设计模式笔记 - 状态模式（State Pattern）

模式定义

状态模式（State Pattern）允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。状态模式是一种对象行为型模式。

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模式结构

状态模式包含如下角色：

• Context - 环境类
• State - 抽象状态类
• ConcreteState - 具体状态类

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模式实例

/*
 * 此例举了个游戏人物的状态变化时发生动作的例子，当人物活着时，可以进行攻  
 * 击。当人物死亡时，可以选择复活。而无论人处于什么状态，都能够进行购物。
 */
// Context - 环境类
public class GamePlayer {
  	private GamePlayerState gamePlayerState;
  
  	public GamePlayer(GamePlayerState gamePlayerState) {
      	this.gamePlayerState = gamePlayerState;
  	}
  
  	public void attack() {
      	gamePlayerState.attack();
  	}
  
  	public void reborn() {
      	gamePlayerState.reborn();
  	}
  
  	public void buy() {
      	System.out.println("buying sth.");
  	}
  
  	public void changeState(GamePlayerState gamePlayerState) {
      	this.gamePlayerState = gamePlayerState;
  	}
}

// State - 抽象状态类
public abstract class GamePlayerState {
  	public abstract void attack();
  	public abstract void reborn();
}

// ConcreteState - 具体抽象类
// 活着
public class Alive extends GamePlayerState {
  	public void attack() {
      	System.out.println("Attacking!");
  	}
  
  	public void reborn() {
      	System.out.println("You are alive!");
  	}
}

// 死亡
public class Death extends GamePlayerState {
  	public void attack() {
      	System.out.println("You are dead!");
  	}
  
  	public void reborn() {
      	System.out.println("Alive for attack!");
  	}
}

// 测试类
public class Test {
  	public static void main(String[] args) {
      	GamePlayerState alive = new Alive();
      	GamePlayerState death = new Death();
      
      	GamePlayer gamePlayer = new GamePlayer(alive);
      	gamePlayer.attack();
      	gamePlayer.changeState(death);
      	gamePlayer.attack();
      	gamePlayer.reborn();
  	}
}

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模式分析

• 状态模式描述了对象状态的变化，以及对象如何在每一种状态下表现出不同的行为。
• 状态模式的关键是导入了一个抽象类来专门表示对象的状态，这个类我们叫做抽象状态类，而对象的每一种具体状态类都继承了该类，并在不同的具体状态类中实现了不同状态的行为，包括各种状态之间的转换。

在状态模式结构中需要理解环境类与抽象状态类的作用：

• 环境类 - 实际上就是拥有状态的对象，环境类有时候可以充当状态管理器（State Manager）的角色，可以在环境类中对状态进行切换操作。
• 抽象状态类 - 可以是抽象类，也可以是接口，不同状态类就是继承这个父类的不同子类，状态类的产生是由于环境类存在多个状态，同时还满足两个条件：一是这些状态经常需要切换，二是在不同状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中，使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为，让对象看起来似乎修改了它的类，而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。

状态模式的优点：

• 封装了转换规则。
• 将所有与某个状态有关的行为放到同一个类中，并且方便地添加新的状态，只需改变对象状态，即可改变对象的行为。
• 允许状态转换逻辑与状态对象合为一体，舍弃巨大的逻辑条件块（if..else..）
• 可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

状态模式的缺点：

• 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
• 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
• 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。

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模式应用

• 状态模式在工作流或游戏等类型的软件中得以广泛使用，甚至可以用于这些系统的核心功能设计，如在政府OA办公系统中，一个批文的状态有多种：尚未办理，正在办理，正在批示，正在审核，已经完成等各种状态，而且批文状态不同时对批文的操作也有所差异。使用状态模式可以描述工作流对象（如批文）的状态转换以及不同状态下它所具有的行为。

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模式扩展

共享状态

• 在有些情况下多个环境对象需要共享同一个状态，如果希望在系统中实现多个环境对象实例共享一个或多个状态对象，那么需要将这些状态对象定义为环境的静态成员对象。

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参考资料：

[1] https://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/behavioral_patterns/state.html