设计模式行为型——状态模式

 

目录

状态模式的定义

状态模式的实现

状态模式角色

状态模式类图

状态模式举例

状态模式代码实现

状态模式的特点

优点

缺点

使用场景

注意事项

实际应用


       在软件开发过程中,应用程序中的部分对象可能会根据不同的情况做出不同的行为,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,其内部状态就会发生改变,从而使其行为也发生改变。如天气都有晴天和雨天的时候,不同的天气有不同的行为,当然天气也会受影响其他影响变化。

状态模式的定义

        状态模式(State Pattern)属于行为型设计模式,也叫作状态机模式(StateMachine Pattern),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,允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为,对象看起来好像修改了它的类。

        状态模式中类的行为是由状态决定的,在不同的状态下有不同的行为。其意图是让一个对象在其内部改变的时候,行为也随之改变。状态模式的核心是状态与行为绑定,不同的状态对应不同的行为。

        在状态模式中,创建表示各种状态的对象和一个行为随着状态对象改变而改变的context对象。

        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,用各个不同的类进行表示,系统处于哪种情况,直接使用相应的状态类对象进行处理,这样能把原来复杂的逻辑判断简单化,消除了 if-else、switch-case 等冗余语句,代码更有层次性,并且具备良好的扩展力。

状态模式的实现

状态模式角色

  1. 环境类角色(Context):也称为上下文,它定义了客户端需要的接口,内部维护一个当前状态,并负责具体状态的切换。
  2. 抽象状态角色(State):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,可以有一个或多个行为。
  3. 具体状态角色(Concrete State):实现抽象状态所对应的行为,每一个类封装了一个状态对应的行为,并且在需要的情况下进行状态切换。

状态模式类图

状态模式举例

        打篮球的时候运动员可以有正常状态,不正常状态,和超常状态,现在就以我们打篮球时候投篮时候的状态来举例子。正常状态下运动员投十个球进五个球;不正常状态下运动员投十个球进一个球,和超常状态下运动员投十个球进十个球。此时投篮状态为抽象状态角色,运动员的三种投篮竞技状态为具体状态角色,而运动员为环境类角色。

状态模式代码实现

抽象状态角色

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 抽象状态角色 投篮
 * @date 2023/08/07 20:56:20
 */
public interface State {
    /**
     * 投篮
     */
    void shot();
}

具体状态角色

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 具体状态角色 投篮正常
 * @date 2023/08/07 21:00:07
 */
public class NormalState implements State{
    @Override
    public void shot() {
        System.out.println("发挥正常,十中五");
    }
}
package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 具体状态角色 投篮超常
 * @date 2023/08/07 21:00:44
 */
public class SuperState implements State{
    @Override
    public void shot() {
        System.out.println("发挥超长,十中十");
    }
}
package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 具体状态角色 投篮不正常
 * @date 2023/08/07 20:57:46
 */
public class UnnormalState implements State{
    @Override
    public void shot() {
        System.out.println("投篮发挥失常,十中一");
    }
}

环境类角色

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 环境角色 运动员
 * @date 2023/08/07 21:01:45
 */
public class Player {
    private State state = new NormalState();

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    public void shot() {
        state.shot();
    }
}

测试类

package com.common.demo.pattern.state;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 状态模式测试类
 * @date 2023/08/07 21:02:30
 */
public class StateTest {

    public static void main(String[] args) {
        Player player = new Player();
        player.shot();//正常下投篮
        player.setState(new UnnormalState());
        player.shot();//不正常下投篮
        player.setState(new SuperState());
        player.shot();//超常下投篮
    }
}

测试截图

状态模式的特点

优点

  1. 将状态相关的行为封装到具体状态类中:状态模式通过将不同状态的行为封装到具体状态类中,使得状态之间的转换和行为的变化清晰明确。
  2. 遵循开闭原则:新增状态时无需修改原有代码,只需要添加新的状态类和相应的转换逻辑。
  3. 简化了条件判断:状态模式避免了大量的条件判断语句,使得代码更加可读、可维护。
  4. 符合单一职责原则:将特定的状态及其行为都封装到单独的类中。

缺点

  1. 增加了类的数量:使用状态模式会增加多个具体状态类,导致类的数量增加。
  2. 可能造成状态转换的复杂性:如果状态之间的转换逻辑比较复杂,可能会导致状态转换的控制逻辑变得复杂难以维护。
  3. 状态模式对"开闭原则"的支持并不太好:对于可以切换状态的状态模式,增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码,否则无法切换到新增状态,而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

使用场景

  1. 当对象的行为取决于其内部状态,并且在运行时可以动态改变状态时,可以使用状态模式。
  2. 当对象有多个状态且每个状态对应的行为有所不同时,可以使用状态模式。
  3. 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,可以使用状态模式。

注意事项

  1. 状态之间的转换关系要清晰:确保状态之间的转换关系清晰明确,避免状态转换的混乱和错误。
  2. 借助上下文对象管理状态:状态模式通常需要配合上下文对象来管理状态的转换和行为委托,确保状态的正确切换和行为的正确执行。
  3. 状态最好不要超过5个:在行为受到状态约束的时候,使用状态模式,且状态最好不要超过5个

实际应用

  1. 订单状态管理:订单的生命周期包含多个状态(待支付、已支付、已发货等),可以使用状态模式来管理订单状态的转换和相应的行为。
  2. 状态机:状态机是一种广泛应用于计算机编程中的模型。状态模式可以用于实现复杂的状态机逻辑。
  3. 游戏角色状态:游戏中的角色可以根据不同的状态进行不同的行为,状态模式可以用于管理角色的状态和行为。

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