状态模式(State Pattern)
背景
在软件开发过程中,应用程序中的有些对象可能会根据不同的情况做出不同的行为,我们把这种对象称为有状态的对象,而把影响对象行为的一个或多个动态变化的属性称为状态。当有状态的对象与外部事件产生互动时,其内部状态会发生改变,从而使得其行为也随之发生改变。如人的情绪有高兴的时候和伤心的时候,不同的情绪有不同的行为,当然外界也会影响其情绪变化。
对这种有状态的对象编程,传统的解决方案是:将这些所有可能发生的情况全都考虑到,然后使用 if-else 语句来做状态判断,再进行不同情况的处理。但当对象的状态很多时,程序会变得很复杂。而且增加新的状态要添加新的 if-else 语句,这违背了“开闭原则”,不利于程序的扩展。
以上问题如果采用“状态模式”就能很好地得到解决。状态模式的解决思想是:当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时,把相关“判断逻辑”提取出来,放到一系列的状态类当中,这样可以把原来复杂的逻辑判断简单化。
基本介绍
状态(State)模式的定义:对有状态的对象,把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中,允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。
模式分析
优点
- 状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中,并且将不同状态的行为分割开来,满足“单一职责原则”。
- 符合“开闭原则”。容易增删状态
- 方便维护。将容易产生问题的 if-else 语句删除了,如果把每个状态的行为都放到一个类中,每次调用方法时都要判断当前是什么状态,不但会产出很多 if-else 语句,而且容易出错
- 减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确,且减少对象间的相互依赖。
- 有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。
缺点
- 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数,加大维护难度。
- 状态模式的结构与实现都较为复杂,如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
模式结构
UML类图
结构
- 环境(Context)角色:也称为上下文,它定义了客户感兴趣的接口,维护一个当前状态,并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理。
- 抽象状态(State)角色:定义一个接口,用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为。
- 具体状态(ConcreteState)角色:实现抽象状态所对应的行为,每个子类实现一个与 Context 的一个状态相关行为。
代码实现
环境(Context)角色
class Context
{
private State state;
//定义环境类的初始状态
public Context()
{
this.state=new ConcreteStateA();
}
//设置新状态
public void setState(State state)
{
this.state=state;
}
//读取状态
public State getState()
{
return(state);
}
//对请求做处理
public void Handle()
{
state.Handle(this);
}
}
抽象状态(State)角色
也可以定义接口,根据具体需求
abstract class State
{
public abstract void Handle(Context context);
}
具体状态(ConcreteState)角色
class ConcreteStateA extends State
{
public void Handle(Context context)
{
System.out.println("当前状态是 A.");
context.setState(new ConcreteStateB());
}
}
class ConcreteStateB extends State
{
public void Handle(Context context)
{
System.out.println("当前状态是 B.");
context.setState(new ConcreteStateA());
}
}
客户端调用
public class StatePatternClient
{
public static void main(String[] args)
{
Context context=new Context(); //创建环境
context.Handle(); //处理请求
context.Handle();
context.Handle();
context.Handle();
}
}
结果
当前状态是 A.
当前状态是 B.
当前状态是 A.
当前状态是 B.
开发中常见的场景:
- 银行系统中账号状态的管理
- OA系统中公文状态的管理
- 酒店系统中,房间状态的管理
- 线程对象各状态之间的切换
状态模式的应用场景
通常在以下情况下可以考虑使用状态模式。
- 当一个对象的行为取决于它的状态,并且它必须在运行时根据状态改变它的行为时,就可以考虑使用状态模式。
- 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
- 一个操作中含有庞大的分支结构,并且这些分支决定于对象的状态时。
实例分析
实例1——酒店房间预定项目
传统方式实现
分析
传统方式通常采用if/else 判断实现,不符合开闭原则,而且不方便管理。
状态模式实现
UML类图
代码实现
1.房间上下文对象
public class HomeContext {
private State state;
//设置不同的状态
public void setState(State s){
System.out.println("修改状态!");
state = s;
state.handle();
}
}
2.抽象状态对象
public interface State {
void handle();
}
3.具体状态对象
/**
* 空闲状态
*/
public class FreeState implements State {
@Override
public void handle() {
System.out.println("房间空闲!!!没人住!");
}
}
/**
* 已预订状态
*/
public class BookedState implements State {
@Override
public void handle() {
System.out.println("房间已预订!别人不能定!");
}
}
/**
* 已入住状态
*/
public class CheckedInState implements State {
@Override
public void handle() {
System.out.println("房间已入住!请勿打扰!");
}
}
4.客户端调用
public class Client {
public static void main(String[] args) {
HomeContext ctx = new HomeContext();
//根据需求设置不同的状态
ctx.setState(new FreeState());
ctx.setState(new BookedState());
}
}