相关行为
• 具体状态类(ConcreteState)：具体的状态角色，每个子类实现一个与Context的状态相关行为

实现：

用状态模式设计一个手机电量的状态转换程序

本实例包含了低电量、电量适中、高电量3种状态，当手机电量小于20时为低电量状态，当手机电量大于等于20且小于80时为电量适中状态，当手机电量大于等于 80时为高电量状态，我们用状态模式来实现这个程序

各个类作用：

• 环境类(ScoreContext)，其中包含当前状态对象，方法有状态的设置和获取、modifyPower(int power)。modifyPower调用当前状态对象的方法进行电量的修改和状态的修改
• 抽象状态类(AbstractState)，其中包含环境属性、状态名属性和当前电量属性，以及modifyPower(int power)和检查当前状态的抽象方法checkState()
• 定义低电量状态类LowPower、电量适中状态类MiddleState和高电量状态类 HighState，它们是具体状态类，实现checkState()方法，负责检査自己的状态，并根据情况转换

public class StateTest {

    public static void main(String[] args) {
        PowerContext powerContext = new PowerContext();
        powerContext.modifyPower(10);
        powerContext.modifyPower(50);
        powerContext.modifyPower(30);
        powerContext.modifyPower(-30);
        powerContext.modifyPower(-50);
    }
}


// 环境类
class PowerContext {
    private AbstractState state;

    PowerContext() {
        // 初始化为低电量, 电量为0
        state = new LowState(this);
    }

    public void setState(AbstractState state) {
        this.state = state;
    }

    public AbstractState getState() {
        return this.state;
    }

    public void modifyPower(int power) {
        // 具体的电量修改和状态变更，有具体的State类实现
        this.state.modifyPower(power);
    }
}

// 抽象状态类
abstract class AbstractState {
    // 环境类的引用，以便修改环境类的当前状态
    protected PowerContext powerContext;
    protected String stateName;
    protected int power;

    // 进行状态的检查，根据电量修改环境类的当前状态。有具体的子类实现
    public abstract void checkState();

    public void modifyPower(int power) {
        this.power += power;
        System.out.println("变更" + power + "电量，当前电量: " + this.power);
        checkState();
        System.out.println("当前状态: " + this.powerContext.getState().stateName);
    }
}

// 具体状态类：低电量
class LowState extends AbstractState {

    // PowerContext初始化的时候调用
    public LowState(PowerContext powerContext) {
        this.powerContext = powerContext;
        this.stateName = "低电量";
        this.power = 0;
    }

    // 电量状态变更时调用
    public LowState(AbstractState state) {
        this.powerContext = state.powerContext;
        this.stateName = "低电量";
        this.power = state.power;
    }

    // 进行状态的检查，根据电量修改环境类的当前状态
    public void checkState() {
        if (this.power >= 80) {
            this.powerContext.setState(new HighState(this));
        } else if (this.power >= 20) {
            this.powerContext.setState(new MiddleState(this));
        }
    }
}

// 具体状态类：电量适中
class MiddleState extends AbstractState {

    public MiddleState(AbstractState state) {
        this.powerContext = state.powerContext;
        this.stateName = "电量适中";
        this.power = state.power;
    }

    public void checkState() {
        if (this.power < 20) {
            this.powerContext.setState(new LowState(this));
        } else if (this.power >= 80) {
            this.powerContext.setState(new HighState(this));
        }
    }
}

// 具体状态类：高电量
class HighState extends AbstractState {

    public HighState(AbstractState state) {
        this.powerContext = state.powerContext;
        this.stateName = "高电量";
        this.power = state.power;
    }

    public void checkState() {
        if (this.power < 20) {
            this.powerContext.setState(new LowState(this));
        } else if (this.power < 80) {
            this.powerContext.setState(new MiddleState(this));
        }
    }
}
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运行程序，结果如下：

变更10电量，当前电量: 10
当前状态: 低电量
变更50电量，当前电量: 60
当前状态: 电量适中
变更30电量，当前电量: 90
当前状态: 高电量
变更-30电量，当前电量: 60
当前状态: 电量适中
变更-50电量，当前电量: 10
当前状态: 低电量
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