技术成神之路:设计模式(七)状态模式

1.介绍


状态模式(State Pattern)是一种行为设计模式,它允许一个对象在其内部状态改变时改变其行为。这个模式将状态的相关行为封装在独立的状态类中,并将不同状态之间的转换逻辑分离开来。

2.主要作用


状态模式的主要作用是让一个对象在其内部状态改变时,其行为也随之改变,但同时又使得状态的变化对外部来说是透明的。它将状态转移的逻辑封装在状态类中,使得增加新的状态变得简单,同时避免状态间的相互依赖,使得代码更加清晰。

3.解决的问题


状态模式主要解决的问题是对象在不同状态下的行为变化问题,以及状态转换的复杂性管理。

状态模式可以帮助解决以下几类问题:

  1. 消除大量的条件判断语句:
    我们在项目中会经常用到条件判断语句,而有的对象行为会使用到大量的条件语句(如if-else或switch-case)来实现。在某些情况下条件语句少了还好,多了就是灾难,既不美观,又不优雅,唯一好处就是方便使用,但维护起来不方便,如果不使用状态模式,可能需要在每个操作的实现中加入大量的状态判断,这会导致代码复杂、难以维护和扩展。

  2. 状态转换的管理:
    对象的状态不仅仅影响其行为,还涉及到状态之间的转换逻辑。就算你为了方便使用了 if-else或switch-case ,那么处理转换逻辑的代码要写在哪里,状态模式通过将每种状态封装为一个独立的类,使得状态转换的逻辑局部化,每个状态类负责自己的状态判断和转换条件,从而简化了整体的状态管理。

  3. 提高代码的可读性和可维护性:
    这个没什么好说的,设计模式通用✨

4.模式原理


包含角色:

  1. Context(环境类):定义客户感兴趣的接口,并维护一个具体状态子类的实例,这个实例定义当前状态。
  2. State(状态接口/抽象类):定义一个接口或抽象类,封装与Context的一个特定状态相关的行为。
  3. ConcreteState(具体状态类):每一个具体状态类实现了在状态接口中定义的行为,负责状态转换时的逻辑。

了解策略模式的烙铁看到这里是不是很熟悉,包含的角色几乎一模一样,只是把策略两个字改成了状态,那么状态模式是不是就不用继续往下看了?no no no,它们还是有差别滴…

UML类图:
在这里插入图片描述
代码示例:

// State 接口
interface DocumentState {void edit(Document doc);void save(Document doc);void print(Document doc);
}// ConcreteState 具体状态类
class EditableState implements DocumentState {public void edit(Document doc) {// 编辑操作}public void save(Document doc) {// 保存操作}public void print(Document doc) {// 打印操作}
}// Context 环境类
class Document {private DocumentState currentState;public Document() {this.currentState = new EditableState(); }public void changeState(DocumentState newState) {this.currentState = newState;}public void edit() {currentState.edit(this);}public void save() {currentState.save(this);}public void print() {currentState.print(this);}
}// 使用
Document document = new Document();
document.edit();  
document.save();  
document.print(); 
document.changeState(new ReadOnlyState());
document.edit();  // 无法编辑,状态切换到只读

不知道看到这里,你再回想起策略模式时,是不是还有点迷糊,现在分不清没关系,继续往下看,加深一下印象

状态模式和策略模式区别总结:

  1. 关注点不同:
  • 状态模式关注对象在不同状态下的行为差异,封装了不同状态的行为。
  • 策略模式关注的是算法的不同实现方式,允许算法在不影响客户端的情况下独立变化。
  1. 使用场景不同:
  • 状态模式适用于对象的行为在状态改变时发生改变的情况,状态之间有明显的转换关系。
  • 策略模式适用于客户端需要在多个算法中选择一种时,并且允许在运行时切换算法。
  1. 关系不同:
  • 状态模式中,状态之间存在特定的状态转换关系,通常由Context类来维护和切换状态。
  • 策略模式中,各个策略(算法)之间通常是相互独立的,客户端通过选择不同的策略对象来实现不同的行为。

是不是突然觉得差别还是挺大的嘛,思路一下就清晰了,其实不用理解那么深入,它们的名字就是最大的差异点,通过名字你可以一点一点联想它们的实现方式,这样你就真正理解了设计模式的精髓。

5.优缺点


优点

  • 清晰的状态转换:状态模式将状态和行为封装在独立的类中,使状态转换更加清晰。
  • 提高可维护性和扩展性:通过分离状态和行为,代码更加模块化,便于添加新状态和修改现有状态。
  • 减少条件分支:避免了在上下文类中使用大量的条件分支(if-else 或 switch-case)。

缺点

  • 增加类的数量:每个状态都需要一个类,可能会导致系统中类的数量增加,从而增加维护难度(设计模式通病)。
  • 状态之间的依赖:某些状态可能依赖于其他状态,导致状态类之间的耦合(此条可忽略)。

6.应用场景


状态模式 状态模式 首先你得有不同状态才行,举几个简单场景:

  • 对象行为依赖于其状态:如电灯开关、文档编辑器的状态(如草稿、审核中、已发布等)。
  • 状态转换复杂:状态之间存在复杂的转换逻辑,需要清晰地管理状态和行为。
  • 需要频繁更改状态或扩展新状态:如游戏角色的状态、工作流引擎的状态等。

7.总结


状态模式通过将状态和状态相关的行为封装在独立的类中,使得状态转换逻辑更加清晰和可维护。它提高了代码的扩展性和可维护性,适用于对象行为依赖于状态且状态转换复杂的场景。然而,需要注意的是,状态模式可能会增加系统中类的数量,使得系统的维护变得更加复杂。在使用状态模式时,需要权衡其带来的好处和潜在的复杂性。

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