设计模式(十五)状态模式

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设计模式系列

前言

建议在阅读本文前先阅读设计模式(十一)策略模式这篇文章,虽说状态模式和策略模式的结构几乎是相同的,但是它们所解决的问题是不同的,读完这两篇文章你就会有了答案。

1.状态模式定义

状态模式定义

定义:当一个对象的内在状态改变时允许改变其行为,这个对象看起来像是改变了其类。

状态模式UML图

在享元模式中有如下角色:

  • Context:环境角色,定义客户端需要的接口,并且负责具体状态的切换。
  • State:抽象状态角色,可以是抽象类或者接口,负责对象状态定义,并封装了环境角色。
  • ConcreteState:具体状态角色,实现抽象角色类,定义了本状态所要做的事情。

2.简单实现状态模式

拿用mp3听歌来说,mp3有四种基本状态,分别是开机、关机、上一首歌和下一首歌。如果我们要写一个对mp3进行控制的类,你可能会这样写,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("开机");
        }
        state = POWER_ON;
    }
    public void powerOff() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("关机");
        }
        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");
        }
    }
}

在powerOn和powerOff方法中我们会将state置为相应的状态,在preSong和nextSong方法中,首先要判断当前mp3的state,如果是POWER_OFF,则不做任何处理,写到这里你可能会觉得实现很简单啊。那么我再添加些状态,比如待机状态、休眠状态、亮屏状态等等,顺便再添加些功能,比如调大音量、调小音量、降噪等。这样你实现起来,就会发现你会定义很多种状态,在功能中可能要用到多个条件语句进行判断,这会使得代码变得臃肿。
状态模式就是为了解决这一问题,将多个条件语句去掉,使得代码更加清晰,下面来进行实现。

抽象状态角色

public interface Mp3State {
    //开机
    public void powerOn();
    //关机
    public void powerOff();
    //上一首歌曲
    public void preSong();
    //下一首歌曲
    public void nextSong();
}

接口Mp3State中定义了四种功能,接下来我们来实现Mp3State。

具体状态角色

我们先来实现开机状态,代码如下所示。

public class PowerOnState implements Mp3State {
    @Override
    public void powerOn() {
        System.out.println("已开机");
    }
    @Override
    public void powerOff() {
        System.out.println("关机");
    }
    @Override
    public void preSong() {
        System.out.println("上一首歌");
    }
    @Override
    public void nextSong() {
        System.out.println("下一首歌");
    }
}

比较特殊的是powerOn方法中,打印了“已开机”,因为在PowerOnState 状态下进行开机操作是多此一举的。
接着实现关机状态:

public class PowerOffState implements Mp3State {
    @Override
    public void powerOn() {
        System.out.println("开机");
    }
    @Override
    public void powerOff() {
    }
    @Override
    public void preSong() {
    }
    @Override
    public void nextSong() {
    }
}

在关机状态中只实现了powerOn方法,其他的方法都是空实现。

环境角色

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();
    }
}

Context 中定义了setMp3State方法,用来设定状态,其中powerOn方法中会调用setMp3State方法将状态置为PowerOffState,同理powerOff中将状态置为PowerOffState。

客户端调用

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();
    }
}

我们只需要先设定mp3的初始状态,就可以调用各种功能方法了,不需要再考虑功能和状态之间的关系。输出结果为:
开机
下一首歌
关机

虽然这个例子的代码很简单,这里还是给出UML图,如下所示。

3.状态模式的使用场景和优缺点

优点

  • 避免了过多的条件语句,使得结构更清晰,提高代码的可维护性。
  • 每个状态都是一个子类,方便增加和修改状态。
  • 状态被放置到类的内部,外部调用不需要知道类的内部如何实现状态和行为的变换。

缺点

  • 完全使用状态模式,可能会导致子类会过多。

使用场景

  • 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。
  • 对象的行为依赖着状态,并且行为随着状态的改变而改变。

github源码

参考资料
《大话设计模式》
《设计模式之禅》
《Android源码设计模式》

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