设计模式之状态模式

介绍

其行为由状态决定，不同状态下有不同的行为。
状态模式下的行为是平行的、不可替换的（策略模式的行为是彼此独立、可以替换的）
状态模式下，不同的状态对象（注意是状态对象）拥有一个抽象的状态基类

定义

当一个状态的内在状态发生变化允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类（多态）

使用场景

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他的行为
代码中包含大量和状态相关的条件语句，且这些分之语句依赖于该对象的状态
状态模式将每个条件分之放入一个独立的类中，使得我们可以根据对象自身的状态情况作为一个对象，这个对象不依赖其他对象而独立存在，通过多态去除重复的，过多的if-else等分之语句

UML类图

说明

Context：环境类，实现客户端感兴趣的方法，维护一个State实例对象，State对象定义了当前的状态，通过State对象的多态特性，自动调用其状态下该有的方法
State：抽象状态基类或者状态接口，定义一些方法或者接口，便是状态下应有的行为
ConcreteStateA、ConcreteStateB：具体状态类，每个具体状态下实现抽象类Stat中定义的方法或者接口，实现不同状态下的不同行为

具体实现

我们都知道电视在开机状态下可以实现调节频道，调节音量等操作；在关机状态下只能开机操作，而频道和音量调节都不能实现。下面我们就对这种应用场景实现其具体代码：

TvState

/**
 * 电视操作基类
 */
public interface TvState {
    //下一个频道
    void nextChannel();
    //上一个频道
    void prevChannel();
    //增加音量
    void turnUp();
    //减小音量
    void turnDown();
}

TvStat类中定义了操作电视的共有方法，不同状态下应有其具体实现类

PowerOffState

/**
 * 关机状态下的逻辑
 */
public class PowerOffState implements TvState {
    @Override
    public void nextChannel() {
        System.out.println("PowerOffState->nextChannel");
    }

    @Override
    public void prevChannel() {
        System.out.println("PowerOffState->prevChannel");
    }

    @Override
    public void turnUp() {
        System.out.println("PowerOffState->turnUp");
    }

    @Override
    public void turnDown() {
        System.out.println("PowerOffState->turnDown");
    }
}

关机状态下的具体实现，此状态下电视的频道和音调节量都不能操作

PowerOnState

/**
 * 开机状态下的操作逻辑实现类
 */
public class PowerOnState implements TvState {

    @Override
    public void nextChannel() {
        System.out.println("PowerOnState->nextChannal");
    }

    @Override
    public void prevChannel() {
        System.out.println("PowerOnState->prevChannel");
    }

    @Override
    public void turnUp() {
        System.out.println("PowerOnState->turnUp");
    }

    @Override
    public void turnDown() {
        System.out.println("PowerOnState->turnUp");
    }
}

开机状态下的具体实现，能够正常的对电视进行频道和音量的调节操作

PowerController

/**
 * 电源控制接口
 */
public interface PowerController {

    //开机
    void powerOn();
    //关机
    void powerOff();
}

电源控制类，TvState的具体实现类中的具体行为就是因电源状态发生改变而改变的。

TVController

/**
 * 电视控制类，实现电源接口
 * 内部保留TvState对象，实现电视具体的逻辑操作
 */
public class TvController implements PowerController {
    //保留TvState实例对象，调用其对应状态下的对象方法
    private TvState mTvState;

    private void setTvState(TvState state){
        mTvState = state;
    }

    @Override
    public void powerOn() {
        setTvState(new PowerOnState());
        System.out.println("TV->powerOn");
    }

    @Override
    public void powerOff() {
        setTvState(new PowerOffState());
        System.out.println("TV->powerOff");
    }

    /**
     *以下各种操作电视的逻辑分别是在对应电视开关机状态下逻辑实现
     */

    public void nextChannel(){
        mTvState.nextChannel();
    }

    public void prevChannel(){
        mTvState.prevChannel();
    }

    public void turnUp(){
        mTvState.turnUp();
    }

    public void turnDown(){
        mTvState.turnDown();
    }
}

TVController对应于Context类，实现PowerController的方法（开机和关机），通过开关机我们得知其具体的状态，在这种状态下，通过具体行为的基类TvState实例对象，应用多态特性，其对象的具体行为自动接受其状态牵制，达到不同状态下有不同的具体行为

运行结果

TV->powerOff
PowerOffState->nextChannel
PowerOffState->turnUp
TV->powerOn
PowerOnState->prevChannel
PowerOnState->turnUp

上面的实例中

我们抽象一个TvState接口，该接口中有操作电视的所有方法，其对应有两个实现类PowerOffState和PowerOnState
开机状态下用户可以对电视进行频道和音量的调节操作，关机状态却不能。这里就侧面反映了电视电源的状态影响了其具体的行为
状态模式就是将这些行为封装在一个对象状态类中，在进行操作时将这些功能转发到状态对象，导致不同状态下有不同的行为

总结

优点

封装了转换规则，状态类对象持有不同状态下的相应行为，达到不同状态下拥有不同的行为
将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
将复杂的状态判断转换成结构清晰的状态类，保证好的扩展性和可维护性

缺点

状态类的使用必然会增加系统类和对象的个数
应用场景的状态模式功能划分相对复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱

深度拓展

源码分析之状态机原型