【設計模式】行為型-狀態模式

在變幻的時光中，狀態如詩篇般細膩流轉。

文章目錄

一、可調節的燈光
二、狀態模式
三、狀態模式的核心組件
四、運用狀態模式
五、狀態模式的應用場景
六、小結
推薦閱讀

一、可調節的燈光

場景假設：我們有一個電燈，它可以被打開和關閉。用戶可以通過一個開關來改變電燈的狀態。

/*** 表示可以開關的燈的類。*/
public class Light {private String state; // 燈的當前狀態，可能是"ON"或者"OFF"/*** 構造方法，初始化燈的狀態為"OFF"。*/public Light() {this.state = "OFF";}/*** 開關燈的狀態。* 如果燈當前為"OFF"，則將其改為"ON"并打印"燈已打開"。* 如果燈當前為"ON"，則將其改為"OFF"并打印"燈已關閉"。*/public void switchState() {if ("OFF".equals(state)) {state = "ON";System.out.println("燈已打開");} else {state = "OFF";System.out.println("燈已關閉");}}
}

上面的代碼雖然能夠實現需求，因為只有兩種狀態。但是，如果電燈有更多的狀態，比如“調暗”、“調亮”、“閃爍”等，那么 switchState 方法就會變得非常復雜，充滿了 if-else 語句。這將使代碼難以閱讀和維護。

二、狀態模式

狀態模式（State Pattern）是一種行為型設計模式，它允許對象在其內部狀態發生改變時改變其行為，使其看起來像是改變了其類。狀態模式的關鍵思想是將對象的行為封裝在不同的狀態對象中，并且在狀態轉換時可以動態地改變對象的行為。

三、狀態模式的核心組件

狀態模式的核心組件包括以下幾個角色：

Context（上下文）：上下文是擁有狀態的對象。它定義了客戶端感興趣的接口，并且維護一個當前狀態對象，這個狀態對象定義了當前的狀態和相應的行為。Context 可以通過狀態對象來改變它的行為。
State（狀態）：狀態是一個接口或者抽象類，它封裝了與 Context 的一個特定狀態相關的行為。在 State 接口或者抽象類中定義了所有具體狀態類所共享的方法，這些方法的實現將依賴于當前狀態。通常，這些方法處理與狀態相關的操作，如請求或者事件。
ConcreteState（具體狀態）：具體狀態類實現了 State 接口或者繼承了 State 抽象類。每個具體狀態類實現了與 Context 的一個狀態相關的行為。例如，在電梯系統中，可能會有開門狀態、關門狀態、運行狀態和停止狀態等具體狀態類。

在這里插入圖片描述

這個類圖展示了狀態模式的核心組成部分：

State 接口定義了 doAction(Context) 方法，表示所有具體狀態類（OpenState 和 CloseState）需要實現的方法。
OpenState 和 CloseState 類分別實現了 State 接口，并實現了 doAction(Context) 方法來處理具體的狀態操作。
Context 類包含一個狀態接口類型的私有成員變量 state，通過 setState(State) 方法設置當前的狀態，并通過 request() 方法執行當前狀態的動作。

四、運用狀態模式

場景假設：我們有一個電燈，它可以被打開和關閉。用戶可以通過一個開關來改變電燈的狀態。電燈有更多的狀態，比如“調暗”、“調亮”、“閃爍”等。

定義狀態接口：首先，我們需要定義一個狀態接口，該接口聲明了所有具體狀態類需要實現的方法。在我們的例子中，我們可以定義一個 LightState 接口，該接口有一個 switchState 方法。
```
// 定義狀態接口
public interface LightState {// 聲明改變狀態的方法，接收一個 Light 對象作為參數void switchState(Light light);
}
```

創建具體狀態類：然后，我們需要為每種狀態創建一個具體的狀態類。這些類需要實現狀態接口，并實現接口中聲明的方法。在我們的例子中，我們可以創建 OnState 和 OffState 類。

// 創建具體狀態類：打開狀態
public class OnState implements LightState {@Overridepublic void switchState(Light light) {// 改變 Light 對象的狀態為 DimStatelight.setState(new DimState());System.out.println("Light is dimmed");}
}// 創建具體狀態類：關閉狀態
public class OffState implements LightState {@Overridepublic void switchState(Light light) {// 改變 Light 對象的狀態為 OnStatelight.setState(new OnState());System.out.println("Light is turned ON");}
}// 創建具體狀態類：調暗狀態
public class DimState implements LightState {@Overridepublic void switchState(Light light) {// 改變 Light 對象的狀態為 BlinkStatelight.setState(new BlinkState());System.out.println("Light is blinking");}
}// 創建具體狀態類：閃爍狀態
public class BlinkState implements LightState {@Overridepublic void switchState(Light light) {// 改變 Light 對象的狀態為 OffStatelight.setState(new OffState());System.out.println("Light is turned OFF");}
}

在上下文類中使用狀態：最后，我們需要在上下文類中使用這些狀態。上下文類維護一個對狀態對象的引用，該引用可以在運行時更改。在我們的例子中，Light 類就是上下文類。

// 創建上下文類：電燈
public class Light {// Light 對象維護一個對狀態對象的引用private LightState state;public Light() {// 初始狀態為 OffStatethis.state = new OffState();}// 設置 Light 對象的狀態public void setState(LightState state) {this.state = state;}// 切換 Light 對象的狀態public void switchState() {state.switchState(this);}
}

客戶端：通過客戶端測試

public class Client {public static void main(String[] args) {// 創建一個 Light 對象Light light = new Light();// 切換 Light 對象的狀態light.switchState(); // 打開電燈light.switchState(); // 調暗電燈light.switchState(); // 電燈開始閃爍light.switchState(); // 關閉電燈}
}

五、狀態模式的應用場景

狀態模式在許多場景中都非常有用，特別是當一個對象的行為取決于其狀態，并且它必須在運行時根據狀態改變其行為時。以下是一些常見的應用場景：

用戶界面（UI）：在許多用戶界面中，元素的行為會根據其狀態（如禁用、選中、懸停等）而改變。狀態模式可以幫助我們管理這些狀態，并使狀態轉換的邏輯更加清晰。
游戲開發：在游戲開發中，角色的行為通常會根據其狀態（如站立、跑動、跳躍、攻擊等）而改變。使用狀態模式，我們可以為每種狀態創建一個狀態類，使得代碼更易于理解和維護。
工作流引擎：在工作流引擎中，任務的行為會根據其狀態（如新建、進行中、已完成等）而改變。狀態模式可以幫助我們管理這些狀態，并使狀態轉換的邏輯更加清晰。
網絡連接：網絡連接的行為會根據其狀態（如打開、關閉、等待等）而改變。狀態模式可以幫助我們管理這些狀態，并使狀態轉換的邏輯更加清晰。