狀態(tài)模式

電梯具有的動作：

開門：乘客進入鲁捏、出去芯砸。
關(guān)門：電梯準備開始運行。
運行：上下運行给梅。
停止：停止運行假丧。

1、先讓電梯運行起來

image.png

//定義電梯接口
public interface ILift {
    void open();
    void close();
    void run();
    void stop();
}
//電梯實現(xiàn)類
public class LiftImp implements ILift{
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("電梯開門了……");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("電梯關(guān)門了……");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("電梯運行起來了……");
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("電梯停止了……");
    }
}

思考：這個程序有什么問題动羽？

電梯門可以打開包帚，但不是隨時都可以開，是有前提條件的运吓。你不可能電梯在運行的時候突然開門吧渴邦？疯趟！電梯也不會出現(xiàn)停止了但是不開門的情況吧？谋梭！那要是有也是事故信峻。再仔細想想，電梯的這4個動作的執(zhí)行都有前置條件瓮床，具體點說就是在特定狀態(tài)下才能做特定事盹舞，那我們來分析一下電梯有哪些特定狀態(tài)。

敞門狀態(tài)：按了電梯上下按鈕隘庄，電梯門開踢步，這中間大概有10秒的時間，那就是敞門狀態(tài)丑掺。在這個狀態(tài)下電梯只能做的動作是關(guān)門動作获印。
閉門狀態(tài)：電梯門關(guān)閉了，在這個狀態(tài)下吼鱼，可以進行的動作是：開門（我不想坐電梯了）蓬豁、停止（忘記按路層號了）、運行菇肃。
運行狀態(tài)：電梯正在跑地粪，上下竄，在這個狀態(tài)下琐谤，電梯只能做的是停止蟆技。
停止狀態(tài)：電梯停止不動，在這個狀態(tài)下斗忌，電梯有兩個可選動作：繼續(xù)運行和開門動作质礼。

我們用一張表來表示電梯狀態(tài)和動作之間的關(guān)系：

image.png

2、修復(fù)一下電梯的異常

image.png

//接口中增加了狀態(tài)
public interface ILift2 {
    public final static int OPENING_STATE = 1;  //敞門狀態(tài)
    public final static int CLOSING_STATE = 2;  //閉門狀態(tài)
    public final static int RUNNING_STATE = 3;  //運行狀態(tài)
    public final static int STOPPING_STATE = 4; //停止狀態(tài)
    void open();
    void close();
    void run();
    void stop();
}
public class LiftImp2 implements ILift2 {

    private int state;

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
    }
    @Override
    public void open() {
        //電梯在什么狀態(tài)才能開啟
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE: //閉門狀態(tài)织阳，什么都不做
                //do nothing;
                break;
            case CLOSING_STATE: //閉門狀態(tài)眶蕉，則可以開啟
                System.out.println("電梯開門了……");
                this.setState(OPENING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE: //運行狀態(tài)，則不能開門唧躲，什么都不做
                //do nothing;
                break;
            case STOPPING_STATE: //停止狀態(tài)造挽，當然要開門了
                System.out.println("電梯開門了……");
                this.setState(OPENING_STATE);
                break;
        }
    }
    @Override
    public void close() {
        //電梯在什么狀態(tài)下才能關(guān)閉
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:  //可以關(guān)門，同時修改電梯狀態(tài)
                System.out.println("電梯關(guān)門了……");
                this.setState(CLOSING_STATE);
                break;
            case CLOSING_STATE:  //電梯是關(guān)門狀態(tài)弄痹，則什么都不做
                //do nothing;
                break;
            case RUNNING_STATE: //正在運行饭入，門本來就是關(guān)閉的，也什么都不做
                //do nothing;
                break;
            case STOPPING_STATE:  //停止狀態(tài)肛真，門也是關(guān)閉的谐丢，什么也不做
                //do nothing;
                break;
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE: //敞門狀態(tài)，什么都不做
                //do nothing;
                break;
            case CLOSING_STATE: //閉門狀態(tài)，則可以運行
                System.out.println("電梯運行起來了……");
                this.setState(RUNNING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE: //運行狀態(tài)乾忱，則什么都不做
                //do nothing;
                break;
            case STOPPING_STATE: //停止狀態(tài)讥珍，可以運行
                System.out.println("電梯運行起來了……");
                this.setState(RUNNING_STATE);
        }

    }
    @Override
    public void stop() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE: //敞門狀態(tài)，要先停下來的饭耳，什么都不做
                //do nothing;
                break;
            case CLOSING_STATE: //閉門狀態(tài)串述，則當然可以停止了
                System.out.println("電梯停止了……");
                this.setState(CLOSING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE: //運行狀態(tài)，有運行當然那也就有停止了
                System.out.println("電梯停止了……");
                this.setState(CLOSING_STATE);
                break;
            case STOPPING_STATE: //停止狀態(tài)寞肖，什么都不做
                //do nothing;
                break;
        }
    }
}

思考：這個程序有什么問題纲酗？

電梯實現(xiàn)類Lift有點長

長的原因是我們在程序中使用了大量的switch...case這樣的判斷（if...else也是一樣），程序中只要有這樣的判斷就避免不了加長程序新蟆，而且在業(yè)務(wù)復(fù)雜的情況下觅赊，程序會更長，這就不是一個很好的習慣了琼稻，較長的方法和類無法帶來良好的維護性吮螺，畢竟，程序首先是給人閱讀的帕翻，然后才是機器執(zhí)行鸠补。
擴展性非常差勁

大家來想想，電梯還有兩個狀態(tài)沒有加嘀掸，是什么紫岩？通電狀態(tài)和斷電狀態(tài)，你要是在程序增加這兩個方法睬塌，你看看Open()泉蝌、Close()、Run()揩晴、Stop()這4個方法都要增加判斷條件勋陪，也就是說switch判斷體中還要增加case項，這與開閉原則相違背硫兰。
非常規(guī)狀態(tài)無法實現(xiàn)

我們來思考我們的業(yè)務(wù)诅愚，電梯在門敞開狀態(tài)下就不能上下運行了嗎？電梯有沒有發(fā)生過只有運行沒有停止狀態(tài)呢（從40層直接墜到1層嘛）劫映？電梯故障嘛呻粹，還有電梯在檢修的時候，可以在stop狀態(tài)下不開門苏研，這也是正常的業(yè)務(wù)需求呀，你想想看腮郊，如果加上這些判斷條件摹蘑，上面的程序有多少需要修改？雖然這些都是電梯的業(yè)務(wù)邏輯轧飞，但是一個類有且僅有一個原因引起類的變化衅鹿，單一職責原則撒踪，看看我們的類，業(yè)務(wù)任務(wù)上一個小小的增加或改動都使得我們這個電梯類產(chǎn)生了修改大渤，這在項目開發(fā)上是有很大風險的制妄。

如何解決這些問題？剛剛我們都是從電梯的執(zhí)行方法來分析的泵三，換一個角度：狀態(tài)耕捞！可以將電梯的運行抽解成兩個任務(wù)模型：

當前狀態(tài)如何來的？比如停止狀態(tài)烫幕，肯定是執(zhí)行了stop方法來的俺抽。
在當前狀態(tài)下能執(zhí)行哪些動作？比如停止狀態(tài)下较曼，能執(zhí)行開門磷斧、運行。

3捷犹、讓電梯完美的運行起來

image.png

在類圖中弛饭，定義了一個LiftState抽象類，聲明了一個受保護的類型Context變量萍歉，這個是串聯(lián)各個狀態(tài)的封裝類侣颂。封裝的目的很明顯，就是電梯對象內(nèi)部狀態(tài)的變化不被調(diào)用類知曉翠桦，也就是迪米特法則了（我的類內(nèi)部情節(jié)你知道得越少越好）横蜒，并且還定義了4個具體的實現(xiàn)類，承擔的是狀態(tài)的產(chǎn)生以及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換過渡销凑，每個實現(xiàn)類都有open丛晌、close、run斗幼、stop四個方法澎蛛。

對于context我們可以這樣理解：Context是一個環(huán)境角色，它的作用是串聯(lián)各個狀態(tài)的過渡蜕窿，在LiftSate抽象類中我們定義并把這個環(huán)境角色聚合進來谋逻，并傳遞到子類，也就是4個具體的實現(xiàn)類中自己根據(jù)環(huán)境來決定如何進行狀態(tài)的過渡桐经。

對于LiftState實現(xiàn)類中的方法毁兆，以O(shè)penningState為例進行解釋：Openning狀態(tài)是由open()方法產(chǎn)生的，因此阴挣，在這個方法中有一個具體的業(yè)務(wù)邏輯气堕，我們是用print來代替了。在Openning狀態(tài)下，電梯能過渡到其他什么狀態(tài)呢茎芭？按照現(xiàn)在的定義的是只能過渡到Closing狀態(tài)揖膜，因此我們在Close()中定義了狀態(tài)變更，同時把Close這個動作也委托了給CloseState類下的Close方法執(zhí)行梅桩，

public abstract class LiftState {
    //定義一個環(huán)境角色壹粟，也就是封裝狀態(tài)的變化引起的功能變化
    protected Context context;
    public void setContext(Context _context){
        this.context = _context;
    }
    //首先電梯門開啟動作
    public abstract void open();
    //電梯門有開啟，那當然也就有關(guān)閉了
    public abstract void close();
    //電梯要能上能下宿百，運行起來
    public abstract void run();
    //電梯還要能停下來
    public abstract void stop();
}
public class Context {
    //定義出所有的電梯狀態(tài)
    public final static OpenningState openningState = new OpenningState();
    public final static ClosingState closeingState = new ClosingState();
    public final static RunningState runningState = new RunningState();
    public final static StoppingState stoppingState = new StoppingState();
    //定義一個當前電梯狀態(tài)
    private LiftState liftState;
    public LiftState getLiftState() {
        return liftState;
    }
    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        this.liftState = liftState;
        //把當前的環(huán)境通知到各個實現(xiàn)類中
        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();
    }
}
public class OpenningState extends LiftState {
     //開啟當然可以關(guān)閉了趁仙，我就想測試一下電梯門開關(guān)功能
     @Override
     public void close() {
             //狀態(tài)修改
             super.context.setLiftState(Context.closeingState);
             //動作委托為CloseState來執(zhí)行
             super.context.getLiftState().close();
     }
     //打開電梯門
     @Override
     public void open() {
             System.out.println("電梯門開啟...");
     }
     //門開著時電梯就運行跑，這電梯犀呼，嚇死你幸撕！
     @Override
     public void run() {
             //do nothing;
     }
     //開門還不停止？
     public void stop() {
             //do nothing;
     }
}
public class ClosingState extends LiftState{
    //電梯門關(guān)閉外臂，這是關(guān)閉狀態(tài)要實現(xiàn)的動作
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("電梯門關(guān)閉...");
    }
    //電梯門關(guān)了再打開
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.openningState);  //置為敞門狀態(tài)
        super.context.getLiftState().open();
    }
    //電梯門關(guān)了就運行坐儿，這是再正常不過了
    @Override
    public void run() {
        super.context.setLiftState(Context.runningState); //設(shè)置為運行狀態(tài)
        super.context.getLiftState().run();
    }
    //電梯門關(guān)著，我就不按樓層
    @Override
    public void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);  //設(shè)置為停止狀態(tài)
        super.context.getLiftState().stop();
    }
}
public class RunningState extends LiftState {
    //電梯門關(guān)閉宋光？這是肯定的
    @Override
    public void close() {
        //do nothing
    }
    //運行的時候開電梯門貌矿？你瘋了！電梯不會給你開的
    @Override
    public void open() {
        //do nothing
    }
    //這是在運行狀態(tài)下要實現(xiàn)的方法
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("電梯上下運行...");
    }
    //這絕對是合理的罪佳，只運行不停止還有誰敢坐這個電梯逛漫？！估計只有上帝了
    @Override
    public void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);//環(huán)境設(shè)置為停止狀態(tài)
        super.context.getLiftState().stop();
    }
}
public class StoppingState extends LiftState {
    //停止狀態(tài)關(guān)門赘艳？電梯門本來就是關(guān)著的酌毡！
    @Override
    public void close() {
        //do nothing;
    }
    //停止狀態(tài)，開門蕾管，那是要的枷踏！
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.openningState);
        super.context.getLiftState().open();
    }
    //停止狀態(tài)再運行起來，正常得很
    @Override
    public void run() {
        super.context.setLiftState(Context.runningState);
        super.context.getLiftState().run();
    }
    //停止狀態(tài)是怎么發(fā)生的呢掰曾？當然是停止方法執(zhí)行了
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("電梯停止了...");
    }
}

總結(jié)一下：

代碼太長的問題：通過各個子類來實現(xiàn)旭蠕，每個子類的代碼都很短，而且也取消了switch...case條件的判斷旷坦。

不符合開閉原則：如果在我們這個例子中要增加兩個狀態(tài)應(yīng)該怎么做呢掏熬？增加兩個子類，一個是通電狀態(tài)秒梅，另一個是斷電狀態(tài)旗芬，同時修改其他實現(xiàn)類的相應(yīng)方法，因為狀態(tài)要過渡捆蜀，那當然要修改原有的類岗屏，只是在原有類中的方法上增加辆琅，而不去做修改。

不符合迪米特法則：我們現(xiàn)在的各個狀態(tài)是單獨的類这刷，只有與這個狀態(tài)有關(guān)的因素修改了，這個類才修改娩井，符合迪米特法則暇屋。

非常完美!這就是狀態(tài)模式。

4洞辣、總結(jié)

1咐刨、狀態(tài)模式的定義：

當一個對象內(nèi)在狀態(tài)改變時允許其改變行為，這個對象看起來像改變了其類扬霜。（Allow an object to alter its behavior when its internal state changes.The object will appear to change its class.）

狀態(tài)模式的核心是封裝定鸟，狀態(tài)的變更引起了行為的變更，從外部看起來就好像這個對象對應(yīng)的類發(fā)生了改變一樣著瓶。

2联予、狀態(tài)模式中的3個角色：

State——抽象狀態(tài)角色：接口或抽象類，負責對象狀態(tài)定義材原，并且封裝環(huán)境角色以實現(xiàn)狀態(tài)切換沸久。
ConcreteState——具體狀態(tài)角色：每一個具體狀態(tài)必須完成兩個職責：本狀態(tài)的行為管理以及趨向狀態(tài)處理，通俗地說余蟹，就是本狀態(tài)下要做的事情卷胯，以及本狀態(tài)如何過渡到其他狀態(tài)。
Context——環(huán)境角色：定義客戶端需要的接口威酒，并且負責具體狀態(tài)的切換窑睁。

3、狀態(tài)模式的優(yōu)點

結(jié)構(gòu)清晰：避免了過多的switch...case或者if...else語句的使用葵孤，避免了程序的復(fù)雜性,提高系統(tǒng)的可維護性担钮。
遵循設(shè)計原則：很好地體現(xiàn)了開閉原則和單一職責原則，每個狀態(tài)都是一個子類佛呻，你要增加狀態(tài)就要增加子類裳朋，你要修改狀態(tài)，你只修改一個子類就可以了吓著。
封裝性非常好：這也是狀態(tài)模式的基本要求鲤嫡，狀態(tài)變換放置到類的內(nèi)部來實現(xiàn)，外部的調(diào)用不用知道類內(nèi)部如何實現(xiàn)狀態(tài)和行為的變換绑莺。

4暖眼、狀態(tài)模式的缺點

子類會太多，也就是類膨脹纺裁。如果一個事物有很多個狀態(tài)也不稀奇诫肠，如果完全使用狀態(tài)模式就會有太多的子類司澎，不好管理，這個需要大家在項目中自己衡量栋豫。

5挤安、狀態(tài)模式的使用場景

行為隨狀態(tài)改變而改變的場景
這也是狀態(tài)模式的根本出發(fā)點，例如權(quán)限設(shè)計丧鸯，人員的狀態(tài)不同即使執(zhí)行相同的行為結(jié)果也會不同蛤铜，在這種情況下需要考慮使用狀態(tài)模式。
條件丛肢、分支判斷語句的替代者
在程序中大量使用switch語句或者if判斷語句會導致程序結(jié)構(gòu)不清晰围肥，邏輯混亂，使用狀態(tài)模式可以很好地避免這一問題蜂怎，它通過擴展子類實現(xiàn)了條件的判斷處理穆刻。

參考書籍《設(shè)計模式之禪》：https://www.kancloud.cn/sstd521/design/193608