设计模式-状态模式

介绍

状态模式和策略模式是一对双胞胎，他们都属于行为设计模式。状态模式和策略模式都是为具有多种可能情形设计的模式，把不同的处理情形抽象为一个相同的接口，符合对扩展开放，对修改封闭的原则。策略模式封装了一组相关算法，它允许Client在运行时使用可互换的行为；状态模式帮助一个类在不同的状态显示不同的行为。状态模式封装了对象的状态，而策略模式封装算法或策略。因为状态是跟对象密切相关的，它不能被重用；而通过从Context中分离出策略或算法，我们可以重用它们。
状态模式(State Pattern) 允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

TCP协议中的三次握手和四次断开也可以使用状态模式来实现。

结构图

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时序图

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案例

我就用工作日的上班时间来举例子
6种状态

1. 23点到早上7点
2. 7点到9点
3. 9点到12点
4. 12点到13点
5. 13点到18点
6. 18点到23点

State 抽象类

public abstract class State {
    
    public abstract void handle(WorkDay workDay);
    
    public void changeState(WorkDay workDay){
        State state = null;
        if (23 < workDay.getHour() || workDay.getHour() <= 7) {
            state = new SleepState();
        }
        if (7 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 9) {
            state = new EarlyMorningState();
        }
        if (9 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 12) {
            state = new MorningState();
        }
        if (12 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 13) {
            state = new MiddayState();
        }
        if (13 < workDay.getHour() && workDay.getHour() < 18) {
            state = new AfternoonState();
        }
        if (18 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 23) {
            state = new NightState();
        }
        
        workDay.setState(state);
        workDay.doWork();
    }
}

23点到早上7点睡觉状态SleepState

public class SleepState extends State {

    @Override
    public void handle(WorkDay workDay) {
        if (23 < workDay.getHour() || workDay.getHour() <= 7) {
            System.out.println("现在是" + workDay.getHour() + "点，晚上睡觉时间!");
        } else {
            changeState(workDay);
        }
    }

}

**7点到9点清晨状态EarlyMorningState **

public class EarlyMorningState extends State {

    @Override
    public void handle(WorkDay workDay) {
        if (7 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 9) {
            System.out.println("现在是" + workDay.getHour() + "点，清晨，准备上班!");
        } else {
            changeState(workDay);
        }
    }

}

9点到12点上午上班状态MorningState

public class MorningState extends State{
    @Override
    public void handle(WorkDay workDay) {
        if (9 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 12) {
            System.out.println("现在是" + workDay.getHour() + "点，上午工作时间!");
        } else {
            changeState(workDay);
        }
    }
}

12点到13点中午休息状态MiddayState

public class MiddayState extends State {
    @Override
    public void handle(WorkDay workDay) {
        if (12 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 13) {
            System.out.println("现在是"+workDay.getHour()+"点，中午休息时间!");
        } else {
            workDay.setState(new NightState());
            workDay.doWork();
        }
    }
}

13点到18点下午工作状态AfternoonState

public class AfternoonState extends State {

    @Override
    public void handle(WorkDay workDay) {
        if (13 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 18) {
            System.out.println("现在是" + workDay.getHour() + "点，下午工作时间!");
        } else {
            changeState(workDay);
        }
    }
}

18点到23点晚上下班状态NightState

public class NightState extends State {

    @Override
    public void handle(WorkDay workDay) {
        if (18 < workDay.getHour() && workDay.getHour() <= 23) {
            System.out.println("现在是" + workDay.getHour() + "点，晚上下班时间!");
        } else {
            changeState(workDay);
        }
    }
}

工作日类WorkDay

public class WorkDay {
    private State state = new NightState();
    private int hour;

    public State getState() {
        return state;
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    public int getHour() {
        return hour;
    }

    public void setHour(int hour) {
        this.hour = hour;
    }
    
    public void doWork(){
        state.handle(this);
    }
}

调用类Client

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WorkDay workDay = new WorkDay();
        for (int i = 0; i < 55; i++) {
            workDay.setHour(i%24);
            workDay.doWork();
        }
    }
}

运行结果

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总结

在很多情况下，一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性，这样的属性叫做状态，这样的对象叫做有状态的(stateful)对象，这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会改变，从而使得系统的行为也随之发生变化。
环境类实际上就是拥有状态的对象，环境类有时候可以充当状态管理器(State Manager)的角色，可以在环境类中对状态进行切换操作。
抽象状态类可以是抽象类，也可以是接口，不同状态类就是继承这个父类的不同子类，状态类的产生是由于环境类存在多个状态，同时还满足两个条件： 这些状态经常需要切换，在不同的状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中，使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类，而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。由于环境类可以设置为任一具体状态类，因此它针对抽象状态类进行编程，在程序运行时可以将任一具体状态类的对象设置到环境类中，从而使得环境类可以改变内部状态，并且改变行为。