状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，用于通过将对象的行为封装到不同的状态类中，使得对象在不同的状态下具有不同的行为。状态模式允许对象在内部状态发生改变时改变其行为，而无需修改其代码。在本文中，我们将深入研究Java中状态模式的定义、结构、使用场景以及如何在实际开发中应用。
1. 定义
状态模式是一种行为型设计模式，用于通过将对象的行为封装到不同的状态类中，使得对象在不同的状态下具有不同的行为。状态模式允许对象在内部状态发生改变时改变其行为，而无需修改其代码。状态模式通常包含三个主要角色：上下文（Context）、抽象状态（Abstract State）和具体状态（Concrete State）。
- 上下文（Context）： 定义了一个接口，用于维护一个当前状态的引用，并提供一个用于切换状态的方法
- 抽象状态（Abstract State）： 定义了一个接口，用于封装与上下文相关的一个或多个行为
- 具体状态（Concrete State）： 实现了抽象状态的接口，负责处理与状态相关的行为
2. 应用场景
状态模式通常在以下场景中使用：
-
一个对象的行为取决于其内部状态，并且需要在运行时根据内部状态改变其行为：
当一个对象的行为取决于其内部状态，并且需要在运行时根据内部状态改变其行为时，可以使用状态模式
-
一个对象具有多个状态，并且状态之间存在转换关系：
当一个对象具有多个状态，并且这些状态之间存在转换关系时，可以使用状态模式
-
避免使用过多的条件语句来控制对象的行为：
当需要避免使用过多的条件语句来控制对象的行为时，可以使用状态模式，将每个状态封装到一个类中，使得代码更加清晰和可维护
3. 代码实现
下面通过一个简单的例子来演示状态模式的实现。假设有一个电梯系统，电梯有开门、关门、上行、下行和停止等状态，我们可以使用状态模式来管理电梯的不同状态。
上下文 - 电梯 ElevatorContext
package com.cheney.demo;
class ElevatorContext {
private ElevatorState currentState;
public ElevatorContext() {
this.currentState = new StoppedState();
}
public void setState(ElevatorState state) {
this.currentState = state;
}
public void openDoor() {
currentState.openDoor(this);
}
public void closeDoor() {
currentState.closeDoor(this);
}
public void moveUp() {
currentState.moveUp(this);
}
public void moveDown() {
currentState.moveDown(this);
}
}
抽象状态 - 电梯状态 ElevatorState
package com.cheney.demo;
interface ElevatorState {
void openDoor(ElevatorContext context);
void closeDoor(ElevatorContext context);
void moveUp(ElevatorContext context);
void moveDown(ElevatorContext context);
}
具体状态 - 停止状态 StoppedState
package com.cheney.demo;
class StoppedState implements ElevatorState {
@Override
public void openDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("开门");
context.setState(new OpenedState());
}
@Override
public void closeDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("门已经关上了");
}
@Override
public void moveUp(ElevatorContext context) {
System.out.println("向上移动");
context.setState(new MovingUpState());
}
@Override
public void moveDown(ElevatorContext context) {
System.out.println("向下移动");
context.setState(new MovingDownState());
}
}
具体状态 - 开门状态 OpenedState
package com.cheney.demo;
class OpenedState implements ElevatorState {
@Override
public void openDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("门已经打开了");
}
@Override
public void closeDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("关上门");
context.setState(new StoppedState());
}
@Override
public void moveUp(ElevatorContext context) {
System.out.println("门打开时无法向上移动");
}
@Override
public void moveDown(ElevatorContext context) {
System.out.println("门打开时无法向下移动");
}
}
具体状态 - 上行状态 MovingUpState
package com.cheney.demo;
class MovingUpState implements ElevatorState {
@Override
public void openDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("向上移动时无法打开门");
}
@Override
public void closeDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("关上门");
context.setState(new StoppedState());
}
@Override
public void moveUp(ElevatorContext context) {
System.out.println("继续向上移动");
}
@Override
public void moveDown(ElevatorContext context) {
System.out.println("改变方向向下移动");
context.setState(new MovingDownState());
}
}
具体状态 - 下行状态 MovingDownState
package com.cheney.demo;
class MovingDownState implements ElevatorState {
@Override
public void openDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("向下移动时无法打开门");
}
@Override
public void closeDoor(ElevatorContext context) {
System.out.println("关上门");
context.setState(new StoppedState());
}
@Override
public void moveUp(ElevatorContext context) {
System.out.println("改变方向向上移动");
context.setState(new MovingUpState());
}
@Override
public void moveDown(ElevatorContext context) {
System.out.println("继续向下移动。");
}
}
客户端启动类 Main
package com.cheney.demo;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 使用状态模式管理电梯状态
ElevatorContext elevator = new ElevatorContext();
// 打开门
elevator.openDoor();
// 关上门
elevator.closeDoor();
// 向上移动
elevator.moveUp();
// 改变方向向下移动
elevator.moveDown();
// 向下移动时无法打开门
elevator.openDoor();
}
}
在上述例子中，ElevatorContext 是上下文类，维护了当前状态的引用，并提供了用于切换状态的方法。ElevatorState 是抽象状态接口，定义了与电梯状态相关的行为。StoppedState、OpenedState、MovingUpState 和 MovingDownState 是具体状态类，分别实现了抽象状态接口，负责处理不同状态下的行为。
在客户端中，我们使用状态模式管理电梯的状态。通过将电梯的不同状态封装到不同的状态类中，实现了电梯状态的切换，而无需修改 ElevatorContext 的代码。
结语
状态模式是一种用于通过将对象的行为封装到不同的状态类中，使得对象在不同的状态下具有不同的行为的设计模式。通过使用状态模式，可以使代码更加清晰、可维护，并降低对象之间的耦合度。在实际开发中，状态模式常被用于处理对象的状态转换、状态机等场景。通过合理使用状态模式，可以提高系统的可扩展性和灵活性。
【Java 设计模式】系列 《23 种设计模式》 与 《7 大设计原则》 总纲
🚩设计原则
✨单一职责原则（SRP） 规定一个类应该只有一个引起变化的原因
✨开放/封闭原则（OCP） 表明软件实体应该是可以扩展的，但是不可修改的
✨里氏替换原则（LSP） 强调派生类必须能够替代其基类而不引起程序错误
✨依赖倒置原则（DIP） 倡导高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象
✨接口隔离原则（ISP） 提倡一个类不应该被强迫依赖它不使用的接口
✨合成/聚合复用原则（CARP） 建议尽量使用合成/聚合，尽量不要使用继承
✨迪米特法则（LoD） 规定一个对象应该对其他对象有最少的了解
🚀创建型设计模式
✨单例模式 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局点
✨工厂方法模式 定义一个用于创建对象的接口，但是由子类决定实例化哪一个类
✨抽象工厂模式 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类
✨建造者模式 将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示
✨原型模式 通过复制现有的对象来创建新对象，而不是从头开始创建
🚀结构型设计模式
✨适配器模式 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口
✨桥接模式 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化
✨组合模式 将对象以树形结构组合以表示“部分-整体”的层次结构
✨装饰器模式 动态地给一个对象添加一些额外的职责
✨外观模式 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面
✨代理模式 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问
✨享元模式 用共享的方式高效地支持大量小粒度对象文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-820847.html
🚀行为型设计模式
✨观察者模式 定义对象间的一对多依赖，当一个对象改变状态，所有依赖者都会受到通知并自动更新
✨策略模式 定义一系列算法，将它们封装起来，并且使它们可以相互替换
✨命令模式 将请求封装成对象，使得可以用不同的请求对客户进行参数化
✨状态模式 允许对象在其内部状态改变时改变它的行为
✨责任链模式 为解除请求的发送者和接收者之间的耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求
✨访问者模式 将算法与对象结构分离，并且可以在不改变对象结构的前提下定义新的操作
✨中介者模式 用一个中介对象来封装一系列的对象交互
✨备忘录模式 在不破坏封装的情况下，捕获对象的内部状态，并在对象之外保存这个状态
✨迭代器模式 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而不暴露其内部表示
✨模版方法模式 定义一个操作中的算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中
✨解释器模式 定义一个语言的文法，并且建立一个解释器来解释该语言中的句子
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