设计模式之禅——状态模式

我们每一个人都乘过电梯。电梯的动作：开门、关门、执行、停止。

如今我们用程序来实现一个电梯的动作，先看类图设计，如图所看到的

如今看一下代码

public interface ILift {
    //开启电梯
    public void open();
    //关闭电梯
    public void close();
    //能执行。能上能下
    public void run();
    //电梯还要能停下来i
    public void stop();
}

public class Lift implements ILift {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门开启...");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门关闭...");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯上下执行起来...");
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止了...");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ILift lift = new Lift();
        //首先是电梯门打开，人进去
        lift.open();
        //r然后电梯门关闭
        lift.close();
        //电梯開始执行起来，向上或者向下
        lift.run();
        //最后到达目的地，电梯停下来
        lift.stop();
    }
}
/**Output
电梯门开启...
电梯门关闭...
电梯上下执行起来...
电梯停止了...
*/

代码很easy，可是这个程序是有问题的。

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1、电梯门能够打开，但不是随时都能够打开，电梯执行的时候不能突然开门。

2、电梯也不会出现停止了可是不开门的情况。
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所以我们能够看出。电梯的这四个动作的执行都有前置条件，详细点说就是在特定状态下才干做做特定的事。

接下来我们分析一下电梯有哪些特定的状态

• 敞门状态
  按了电梯上下button，电梯门开，这中间大概有10秒的时间。那就是敞门状态。

  在这个状态下电梯仅仅能做的动作就是关门动作。

• 闭门状态
  电梯门关闭了。在这个状态下。能够进行的动作是：开门（我不想坐电梯了）、停止（忘记按路层号了）、执行。

• 执行状态
  电梯正在跑，上下窜，在这个状态下，电梯能做的是停止
• 停止状态
  电梯停止不动。在这个状态下，电梯有两个可选动作：继续执行和开门动作。

如今又一次进行设计，类图例如以下：

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在接口中加入了标识变量。类LIft中的open、close等方法带有了逻辑推断。

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代码例如以下：

public interface ILift {
    //电梯的4个状态
    final static int OPENING_STATE = 1;
    final static int CLOSING_STATE = 2;
    final static int RUNNING_STATE = 3;
    final static int STOPPING_STATE = 4;
    //开启电梯
    public void open();
    //关闭电梯
    public void close();
    //能执行，能上能下
    public void run();
    //电梯还要能停下来i
    public void stop();
}

public class Lift implements ILift {
    private int state;
    public void setState(int state) {
        this.state = state;
    }
    @Override
    public void open() {
       //电梯在什么状态下才干开启
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                break;
            case CLOSING_STATE:
                this.openWithoutLogic();
                this.setState(OPENING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                break;
            case STOPPING_STATE:
                this.openWithoutLogic();
                this.setState(OPENING_STATE);
                break;
        }
    }

    @Override
    public void close() {
        //电梯在什么状态下才干关闭
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                this.closeWithoutLogic();
                this.setState(CLOSING_STATE);
                break;
            case CLOSING_STATE:
                break;
            case RUNNING_STATE:
                break;
            case STOPPING_STATE:
                break;
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                break;
            case CLOSING_STATE:
                this.runWithoutLogic();
                this.setState(RUNNING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                break;
            case STOPPING_STATE:
                this.runWithoutLogic();
                this.setState(RUNNING_STATE);
                break;
        }
    }

    @Override
    public void stop() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                break;
            case CLOSING_STATE:
                this.stopWithoutLogic();
                this.setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                this.runWithoutLogic();
                this.setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case STOPPING_STATE:
                break;
        }
    }
    public void closeWithoutLogic(){
        System.out.println("电梯门关闭...");
    }
    public void openWithoutLogic(){
        System.out.println("电梯门开启...");
    }
    public void runWithoutLogic(){
        System.out.println("电梯上下执行起来...");
    }
    public void stopWithoutLogic(){
        System.out.println("电梯停止了...");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ILift lift = new Lift();
        lift.setState(OPENING_STATE);
        //首先是电梯门打开，人进去
        lift.open();
        //r然后电梯门关闭
        lift.close();
        //电梯開始执行起来，向上或者向下
        lift.run();
        //最后到达目的地，电梯停下来
        lift.stop();
    }
}
/**Output
电梯门开启...
电梯门关闭...
电梯上下执行起来...
电梯停止了...
*/

好了，改过的代码已经实现了简单的逻辑控制。

可是它好像还是有不少问题。
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• 电梯实现类Lift有点长
  -长的原因是由于我们在程序中使用了大量的switch…case这种推断（if…else也是一样）

• 拓展类很差，电梯还有两个状态。通电状态。断电状态，你要是在程序添加这两个方法，你看看Open()、Close()、Run()、Stop()这四个方法都要添加推断条件，也就是说在switch推断体中还要添加case项、这与开闭原则相违背。

• 很规状态无法实现
  考虑电梯故障等情况就更麻烦了…

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我们已经发现程序中有以上问题，我们怎么来改动呢？
刚刚我们是从电梯的方法以及这些方法执行的条件去分析，如今我们换个角度来看问题。

我们来想。电梯在具有这些状态的时候能够做什么实行，也就是说电梯在处于某个详细状态时，我们来思考 这个状态是由什么动作出发触发的而产生的，以及在这个状态下电梯还能做什么事情。

比如，电器在停止状态时，我们来思考两个问题：
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- 停止状态是怎么来的，那当然是由于电梯执行了stop方法而来的。
-
- 在停止状态下。电梯还能做什么动作？继续执行？开门？当然都能够了

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我们再来分析其它三个状态，也都是一样的结果。我们仅仅要实现电梯在一个状态下的两个任务模型就能够了：这个状态是怎样产生的。以及在这个状态下还能做什么其它动作（也就是这个状态怎么过度到其它状态），既然我们以状态作为參考模型。那我们先定义电梯的状态接口，类图例如以下

代码例如以下

public abstract class LiftState {
    //定义一个环境角色，也就是封装状态的变化引起的功能变化
    protected static Context context = new Context();
    public void setContext(Context _context) {
        this.context = _context;
    }
    //首先电梯门开启动作
    public abstract void open();
    //电梯门有开启。自然有关闭
    public abstract void close();
    //电梯要能够执行
    public abstract void run();
    //电梯要能够停下来
    public abstract void stop();
}

public class Context {
    //定义出全部的电梯状态
    public final static OpenningState openningState =
            new OpenningState();
    public final static ClosingState closingState =
            new ClosingState();
    public final static RunningState runningState =
            new RunningState();
    public final static StoppingState stoppingState =
            new StoppingState();
    //定义一个当前的电梯状态
    private LiftState liftState;
    public LiftState getLiftState() {
        return liftState;
    }

    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        this.liftState = liftState;
       // this.liftState.stop();
    }
    public void open() {
        this.liftState.open();
    }
    public void close() {
        this.liftState.close();
    }
    public void run() {
        this.liftState.run();
    }
    public void stop() {
        this.liftState.stop();
    }

}

public class ClosingState extends LiftState {
    //电梯门关闭，这是关闭状态要实现的动作
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门关闭...");
    }
    //电梯门关了再打开
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.openningState);
        super.context.getLiftState().open();
    }

    @Override
    public void run() {
        super.context.setLiftState(Context.runningState);
        super.context.getLiftState().run();
    }

    @Override
    public void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);
        super.context.getLiftState().stop();
    }
}

public class OpenningState extends LiftState {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门开启...");
    }

    @Override
    public void close() {
        //状态改动
        super.context.setLiftState(Context.closingState);
        super.context.getLiftState().close();
    }
    @Override
    public void run() {

    }

    @Override
    public void stop() {

    }
}

public class RunningState extends LiftState {
    @Override
    public void open() {

    }

    @Override
    public void close() {

    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯门上下执行...");
    }

    @Override
    public void stop() {
        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);
        super.context.getLiftState().stop();
    }
}

public class StoppingState extends LiftState {
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.openningState);
        super.context.getLiftState().open();
    }

    @Override
    public void close() {

    }

    @Override
    public void run() {
        super.context.setLiftState(Context.runningState);
        super.context.getLiftState().run();
    }
    //电梯停止是怎么发生的
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止了...");
    }
}

把逻辑放到没一个状态内，然后用context整合，做到加入状态的时候也不须要改动原来的代码。

状态模式的定义：当一个对象内在状态改变时同意其改变行为，这个对象 看起来像改变了其类。

状态模式的核心是封装，状态的变更引起了行为的变更，从外部看起来就好像这个对象相应的类发生了改变一样。

状态模式的角色主要有三个：抽象状态角色，详细状态 角色，环境角色

状态模式的长处：

• 结构清晰。避免了过多的switch…case或者if…else语句的使用
• 遵循设计原则，许多地体现了开闭原则和单一职责原则，每一个状态都是一个子类。
• 封装性比較好

状态模式的缺点：
- 类膨胀

状态模式的使用场景

• 行为随状态改变而改变
• 条件、分支推断语句的替代者

注意事项

• 子类最好不要超过5个