Java设计模式之-状态模式（State）

一个物体可能存在多种类型的状态，纳闷状态之间就会存在转换的关系。例如液态的水，可以气化成为水蒸气，也可以固话成为冰块，而冰块可以通过升华直接成为水蒸气，水蒸气反过来通过凝华也能够化为冰。
下面我画出了转换过程的状态图，其中省略了升华和凝华的步骤（太多了好麻烦啊）

状态图

在这个图中我们能看到一共有3种状态：

• 固体（Solid）
• 液体（Liquid）
• 气体（Gas）

另外还存在4种转换方式：

• 凝固（Freeze）
• 融化（Melt）
• 液化（Liquidation）
• 气化（Gasification）

那如果我们想表现Water这一种物质在不同状态下的转换流程和关系的话，如果使用丑陋的if语句，则会时代码陷入万劫不复的境地：

if( state == Solid){
    ....
}else if(state == Liquid){
    ...
}

而状态模式就是来解决这一类状态转换的问题的模式，它的要求就是将特定状态时的行为和实现，通过状态类的方式进行定义和封装。当一个类内部的状态改变时，类的行为的具体实现方式也会随之而改变。

下面我们来看一下状态模式的UML图是什么样子的：

状态模式

看UML图其实很简单，就是传统的类实现接口，而客户直接调用接口。但其实状态模式的关键点在于：

1. 状态的转换需要反馈回调用方。
2. 状态不需要完全实现父类定义的所有方法。
3. 状态类与宿主类之间的耦合关系。

带着上面所写的三个关键点，我们来尝试实现上面所说的水的状态变化过程。

---

0. 定义State抽象类

上面说了其实一共有4种转换方式，那我们就需要在抽象类中定义4个方法，但是由于不是每一种状态都会发生着4种转换的，比如说已经是水蒸气了，就无法再进行气化了。所以我们在抽象类中，仍然实现了所有的防范，但是方法体都是空的。这与我们在Java设计模式之-策略模式中说到的Null Object其实有着异曲同工之妙。：

public abstract class WaterState{
    public WaterState freeze(){return null;}
    public WaterState melt(){return null;}
    public WaterState liquidation(){return null;}
    public WaterState gasification(){return null;}
}

然后我们来实现这三种状态：

public class Solid extends WaterState{
    public WaterState melt(Water water){
        return water.LIQUID;
    }
}

public class Liquid extends WaterState{
    public WaterState freeze(Water water){
        return water.SOLID;
    }

    public WaterState gasification(Water water){
        return water.GAS;
    }
}

public class Gas extends WaterState{
    public WaterState liquidation(Water water){
        return water.LIQUID;
}

目前我们的状态机已经配置完毕了，现在来看一下对应的水应该如何写：

public class Water{
    public static final WaterState LIQUID = new Liquid();
    public static final WaterState SOLID = new Solid();
    public static final WaterState GAS = new Gas();

    private WaterState state = new Liquid(); // liquid is default state.
    public getState(){return state;}
    public setState(WaterState state){this.state = state;}

    public void freeze(){
        WaterState tmp = state.freeze(this);
        if(tmp != null)state = tmp;
    }
    public WaterState melt(){
        WaterState tmp = state.melt(this);
        if(tmp != null)state = tmp;
    }
    public WaterState liquidation(){
        WaterState tmp = state.liquidation(this);
        if(tmp != null)state = tmp;
    }
    public WaterState gasification(){
        WaterState tmp = state.gasification(this);
        if(tmp != null)state = tmp;
    }
}

以上我们便实现了一个状态模式的代码，其中关于上面3点，有如下回复：

1. 在状态机的转换方法中，返回了需要转换的目标态，直接交给调用方进行使用；
2. 状态在实现过程中，只复写了1-2个方法，并没有将所有方法都复写，因为有些不适用于当前状态；
3. 状态类于宿主之间通过参数传递的方式进行交互，只存在松耦合关系；

另外以上例子也可以用Enum来实现，这里就不再演示了。