设计模式-状态模式 Java

模式概述

状态模式是一种行为设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。这种模式通过将各种状态对应的行为分割到不同的状态子类中，使得对象可以根据当前状态表现出不同的行为，并且状态转换变得更加清晰和可维护。

简单代码示例

// 抽象状态
interface FanState {
    void turnUp(FanContext context);
    void turnDown(FanContext context);
    void printState();
}

// 具体状态：关闭
class OffState implements FanState {
    @Override
    public void turnUp(FanContext context) {
        context.setState(new LowState());
        System.out.println("风扇从【关闭】转为【低档】");
    }
    
    @Override
    public void turnDown(FanContext context) {
        System.out.println("风扇已经关闭，无法再调低");
    }
    
    @Override
    public void printState() {
        System.out.println("当前状态：关闭");
    }
}

// 具体状态：低档
class LowState implements FanState {
    @Override
    public void turnUp(FanContext context) {
        context.setState(new HighState());
        System.out.println("风扇从【低档】转为【高档】");
    }
    
    @Override
    public void turnDown(FanContext context) {
        context.setState(new OffState());
        System.out.println("风扇从【低档】转为【关闭】");
    }
    
    @Override
    public void printState() {
        System.out.println("当前状态：低档");
    }
}

// 具体状态：高档
class HighState implements FanState {
    @Override
    public void turnUp(FanContext context) {
        System.out.println("风扇已经是最高档，无法再调高");
    }
    
    @Override
    public void turnDown(FanContext context) {
        context.setState(new LowState());
        System.out.println("风扇从【高档】转为【低档】");
    }
    
    @Override
    public void printState() {
        System.out.println("当前状态：高档");
    }
}

// 上下文
class FanContext {
    private FanState currentState;

    public FanContext() {
        this.currentState = new OffState(); // 初始状态
    }

    public void setState(FanState state) {
        this.currentState = state;
    }
    
    public FanState getState() {
        return currentState;
    }

    // 对外暴露的方法，相当于"事件"
    public void pressTurnUpButton() {
        currentState.turnUp(this);
    }
    
    public void pressTurnDownButton() {
        currentState.turnDown(this);
    }
    
    public void printStatus() {
        currentState.printState();
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        FanContext fan = new FanContext();
        fan.printStatus(); // 初始状态
        
        fan.pressTurnUpButton(); // 从关闭调高到低档
        fan.printStatus();
        
        fan.pressTurnUpButton(); // 从低档调高到高档
        fan.printStatus();
        
        fan.pressTurnUpButton(); // 尝试从高档继续调高
        fan.printStatus(); // 状态不变
        
        fan.pressTurnDownButton(); // 从高档调低到低档
        fan.printStatus();
        
        fan.pressTurnDownButton(); // 从低档调低到关闭
        fan.printStatus();
        
        fan.pressTurnDownButton(); // 尝试从关闭继续调低
        fan.printStatus(); // 状态不变
    }
}

技术细节

1.模式组成

组件	职责说明
环境类	也称为上下文，定义客户端需要的接口。它维护一个State子类的实例，这个实例定义了对象的当前状态
抽象状态类	定义一个接口，用以封装Context对象的特定状态所对应的行为
环境类	每一个子类实现一个与Context的一个状态相关的行为。每一个具体状态类对应Context的一个具体状态

2.优缺点

优点：

清晰的结构：将与特定状态相关的行为局部化到一个状态子类中，将不同状态的行为分割开来，满足了单一职责原则。

除庞大的条件分支语句：避免了在上下文类中编写冗长复杂的条件状态判断语句。

缺点：

结构复杂：对开闭原则的支持并不完美。虽然增加新状态很容易，但修改状态转换逻辑（比如一个事件能触发哪些状态变化）可能需要修改多个状态类的代码。

和策略模式区别

虽说两种设计模式类图结构上几乎一模一样，但它们的意图和解决的问题完全不同。

• 当需要灵活地切换多种算法来完成一个任务时，用策略模式。它是“主动”的，由客户端控制。
  类比：你要去旅行，可以选择不同的策略（交通工具）：飞机、高铁、自驾。你根据成本、时间等因素主动选择其中一种，这些方式之间 没有必然联系，你也不会因为上了飞机就自动变成高铁。
• 当有一个对象，其行为主要由内部状态决定，并且状态会随着其操作而改变时，用状态模式。它是“被动”的，状态转换对客户端是透明的。
  类比：电视遥控器有状态：开机状态、关机状态、静音状态。你按“电源”键，这个行为的结果取决于当前状态。在开机状态下按，会关机；在关机状态下按，会开机。状态的转换是由触发的事件（按按钮）和当前状态共同决定的，不是你显式地“选择”一个状态。

模式应用

Spring官方提供了一个名为Spring State Machine的子项目，它专门用于帮助开发者将状态机模式应用到Spring应用中