07 设计模式——状态模式

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介绍

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状态模式：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。

状态模式中的行为是由状态来决定的，不同的状态下有不同的行为。状态模式和策略模式的结构几乎完全一样，但它们的目的、本质却完全不一样。状态模式的行为是平行的、不可替换的，策略模式的行为是彼此独立、可相互替换的。用一句话来表述，状态模式把对象的行为包装在不同状态对象里，每一个状态对象都有一个共同的抽象状态基类。状态模式的意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。

使用场景

• 一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为。
• 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，例如，一个操作中含有庞大的多分支语句（if-else 或 switch-case），且这些分支依赖于该对象的状态。

状态模式将每一个条件分支放入一个独立的类中，这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其他对象而独立变化，这样通过多态来去除过多的、重复的 if-else 等分支语句。

UML 关系图

上图中的角色介绍：

• Context：环境类，定义客户端感兴趣的接口，维护一个 State 子类的实例，这个实例定义了对象当前状态。
• State：抽象状态类或状态接口，定义一个或一组接口，表示该状态下的行为。
• ConcreteStateA、ConcreteStateB：具体状态类，每个具体状态类实现抽象状态类中定义的接口，从而达到不同状态下的不同行为。

示例

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以电视遥控器为例来演示一下状态模式的实现。我们先将电视的状态简单分为开机状态和关机状态，在开机状态下可以通过遥控器进行频道切换、调整音量等操作，但是，此时重复按开机键是无效的；而在关机状态下，频道切换、调整音量、关机都是无效的操作，只有按开机按钮时会生效。

未使用状态模式

// 电视遥控器,含有 开机,关机,下一个频道,上一个频道,调高音量,调低音量
public class TVController {
    // 开机状态
    private final static int POWER_ON = 1;

    // 关机状态
    private final static int POWER_OFF = 2;

    private int state = POWER_OFF;

    public void powerOn() {
        if (state == POWER_OFF) {
            System.out.println("开机啦");
        }
        state = POWER_ON;
    }

    public void powerOff() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("关机啦");
        }
        state = POWER_OFF;
    }

    public void nextChannel() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("下一个频道");
        } else {
            System.out.println("两个红灯提示没有开机");
        }
    }

    public void prevChannel() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("上一个频道");
        } else {
            System.out.println("两个红灯提示没有开机");
        }
    }

    public void turnUp() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("调高音量");
        } else {
            System.out.println("两个红灯提示没有开机");
        }
    }

    public void turnDown() {
        if (state == POWER_ON) {
            System.out.println("调低音量");
        } else {
            System.out.println("两个红灯提示没有开机");
        }
    }
}

可以看到，在 TVController 类中，通过 state 字段存储了电视的状态，并且在各个操作中根据状态来判断是否该执行。这就导致了在每个功能中都需要使用 if-else，代码重复、相对较为混乱，这是在只有两个状态和几个简单功能函数的情况下，那么当状态变成 5 个、功能函数变为 10 个呢？每个函数中都要用 if-else 进行判断，而这些代码都充斥在一个类中，这些重复的代码无法被提取出来，这使得这个类变得越来越难以维护。

使用状态模式

// 电视状态接口，定义电视操作的函数
public interface TvState {
    public void nextChannel();
    public void prevChannel();
    public void turnUp();
    public void turnDown();
}



// 关机状态，此时只有开机功能是有效的
public class PowerOffStatus implements TvState{
    @Override
    public void nextChannel() {
    }

    @Override
    public void prevChannel() {
    }

    @Override
    public void turnUp() {
    }

    @Override
    public void turnDown() {
    }
}



// 开机状态，此时再按开机功能不能做任何操作
public class PowerOnState implements TvState {
    @Override
    public void nextChannel() {
        System.out.println("下一个频道");
    }

    @Override
    public void prevChannel() {
        System.out.println("上一个频道");
    }

    @Override
    public void turnUp() {
        System.out.println("声音调大");
    }

    @Override
    public void turnDown() {
        System.out.println("声音调小");
    }
}



// 电源操作接口
public interface PowerController {
    public void powerOn();
    public void powerOff();
}



// 电视遥控器，类似于经典状态模式中的 Context
public class TvController implements PowerController {
    TvState tvState;

    public void setTvState(TvState tvState) {
        this.tvState = tvState;
    }

    @Override
    public void powerOn() {
        setTvState(new PowerOnState());
        System.out.println("开机啦");
    }

    @Override
    public void powerOff() {
        setTvState(new PowerOffStatus());
        System.out.println("关机啦");
    }

    public void nextChannel(){
        tvState.nextChannel();
    }

    public void prevChannel(){
        tvState.prevChannel();
    }

    public void turnUp(){
        tvState.turnUp();
    }

    public void turnDown(){
        tvState.turnDown();
    }
}

客户端调用代码

public static void main(String[] args) {
    TvController tvController = new TvController();
    // 设置开机状态
    tvController.powerOn();
    // 下一个频道
    tvController.nextChannel();
    // 调高音量
    tvController.turnUp();
    // 设置关机状态
    tvController.powerOff();
    // 调低音量，此时不会生效
    tvController.turnDown();
}

输出结果：

开机啦
下一个频道
声音调大
关机啦

状态模式实战

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在开发过程中，我们用到状态模式最常见的地方应该是用户登录系统。在用户已登录和未登录的情况下，对于同一事件的处理行为是不一样的。例如，在新浪微博中，用户在未登录的情况下点击转发或评论按钮，此时会先让用户登录，然后再执行操作；如果是已登录的情况下，那么用户可以直接进行操作。

首先抽象出状态类，定义两个操作接口：转发和评论。

public interface UserState {
    /**
     * 转发
     */
    public void forward(Context context);
    /**
     * 评论
     */
    public void comment(Context context);
}

然后实现两个状态子类：已登录状态类、未登录状态类。

// 已登录状态
public class LoggedState implements UserState {
    @Override
    public void forward(Context context) {
        Toast.makeText(context, "转发成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
    @Override
    public void comment(Context context) {
        Toast.makeText(context, "评论成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
}



// 未登录状态
public class LogoutState implements UserState {
    @Override
    public void forward(Context context) {
        gotoLoginActivity(context);
    }
    @Override
    public void comment(Context context) {
        gotoLoginActivity(context);
    }
    private void gotoLoginActivity(Context context) {
        Intent intent = new Intent(context, LoginActivity.class)
        startActivity(context);
    }
}

最后实现 Context 角色，即用户的操作对象和状态管理对象。

public class LoginContext {
    // 用户状态，默认为未登录状态
    private UserState userState = new LogoutState();
    // 单例
    private static LoginContext loginContext = new LoginContext();
    private LoginContext() {}

    public LoginContext getLoginContext() {
        return loginContext;
    }

    public void setUserState(UserState userState) {
        this.userState = userState;
    }

    public void forward(Context context) {
        userState.forward(context);
    }

    public void comment(Context context) {
        userState.comment(context);
    }
}

客户端调用样例：

// 转发微博
LoginContext.getLoginContext().forward(MainActivity.this)
// 分享微博
LoginContext.getLoginContext().comment(MainActivity.this)
// 登录成功后修改为已登录状态
LoginContext.getLoginContext().setUserState(new LoggedState())
// 注销登录，修改为未登录状态
LoginContext.getLoginContext().setUserState(new LogoutState());