Java 設計模式——狀態模式

概述

很多人在說狀態模式的時候總拿策略模式來進行對比，可能他們的類圖會有一點類似，可我卻不認爲他們有多麼相像。你可以閱讀《Java設計模式——策略模式》這篇博客，並與本文對比，以找到蛛絲馬跡。
他們最根本的差異在於策略模式是在求解同一個問題的多種解法，這些不同解法之間毫無關聯；狀態模式則不同，狀態模式要求各個狀態之間有所關聯，以便實現狀態轉移。

定義

狀態模式（State），當一個對象的內部狀態改變時允許改變其行爲，這個對象看起來像是改變了其類。

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目錄

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版權說明

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本文作者：Coding-Naga
發表日期： 2016年6月6日
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來源：CSDN
更多內容：分類 >> 設計模式

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狀態模式

我很喜歡具有狀態轉移的程序，總是感覺這裏充滿了無限的魅力。如果你也對狀態轉移的邏輯感興趣，那麼你可以閱讀一下我之前的幾篇博客。

• 算法之動態規劃初步（Java版）
• 算法：模式匹配之KMP算法
• 深入理解Aho-Corasick自動機算法
• Trie樹進階：Double-Array Trie原理及狀態轉移過程詳解
• 算法：關於生成抽樣隨機數的這些算法

情境

看《Java 設計模式》的時候，我看到一個例子，感覺很好，拿來跟大家一起分享一下。
實體是電梯，這個大家一定不陌生。我們知道電梯主要有4種狀態：電梯門關閉、電梯門打開、電梯上下運載、電梯停止。而且我們知道，電梯在門打開的時候，只能是關閉電梯門，不能是其他的任何操作。在學習狀態模式之前，如果我們要編寫這個邏輯，一定是長篇累讀地 if … else … 。而且邏輯混亂，很難維護。當然，這裏你可以使用 if … else …，因爲電梯的這些狀態基本是穩定的，不會有什麼變動。而如果你的需求裏，狀態會不斷更新，而你之前使用 if … else … 埋下的患根這時就會讓你苦不堪言。
所以，你需要重構你的代碼。

狀態模式類圖

邏輯實現

如果想要避免使用 if … else … 或是 switch … case …，那麼我們就需要對這些條件進行封裝。在學習狀態模式之前，我很喜歡使用一個 Map 來解決 switch … case … 問題，而且屢試不爽。從使用 Map 來解決 switch … case … 問題中可以知道，這裏的條件類必須去繼承一個共同的類或是共同的接口。這裏就是上面類圖中的 LiftState。
LiftState.java

public abstract class LiftState {

    protected Context context;

    public void setContext(Context _context) {
        this.context = _context;
    }

    public abstract void open();

    public abstract void close();

    public abstract void run();

    public abstract void stop();
}

可能你很奇怪，爲什麼這裏 LiftState 類裏面會有一個 Context 對象。它的作用是去調節狀態的變化，它就是電梯，你的電梯狀態肯定是針對電梯來說的，所以組合一個 Context 一點也不奇怪。

現在來看看 LiftState 的實現類吧，就拿 StoppingState 類來說吧，其他的實現跟這個類很像，就不多貼代碼了。想要詳細代碼的朋友可以去我的 GitHub 上下載。
StoppingState.java

public class StoppingState extends LiftState {

    @Override
    public void close() {
        // do nothing;
    }

    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.openningState);
        super.context.getLiftState().open();
    }

    @Override
    public void run() {
        super.context.setLiftState(Context.runningState);
        super.context.getLiftState().run();
    }

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

在停下來的時候，我們不能讓電梯關閉，因爲它原本就是關閉的，我這裏做法是不處理，當然你可以選擇拋出異常。當電梯停下來的時候，電梯是可以打開的，所以在 open() 方法裏可以將電梯的狀態標識爲打開狀態；當然，也可以標識爲運載狀態。而究竟會轉換成哪一種狀態，就要依據實際乘客的使用情況了。
下面看看我們的關鍵實體 Context 是怎麼實現的。
Context.java

public class Context {

    // 定義出所有的電梯狀態
    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();

    // 定一個當前電梯狀態
    private LiftState liftState;

    public LiftState getLiftState() {
        return liftState;
    }

    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        this.liftState = liftState;
        // 把當前的環境通知到各個實現類中
        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();
    }
}

Context 組合了所有狀態，這一點不奇怪，因爲它是電梯嘛。在上面的代碼中，你們可能很迷惑，這裏 Context 都是去調用 LiftState 接口的相應方法，哪裏體現了狀態的轉移呢？其實狀態轉移的邏輯是在各自的狀態裏面進行的，就像上面的 StoppingState 類。如果調用了 StoppingState 類，是不是說當前 Context 裏的狀態是 StoppingState 呢？而它卻在 open() 方法裏將 Context 的狀態轉換成了 OpenningState 。這樣就完成了狀態的轉換了。Context 類的作用我想只是去觸發狀態的轉換。
下面提供一張電梯的狀態轉移圖：

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Ref

• 《Java 設計模式》

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GitHub 源碼

https://github.com/William-Hai/DesignPatternCollections

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