設計模式（十五）狀態模式

劉望舒發表於2019-01-22
設計模式

前言

建議在閱讀本文前先閱讀設計模式（十一）策略模式這篇文章，雖說狀態模式和策略模式的結構幾乎是相同的，但是它們所解決的問題是不同的，讀完這兩篇文章你就會有了答案。

1.狀態模式定義

狀態模式定義

定義：當一個物件的內在狀態改變時允許改變其行為，這個物件看起來像是改變了其類。

狀態模式UML圖

設計模式（十五）狀態模式

在享元模式中有如下角色：

  • Context：環境角色，定義客戶端需要的介面，並且負責具體狀態的切換。
  • State：抽象狀態角色，可以是抽象類或者介面，負責物件狀態定義，並封裝了環境角色。
  • ConcreteState：具體狀態角色，實現抽象角色類，定義了本狀態所要做的事情。

2.簡單實現狀態模式

拿用mp3聽歌來說，mp3有四種基本狀態，分別是開機、關機、上一首歌和下一首歌。如果我們要寫一個對mp3進行控制的類，你可能會這樣寫，如下所示。

public class Mp3Controller {
    private static final int POWER_ON = 1;
    private static final int POWER_OFF = 2;
    private int state = POWER_OFF;
    public void powerOn() {
        if (state == POWER_OFF) {
            System.out.println("開機");
        }
        state = POWER_ON;
    }
    public void powerOff() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("關機");
        }
        state = POWER_OFF;
    }
    public void preSong() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("上一首歌");
        }
    }
    public void nextSong() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("下一首歌");
        }
    }
}複製程式碼

在powerOn和powerOff方法中我們會將state置為相應的狀態，在preSong和nextSong方法中，首先要判斷當前mp3的state，如果是POWER_OFF，則不做任何處理，寫到這裡你可能會覺得實現很簡單啊。那麼我再新增些狀態，比如待機狀態、休眠狀態、亮屏狀態等等，順便再新增些功能，比如調大音量、調小音量、降噪等。這樣你實現起來，就會發現你會定義很多種狀態，在功能中可能要用到多個條件語句進行判斷，這會使得程式碼變得臃腫。
狀態模式就是為了解決這一問題，將多個條件語句去掉，使得程式碼更加清晰，下面來進行實現。

抽象狀態角色

public interface Mp3State {
    //開機
    public void powerOn();
    //關機
    public void powerOff();
    //上一首歌曲
    public void preSong();
    //下一首歌曲
    public void nextSong();
}複製程式碼

介面Mp3State中定義了四種功能，接下來我們來實現Mp3State。

具體狀態角色

我們先來實現開機狀態，程式碼如下所示。

public class PowerOnState implements Mp3State {
    @Override
    public void powerOn() {
        System.out.println("已開機");
    }
    @Override
    public void powerOff() {
        System.out.println("關機");
    }
    @Override
    public void preSong() {
        System.out.println("上一首歌");
    }
    @Override
    public void nextSong() {
        System.out.println("下一首歌");
    }
}複製程式碼

比較特殊的是powerOn方法中，列印了“已開機”，因為在PowerOnState 狀態下進行開機操作是多此一舉的。
接著實現關機狀態：

public class PowerOffState implements Mp3State {
    @Override
    public void powerOn() {
        System.out.println("開機");
    }
    @Override
    public void powerOff() {
    }
    @Override
    public void preSong() {
    }
    @Override
    public void nextSong() {
    }
}複製程式碼

在關機狀態中只實現了powerOn方法，其他的方法都是空實現。

環境角色

public class Context {
    private Mp3State mp3State;
    public void setMp3State(Mp3State mp3State){
        this.mp3State=mp3State;
    }
    public void powerOn(){
        mp3State.powerOn();
        setMp3State(new PowerOnState());
    }
    public void powerOff(){
        mp3State.powerOff();
        setMp3State(new PowerOffState());
    }
    public void preSong(){
        mp3State.preSong();
    }
    public void nextSong(){
        mp3State.nextSong();
    }
}複製程式碼

Context 中定義了setMp3State方法，用來設定狀態，其中powerOn方法中會呼叫setMp3State方法將狀態置為PowerOffState，同理powerOff中將狀態置為PowerOffState。

客戶端呼叫

public class Client {
    public static void main(String[] args){
        Context context=new Context();
        context.setMp3State(new PowerOffState());
        context.preSong();
        context.powerOn();
        context.nextSong();
        context.powerOff();
    }
}複製程式碼

我們只需要先設定mp3的初始狀態，就可以呼叫各種功能方法了，不需要再考慮功能和狀態之間的關係。輸出結果為：
開機
下一首歌
關機

雖然這個例子的程式碼很簡單，這裡還是給出UML圖，如下所示。

設計模式（十五）狀態模式

3.狀態模式的使用場景和優缺點

優點

  • 避免了過多的條件語句，使得結構更清晰，提高程式碼的可維護性。
  • 每個狀態都是一個子類，方便增加和修改狀態。
  • 狀態被放置到類的內部，外部呼叫不需要知道類的內部如何實現狀態和行為的變換。

缺點

  • 完全使用狀態模式，可能會導致子類會過多。

使用場景

  • 程式碼中包含大量與物件狀態有關的條件語句。
  • 物件的行為依賴著狀態，並且行為隨著狀態的改變而改變。

github原始碼

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設計模式（十五）狀態模式

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