设计模式——状态模式

前言

设计模式是指导一个程序猿以更好的姿态处理一些问题，而不再像刚学编程的我们，只会使用if-else分支语句，或是使用硬干的骚操作完成需求。不使用设计模式，一来是代码逻辑会越来越晦涩难懂（到了某天你会发现自己也没办法看清楚所有逻辑），二来是代码维护成本越来越高（你的加班时间会越来越长），三来是可以装bility。基于这么多的好处，小盆友和大家一起讨论和分享下设计模式，让自己不再是一个坐在电脑前敲代码的码农。

讲个故事——“古怪的电梯”

老样子，讲设计模式前，先来个场景（讲不出故事了。。只能尬聊了😩）

设想一下，用程序来表达一个电梯的普通运转流程：关门->运行->停止->开门。这是最为正常的使用流程，乘坐电梯的人进入后，电梯关门，然后电梯运行将人送至目的层数，停止，然后开门。
但是有个问题就是，这只是一般流程，乘坐电梯的人也可以玩弄电梯：开门->关门->再开门->再关门；或是运行->停止->运行->开门等等等等。
总之，乘坐电梯的人操作流程有很多，也就是这四种状态是可以相互转换的。但是，细想一下，也不是很周全，因为正常情况下，开门的状态下是不能运行的，运行状态下不能开门，也就是说，四种状态中，有些状态不能转换。我们就这四种状态的转换画一个表格：

	开门open	运行run	停止stop	关门close
正开着门	✖️	✖️	✖️	☑️
运行中	✖️	✖️	☑️	✖️
停止	☑️	☑️	✖️	✖️
已经关门	☑️	☑️	☑️	✖️

看到这张表格，想必大家此时心中已经有千万种实现方式，有些小伙伴可能会用到大量的 switch-case 或 if-else的分支语句进行区分状态的转换流程，这里就不给出此类代码（请允许我的懒惰🤔️），只是略微吐槽一下，如果用了大量的分支语句，弊端是显而易见的：

1. 扩展性差，当增加一种状态，需要改动的地方多；
2. 逻辑耦合，不易维护；
3. 不能装逼！！！！

有经验的小伙伴，很快会想到使用状态模式。在这种行为随状态改变而改变的情况，可以考虑使用“状态模式”。先给出状态模式的类图

状态模式
可以看出，状态主要由三部分组成：

1. State：状态的抽象类
2. ConcreteState：状态的具体实现类，主要负责实现当前状态的逻辑实现，还有过度到其他状态的逻辑控制（如果不能过度就空实现）
3. Context：环境角色，负责管理状态

接下来，我们对上面的场景进行映射

可以看到，映射的类图其实没有多大的变动，主要的状态转变逻辑会在各自的具体状态实现类中，例如：OpenState转变为CloseState，是由OpenState来维护（将Context的当前状态进行切换），并且打开的逻辑是由OpenState来实现。而Context用于管理调用各自具体的状态。可能现在你有些凌乱，我们可以先进入编码时刻，结合具体代码来理解这段话。

编码时刻

先看看抽象状态类，主要是规范所有具体状态，而且持有一个状态管理

public abstract class LiftState {
    protected Context context;
    public void setContext(Context context) {
        this.context = context;
    }

    public abstract void open();
    public abstract void close();
    public abstract void run();
    public abstract void stop();

}

接下来是四个具体的状态

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

    @Override
    public void close() {
        super.context.setLiftState(Context.CLOSE_STATE);
        super.context.close();
    }

    @Override
    public void run() {  //空实现，因为当前状态无法转到run }

    @Override
    public void stop() { //空实现，因为当前状态无法转到stop }
}

public class RunState extends LiftState {
    @Override
    public void open() { //空实现，因为当前状态无法转到open}

    @Override
    public void close() { //空实现，因为当前状态无法转到close }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯上下运行...");
    }

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

public class StopState extends LiftState {
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.OPEN_STATE);
        super.context.open();
    }

    @Override
    public void close() {  //空实现，因为当前状态无法转到close  }

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

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

public class CloseState extends LiftState {
    @Override
    public void open() {
        super.context.setLiftState(Context.OPEN_STATE);
        super.context.open();
    }

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

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

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

状态管理类

public class Context {
    public final static OpenState OPEN_STATE = new OpenState();
    public final static CloseState CLOSE_STATE = new CloseState();
    public final static RunState RUN_STATE = new RunState();
    public final static StopState STOP_STATE = new StopState();

    private LiftState liftState;

    public LiftState getLiftState() {
        return liftState;
    }

    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        this.liftState = liftState;
        this.liftState.setContext(this);
    }

    public void open() {
        this.liftState.open();
    }

    public void close() {
        this.liftState.close();
    }

    public void run() {
        this.liftState.run();
    }

    public void stop() {
        this.liftState.stop();
    }
}

最后是调用代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();
        context.setLiftState(Context.CLOSE_STATE);
        context.open();
        context.close();
        context.run();
        context.stop();
    }
}

运行结果

总结

在这里使用状态模式的好处是，让各自的状态逻辑分成不同的类，维护起来清晰。而且扩展方便，只需要添加一个继承LiftState的类，在Context中增加这个状态即可使用。但是，这里也就暴露了一个状态模式的缺点，当状态较多时，具体的状态类会非常多。所以建议状态最好不超过5个，但只是建议，毕竟程序是死的，人是活的。希望这篇文章，能给你一些启发，减少一些些分支语句，让代码优雅起来。