设计模式之状态模式（三分钟学会一个设计模式）

2024-09-12 10:23 由王若伊_恩赐解脱发表于 #软件设计

状态模式（State Pattern）的定义是这样的：类的行为是基于它的状态改变的。
注意这里的状态不是狭义的指对象维护了一个“状态”字段，我们传入了不同的枚举值，对象整体的表现行为（对外方法）就改变了。
而是指内部的（任意）字段如果发生了变化，那么它的状态就变了，那么它对外的表现形式就变了。
它是面向对象的23种设计模式中的一种，属于行为模式的范围。
通常我们在解决不同状态下，对外方法的不同表现时，可以定义若干的枚举，然后写一大堆if、 elseif、 switch等选择命令来区分不同的状态，然后走不同的业务分支。
而状态模式是支持将这些分支业务抽离出一个独立类（状态类），我们通过传入不同的状态类，就可以动态的执行不同的业务方法。
整体的结构大概是这样的：

业务类维护了一个内部状态对象，这个状态对象支持由外部传入，切换为不同的状态对象。
而这些状态对象都统一实现了具体的方法，业务类内部在执行业务方法时，会调用这些状态对象中实现的方法。(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )这样在切换状态时，业务方法就会调用不同的状态对象的方法了。从面向对象的角度，实现了状态变化，类行为的同步变化。
来看一个具体的代码示例：

枚举类

1 package com.example.demo.learn.pattern.behavior.status;
2 
3 public enum TextStatusEnum {
4     ONLY_READ,
5     READ_WRITE,
6     UNAVAILABLE;
7 
8 }

状态定义接口

 1 package com.example.demo.learn.pattern.behavior.status;
 2 
 3 /**
 4  * @discription
 5  */
 6 public interface TextState {
 7      TextStatusEnum getStatus();
 8 
 9      void write(String content);
10 
11      void clear();
12 
13      String read();
14 
15      void setContent(StringBuilder sb);
16 }

只读状态

 1 package com.example.demo.learn.pattern.behavior.status;
 2 
 3 import lombok.Data;
 4 import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 5 
 6 /**
 7  * @discription
 8  */
 9 @Slf4j
10 @Data
11 public class OnlyReadState implements TextState {
12     private static final TextStatusEnum textStatus = TextStatusEnum.ONLY_READ;
13 
14     private StringBuilder sb;
15 
16     @Override
17     public TextStatusEnum getStatus() {
18         return textStatus;
19     }
20 
21     public void write(String content) {
22         log.error("sorry, you can not write");
23     }
24 
25     public void clear() {
26         log.error("sorry, you can not clear");
27     }
28 
29     public String read() {
30         return sb.toString();
31     }
32 
33     @Override
34     public void setContent(StringBuilder sb) {
35         this.sb = sb;
36     }
37 }

读写状态

 1 package com.example.demo.learn.pattern.behavior.status;
 2 
 3 import lombok.Data;
 4 import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 5 
 6 /**
 7  * @discription
 8  */
 9 @Data
10 @Slf4j
11 public class ReadWriteState implements TextState {
12     private static final TextStatusEnum textStatus = TextStatusEnum.ONLY_READ;
13 
14     private StringBuilder sb = new StringBuilder();
15 
16     @Override
17     public TextStatusEnum getStatus() {
18         return textStatus;
19     }
20 
21     public void write(String content) {
22         sb.append(content);
23     }
24 
25     public void clear() {
26         sb.setLength(0);
27     }
28 
29     public String read() {
30         return sb.toString();
31     }
32 
33     @Override
34     public void setContent(StringBuilder sb) {
35         this.sb = sb;
36     }
37 }

本文编辑器（业务类/上下文）

 1 package com.example.demo.learn.pattern.behavior.status;
 2 
 3 import lombok.Data;
 4 import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 5 
 6 /**
 7  * @discription
 8  */
 9 @Slf4j
10 public class TextEditor {
11 
12     private StringBuilder sb = new StringBuilder();
13 
14     private TextState textState;
15 
16     public void setState(TextState textState) {
17         textState.setContent(sb);
18         this.textState = textState;
19     }
20 
21     public void write(String content) {
22         if (textState == null) {
23             log.error("no state exist");
24             return;
25         }
26         textState.write(content);
27     }
28 
29     public void clear() {
30         if (textState == null) {
31             log.error("no state exist");
32             return;
33         }
34         textState.clear();
35     }
36 
37     public String read() {
38         if (textState == null) {
39             log.error("no state exist");
40             return "no state";
41         }
42         return textState.read();
43     }
44 
45 }

主类

 1 package com.example.demo.learn.pattern.behavior.status;
 2 
 3 import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 4 
 5 /**
 6  * @discription
 7  */
 8 @Slf4j
 9 public class PatternMain {
10     public static void main(String[] args) {
11         TextEditor editor = new TextEditor();
12         String text;
13 
14         //可读写状态
15         TextState rw = new ReadWriteState();
16         editor.setState(rw);
17         for (int i = 0; i < 3; i++) {
18             editor.write("write" + i);
19             text = editor.read();
20             log.warn("read :" + text);
21         }
22         editor.clear();
23         text = editor.read();
24         log.warn("after clear, we read :" + text);
25         editor.write("last write");
26 
27         log.warn("-----------------------now, we exchange state to only read-----------------------" );
28         //只读状态
29         TextState or = new OnlyReadState();
30         editor.setState(or);
31         for (int i = 0; i < 3; i++) {
32             editor.write("write" + i);
33             text = editor.read();
34             log.warn("read :" + text);
35         }
36         editor.clear();
37         text = editor.read();
38         log.warn("after clear, we read :" + text);
39     }
40 }

输出效果如下：

10:02:52.356 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - read :write0
10:02:52.368 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - read :write0write1
10:02:52.369 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - read :write0write1write2
10:02:52.371 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - after clear, we read :(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
10:02:52.372 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - -----------------------now, we exchange state to only read-----------------------
10:02:52.376 [main] ERROR com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.OnlyReadState - sorry, you can not write
10:02:52.378 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - read :last write
10:02:52.378 [main] ERROR com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.OnlyReadState - sorry, you can not write
10:02:52.378 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - read :last write
10:02:52.379 [main] ERROR com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.OnlyReadState - sorry, you can not write
10:02:52.379 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - read :last write
10:02:52.379 [main] ERROR com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.OnlyReadState - sorry, you can not clear
10:02:52.380 [main] WARN com.example.demo.learn.pattern.behavior.status.PatternMain - after clear, we read :last write

Process finished with exit code 0

我们可以看到在最初设置读写状态后，可以做读、写、清除等操作

在设置读状态后则只能读了。

这样回头来看，其实我们就是将不同if Switch的选择分支，连同选择的状态，一同封装到不同的状态类中，我们需要新增一种分支逻辑，不再需要修改选择分支，而是只需要新增一个状态类即可。
那是否状态模式可以替代传统的if 选择分支，答案是不能，本质上还是一个度的原因，面相对象如果过度设计，会导致类的数量无限膨胀，难以维护，试想如果存在多个状态字段（status、type等），则实体对象的状态是由多个状态字段组合而成的，每增加一个新的状态字段，都会导致状态的数量快速增加，这显然不是我们想看到的。