軟件設計模式學習（二十四）狀態模式

狀態模式用於解決系統中複雜對象的狀態轉換以及不一樣狀態下行爲的封裝問題

模式動機

不少狀況下，一個對象的行爲取決於一個或多個動態變化的屬性，這樣的屬性叫作狀態。一個對象能夠擁有多個狀態，這些狀態能夠相互轉換，當對象狀態不一樣時，其行爲也有所差別。

假設一我的就是對象，人根據心情不一樣會有不少狀態，好比開心和傷心，這兩種狀態能夠相互轉換。開心的人可能會忽然接到女友的分手電話，而後哭得稀里嘩啦（醒醒！你哪來的女友？），過了一段時間後，又可能由於中了一百萬彩票而歡呼雀躍。並且不一樣狀態下人的行爲也不一樣，有些人傷心時會經過運動、旅行、聽音樂來緩解心情，而開心時則可能會唱歌、跳舞、請客吃飯等等。

再來考慮軟件系統中的狀況，如某酒店訂房系統，能夠將房間設計爲一個類，房間對象有已預訂、空閒、已入住等狀況，這些狀態之間能夠相互轉換，而且不一樣狀態的對象可能具備不一樣的行爲，如已預訂或已入住的房間不能再接收其餘顧客的預訂，而空閒的房間能夠接受預訂。

在過去咱們遇到這種狀況，可使用複雜的條件判斷來進行狀態判斷和轉換操做，這會致使代碼的可維護性和靈活性降低，當出現新的狀態時必須修改源代碼，違反了開閉原則。在狀態模式中，能夠將對象狀態從包含該狀態的類中分離出來，作成一個個單獨的狀態類，如人的兩種情緒能夠設計成兩個狀態類：

將開心與傷心兩種情緒從「人」中分離出來，從而避免在「人」中進行狀態轉換和判斷，將擁有狀態的對象和狀態對應的行爲分離，這就是狀態模式的動機。

模式定義

容許一個對象在其內部狀態改變時改變它的行爲，對象看起來彷佛修改了它的類。其別名爲狀態對象（Objects for States），狀態模式是一種對象行爲型模式。

Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class.

模式結構與分析

咱們把擁有狀態的對象稱爲環境類，也叫上下文類。再引入一個抽象狀態類來專門表示對象的狀態，對象的每一種具體狀態類都繼承該抽象類，不一樣具體狀態類實現不一樣狀態的行爲，包括各類狀態之間的轉換。在環境類中維護一個抽象狀態類 State 的實例，用來定義當前狀態。

獲得狀態模式結構類圖以下：

環境類中的 request() 方法處理業務邏輯，根據狀態去調用對應的 handle() 方法，若是須要切換狀態，還提供了 setState() 用於設置當前房間狀態。若是咱們但願執行操做後狀態自動發生改變，那麼咱們還須要在 State 中定義一個 Context 對象，實現一個雙向依賴關係。

考慮前面提到的訂房系統，若是不使用狀態模式，可能就會存在以下代碼：

if (state == "空閒") {
	if (預訂房間) {
        預訂操做;
        state = "已預訂";
	} else if (住進房間) {
    	入住操做;
        state = "已入住";
    }
} else if(state == "已預訂") {
	if (住進房間) {
        入住操做;
        state = "已入住";
	} else if (取消預訂) {
    	取消操做;
        state = "空閒";
    }
}

上述代碼須要作頻繁且複雜的判斷操做，可維護性不好。所以考慮使用狀態模式將房間類的狀態分離出來，將與每種狀態有關的操做封裝在獨立的狀態類中。

咱們來寫一個完整的示例

環境類（Room）

public class Room {
	
    // 維護一個狀態對象
    private State state;

    public Room() {
        // 默認爲空閒狀態
        this.state = new IdleState(this);
    }

    public State getState() {
        return state;
    }

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

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

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

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

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

抽象狀態類（State）

public abstract class State {
	
    // 用於狀態轉換
    protected Room room;

    public State(Room room) {
        this.room = room;
    }

    public abstract void reserve();

    public abstract void checkIn();

    public abstract void cancelReserve();

    public abstract void checkOut();
}

具體狀態類（IdleState）

public class IdleState extends State {

    public IdleState(Room room) {
        super(room);
    }

    @Override
    public void reserve() {
        System.out.println("房間預訂成功");
        // 	切換狀態
        room.setState(new ReservedState(room));
    }

    @Override
    public void checkIn() {
        System.out.println("房間入住成功");
        room.setState(new InhabitedState(room));
    }

    @Override
    public void cancelReserve() {
        System.out.println("沒法取消預訂，房間處於空閒狀態");
    }

    @Override
    public void checkOut() {
        System.out.println("沒法退房，房間處於空閒狀態");
    }

}

具體狀態類（ReservedState）

public class ReservedState extends State {

    public ReservedState(Room room) {
        super(room);
    }

    @Override
    public void reserve() {
        System.out.println("沒法預訂，房間處於已預訂狀態");
    }

    @Override
    public void checkIn() {
        System.out.println("房間入住成功");
        room.setState(new InhabitedState(room));
    }

    @Override
    public void cancelReserve() {
        System.out.println("取消預訂成功");
        room.setState(new IdleState(room));
    }

    @Override
    public void checkOut() {
        System.out.println("沒法退房，房間處於已預訂狀態");
    }
}

具體狀態類（InhabitedState）

public class InhabitedState extends State {

    public InhabitedState(Room room) {
        super(room);
    }

    @Override
    public void reserve() {
        System.out.println("沒法預訂，房間處於入住狀態");
    }

    @Override
    public void checkIn() {
        System.out.println("沒法入住，房間處於入住狀態");
    }

    @Override
    public void cancelReserve() {
        System.out.println("沒法取消預訂，房間處於入住狀態");
    }

    @Override
    public void checkOut() {
        System.out.println("退房成功");
        room.setState(new IdleState(room));
    }
}

客戶端測試類（Client）

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        Room room = new Room();
        room.cancelReserve();
        room.checkOut();
        room.reserve();
        System.out.println("--------------------------");
        room.reserve();
        room.checkOut();
        room.checkIn();
        System.out.println("--------------------------");
        room.reserve();
        room.checkIn();
        room.cancelReserve();
        room.checkOut();
    }
}

運行結果

模式優缺點

狀態模式的優勢：

• 封裝了轉換規則，將不一樣狀態之間的轉換狀態封裝在狀態類中，避免了冗長的條件判斷，提升了代碼的可維護性
• 將全部與某個規則有關的行爲放到一個類，能夠很方便地增長新的狀態
• 可讓多個環境對象共享一個狀態對象，從而減小系統中對象的個數

狀態模式的缺點：

• 增長了系統類和對象的個數
• 結構較爲複雜，使用不當將致使代碼混亂
• 對於能夠切換狀態的狀態模式，增長新的狀態類須要修改負責狀態轉換的代碼