狀態(tài)模式（State）

在軟件開發(fā)過程中，應(yīng)用程序中的有些對象可能會根據(jù)不同的情況做出不同的行為，我們把這種對象稱為有狀態(tài)的對象瑰排，而把影響對象行為的一個或多個動態(tài)變化的屬性稱為狀態(tài)。當(dāng)有狀態(tài)的對象與外部事件產(chǎn)生互動時，其內(nèi)部狀態(tài)會發(fā)生改變料仗，從而使得其行為也隨之發(fā)生改變。如人的情緒有高興的時候和傷心的時候伏蚊，不同的情緒有不同的行為立轧，當(dāng)然外界也會影響其情緒變化。

對這種有狀態(tài)的對象編程，傳統(tǒng)的解決方案是：將這些所有可能發(fā)生的情況全都考慮到氛改，然后使用 if-else 語句來做狀態(tài)判斷帐萎，再進(jìn)行不同情況的處理。但當(dāng)對象的狀態(tài)很多時胜卤，程序會變得很復(fù)雜疆导。而且增加新的狀態(tài)要添加新的 if-else 語句，這違背了“開閉原則”瑰艘，不利于程序的擴(kuò)展是鬼。

以上問題如果采用“狀態(tài)模式”就能很好地得到解決。狀態(tài)模式的解決思想是：當(dāng)控制一個對象狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件表達(dá)式過于復(fù)雜時紫新，把相關(guān)“判斷邏輯”提取出來均蜜，放到一系列的狀態(tài)類當(dāng)中，這樣可以把原來復(fù)雜的邏輯判斷簡單化芒率。

狀態(tài)模式的定義與特點(diǎn)

• 狀態(tài)（State）模式的定義：
  對有狀態(tài)的對象囤耳，把復(fù)雜的“判斷邏輯”提取到不同的狀態(tài)對象中，允許狀態(tài)對象在其
  內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生改變時改變其行為偶芍。
• 狀態(tài)（State）模式的優(yōu)點(diǎn)：
  1.狀態(tài)模式將與特定狀態(tài)相關(guān)的行為局部化到一個狀態(tài)中充择，并且將不同狀態(tài)的行為分割開來，滿足“單一職責(zé)原則”匪蟀。
  2.減少對象間的相互依賴椎麦。將不同的狀態(tài)引入獨(dú)立的對象中會使得狀態(tài)轉(zhuǎn)換變得更加明確，且減少對象間的相互依賴材彪。
  3.有利于程序的擴(kuò)展观挎。通過定義新的子類很容易地增加新的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換。
• 狀態(tài)（State）模式的缺點(diǎn)：
  1.狀態(tài)模式的使用必然會增加系統(tǒng)的類與對象的個數(shù)段化。
  2.狀態(tài)模式的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)都較為復(fù)雜嘁捷，如果使用不當(dāng)會導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)和代碼的混亂。

狀態(tài)模式的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

狀態(tài)模式把受環(huán)境改變的對象行為包裝在不同的狀態(tài)對象里显熏，其意圖是讓一個對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變的時候雄嚣，其行為也隨之改變。現(xiàn)在我們來分析其基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法喘蟆。

1. 模式的結(jié)構(gòu)
狀態(tài)模式包含以下主要角色缓升。

1. 環(huán)境（Context）角色：也稱為上下文，它定義了客戶感興趣的接口蕴轨，維護(hù)一個當(dāng)前狀態(tài)港谊，并將與狀態(tài)相關(guān)的操作委托給當(dāng)前狀態(tài)對象來處理。
2. 抽象狀態(tài)（State）角色：定義一個接口尺棋，用以封裝環(huán)境對象中的特定狀態(tài)所對應(yīng)的行為封锉。
3. 具體狀態(tài)（Concrete State）角色：實(shí)現(xiàn)抽象狀態(tài)所對應(yīng)的行為。
   
   狀態(tài)模式的結(jié)構(gòu)圖
   
   2. 模式的實(shí)現(xiàn)
   狀態(tài)模式的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

package state;
public class StatePatternClient
{
    public static void main(String[] args)
    {       
        Context context=new Context();    //創(chuàng)建環(huán)境       
        context.Handle();    //處理請求
        context.Handle();
        context.Handle();
        context.Handle();
    }
}
//環(huán)境類
class Context
{
    private State state;
    //定義環(huán)境類的初始狀態(tài)
    public Context()
    {
        this.state=new ConcreteStateA();
    }
    //設(shè)置新狀態(tài)
    public void setState(State state)
    {
        this.state=state;
    }
    //讀取狀態(tài)
    public State getState()
    {
        return(state);
    }
    //對請求做處理
    public void Handle()
    {
        state.Handle(this);
    }
}
//抽象狀態(tài)類
abstract class State
{
    public abstract void Handle(Context context);
}
//具體狀態(tài)A類
class ConcreteStateA extends State
{
    public void Handle(Context context)
    {
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)是 A.");
        context.setState(new ConcreteStateB());
    }
}
//具體狀態(tài)B類
class ConcreteStateB extends State
{
    public void Handle(Context context)
    {
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)是 B.");
        context.setState(new ConcreteStateA());
    }
}

狀態(tài)模式的實(shí)例

用“狀態(tài)模式”設(shè)計(jì)一個學(xué)生成績的狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序膘螟。
分析：本實(shí)例包含了“不及格”“中等”和“優(yōu)秀” 3 種狀態(tài)成福，當(dāng)學(xué)生的分?jǐn)?shù)小于 60 分時為“不及格”狀態(tài)，當(dāng)分?jǐn)?shù)大于等于 60 分且小于 90 分時為“中等”狀態(tài)荆残，當(dāng)分?jǐn)?shù)大于等于 90 分時為“優(yōu)秀”狀態(tài)奴艾，我們用狀態(tài)模式來實(shí)現(xiàn)這個程序。
首先内斯，定義一個抽象狀態(tài)類（AbstractState）蕴潦，其中包含了環(huán)境屬性、狀態(tài)名屬性和當(dāng)前分?jǐn)?shù)屬性俘闯，以及加減分方法 addScore(intx) 和檢查當(dāng)前狀態(tài)的抽象方法 checkState()潭苞；然后，定義“不及格”狀態(tài)類 LowState真朗、“中等”狀態(tài)類 MiddleState 和“優(yōu)秀”狀態(tài)類 HighState此疹，它們是具體狀態(tài)類，實(shí)現(xiàn) checkState() 方法遮婶，負(fù)責(zé)檢査自己的狀態(tài)蝗碎，并根據(jù)情況轉(zhuǎn)換；最后旗扑，定義環(huán)境類（ScoreContext）蹦骑，其中包含了當(dāng)前狀態(tài)對象和加減分的方法 add(int score)，客戶類通過該方法來改變成績狀態(tài)臀防。

學(xué)生成績的狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序的結(jié)構(gòu)圖

程序代碼如下：

package state;
public class ScoreStateTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ScoreContext account=new ScoreContext();
        System.out.println("學(xué)生成績狀態(tài)測試：");
        account.add(30);
        account.add(40);
        account.add(25);
        account.add(-15);
        account.add(-25);
    }
}
//環(huán)境類
class ScoreContext
{
    private AbstractState state;
    ScoreContext()
    {
        state=new LowState(this);
    }
    public void setState(AbstractState state)
    {
        this.state=state;
    }
    public AbstractState getState()
    {
        return state;
    }   
    public void add(int score)
    {
        state.addScore(score);
    }
}
//抽象狀態(tài)類
abstract class AbstractState
{
    protected ScoreContext hj;  //環(huán)境
    protected String stateName; //狀態(tài)名
    protected int score; //分?jǐn)?shù)
    public abstract void checkState(); //檢查當(dāng)前狀態(tài)
    public void addScore(int x)
    {
        score+=x;       
        System.out.print("加上："+x+"分眠菇，\t當(dāng)前分?jǐn)?shù)："+score );
        checkState();
        System.out.println("分，\t當(dāng)前狀態(tài)："+hj.getState().stateName);
    }   
}
//具體狀態(tài)類：不及格
class LowState extends AbstractState
{
    public LowState(ScoreContext h)
    {
        hj=h;
        stateName="不及格";
        score=0;
    }
    public LowState(AbstractState state)
    {
        hj=state.hj;
        stateName="不及格";
        score=state.score;
    }
    public void checkState()
    {
        if(score>=90)
        {
            hj.setState(new HighState(this));
        }
        else if(score>=60)
        {
            hj.setState(new MiddleState(this));
        }
    }   
}
//具體狀態(tài)類：中等
class MiddleState extends AbstractState
{
    public MiddleState(AbstractState state)
    {
        hj=state.hj;
        stateName="中等";
        score=state.score;
    }
    public void checkState()
    {
        if(score<60)
        {
            hj.setState(new LowState(this));
        }
        else if(score>=90)
        {
            hj.setState(new HighState(this));
        }
    }
}
//具體狀態(tài)類：優(yōu)秀
class HighState extends AbstractState
{
    public HighState(AbstractState state)
    {
        hj=state.hj;
        stateName="優(yōu)秀";
        score=state.score;
    }           
    public void checkState()
    {
        if(score<60)
        {
            hj.setState(new LowState(this));
        }
        else if(score<90)
        {
            hj.setState(new MiddleState(this));
        }
    }
}

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

學(xué)生成績狀態(tài)測試：
加上：30分清钥，    當(dāng)前分?jǐn)?shù)：30分琼锋，    當(dāng)前狀態(tài)：不及格
加上：40分，    當(dāng)前分?jǐn)?shù)：70分祟昭，    當(dāng)前狀態(tài)：中等
加上：25分缕坎，    當(dāng)前分?jǐn)?shù)：95分，    當(dāng)前狀態(tài)：優(yōu)秀
加上：-15分篡悟，    當(dāng)前分?jǐn)?shù)：80分谜叹，    當(dāng)前狀態(tài)：中等
加上：-25分，    當(dāng)前分?jǐn)?shù)：55分搬葬，    當(dāng)前狀態(tài)：不及格

狀態(tài)模式的應(yīng)用場景

• 當(dāng)一個對象的行為取決于它的狀態(tài)荷腊，并且它必須在運(yùn)行時根據(jù)狀態(tài)改變它的行為時，就可以考慮使用狀態(tài)模式急凰。
• 一個操作中含有龐大的分支結(jié)構(gòu)女仰，并且這些分支決定于對象的狀態(tài)時。

狀態(tài)模式的擴(kuò)展

在有些情況下，可能有多個環(huán)境對象需要共享一組狀態(tài)疾忍，這時需要引入享元模式乔外，將這些具體狀態(tài)對象放在集合中供程序共享，其結(jié)構(gòu)圖如圖下圖所示一罩。

共享狀態(tài)模式的結(jié)構(gòu)圖

分析：共享狀態(tài)模式的不同之處是在環(huán)境類中增加了一個 HashMap 來保存相關(guān)狀態(tài)杨幼，當(dāng)需要某種狀態(tài)時可以從中獲取，其程序代碼如下：

package state;
import java.util.HashMap;
public class FlyweightStatePattern
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ShareContext context=new ShareContext(); //創(chuàng)建環(huán)境       
        context.Handle(); //處理請求
        context.Handle();
        context.Handle();
        context.Handle();
    }
}
//環(huán)境類
class ShareContext
{
    private ShareState state;
    private HashMap<String, ShareState> stateSet=new HashMap<String, ShareState>();
    public ShareContext()
    {
        state=new ConcreteState1();
        stateSet.put("1", state);
        state=new ConcreteState2();
        stateSet.put("2", state);
        state=getState("1");
    }
    //設(shè)置新狀態(tài)
    public void setState(ShareState state)
    {
        this.state=state;
    }
    //讀取狀態(tài)
    public ShareState getState(String key)
    {
        ShareState s=(ShareState)stateSet.get(key);
        return s;
    }
    //對請求做處理
    public void Handle()
    {
        state.Handle(this);
    }
}
//抽象狀態(tài)類
abstract class ShareState
{
    public abstract void Handle(ShareContext context);
}
//具體狀態(tài)1類
class ConcreteState1 extends ShareState
{
    public void Handle(ShareContext context)
    {
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)是： 狀態(tài)1");
        context.setState(context.getState("2"));
    }
}
//具體狀態(tài)2類
class ConcreteState2 extends ShareState
{
    public void Handle(ShareContext context)
    {
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)是： 狀態(tài)2");
        context.setState(context.getState("1"));
    }
}

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

當(dāng)前狀態(tài)是： 狀態(tài)1
當(dāng)前狀態(tài)是： 狀態(tài)2
當(dāng)前狀態(tài)是： 狀態(tài)1
當(dāng)前狀態(tài)是： 狀態(tài)2