设计模式-状态模式实现状态机

      1.概述

在软件开发过程中，应用程序可能会根据不同的情况作出不同的处理。最直接的解决方案是将这些所有可能发生的情况全都考虑到。然后使用if... ellse语句来做状态判断来进行不同情况的处理。但是对复杂状态的判断就显得“力不从心了”。随着增加新的状态或者修改一个状体（if else(或switch case)语句的增多或者修改）可能会引起很大的修改，而程序的可读性，扩展性也会变得很弱。维护也会很麻烦。那么我就考虑只修改自身状态的模式。

2.组成

环境类（Context）:  定义客户感兴趣的接口。维护一个ConcreteState子类的实例，这个实例定义当前状态。
抽象状态类（State）:  定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为。
具体状态类（ConcreteState）:  每一子类实现一个与Context的一个状态相关的行为。

3.应用

在下面的两种情况下均可使用State模式:
1) • 一个对象的行为取决于它的状态, 并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。
2) • 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句:一个操作中含有庞大的多分支的条件（if else(或switch case)语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常 , 有多个操作包含这一相同的条件结构。 State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。

4.结构

5.优缺点

状态模式的优点：
1 ) 它将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来: State模式将所有与一个特定的状态相关的行为都放入一个对象中。因为所有与状态相关的代码都存在于某一个State子类中, 所以通过定义新的子类可以很容易的增加新的状态和转换。另一个方法是使用数据值定义内部状态并且让 Context操作来显式地检查这些数据。但这样将会使整个Context的实现中遍布看起来很相似的条件if else语句或switch case语句。增加一个新的状态可能需要改变若干个操作, 这就使得维护变得复杂了。State模式避免了这个问题, 但可能会引入另一个问题, 因为该模式将不同状态的行为分布在多个State子类中。这就增加了子类的数目，相对于单个类的实现来说不够紧凑。但是如果有许多状态时这样的分布实际上更好一些, 否则需要使用巨大的条件语句。正如很长的过程一样，巨大的条件语句是不受欢迎的。它们形成一大整块并且使得代码不够清晰，这又使得它们难以修改和扩展。 State模式提供了一个更好的方法来组织与特定状态相关的代码。决定状态转移的逻辑不在单块的 i f或s w i t c h语句中, 而是分布在State子类之间。将每一个状态转换和动作封装到一个类中，就把着眼点从执行状态提高到整个对象的状态。这将使代码结构化并使其意图更加清晰。

2) 它使得状态转换显式化: 当一个对象仅以内部数据值来定义当前状态时 , 其状态仅表现为对一些变量的赋值，这不够明确。为不同的状态引入独立的对象使得转换变得更加明确。而且, State对象可保证Context不会发生内部状态不一致的情况，因为从 Context的角度看，状态转换是原子的—只需重新绑定一个变量(即Context的State对象变量)，而无需为多个变量赋值

3) State对象可被共享 如果State对象没有实例变量—即它们表示的状态完全以它们的类型来编码—那么各Context对象可以共享一个State对象。当状态以这种方式被共享时, 它们必然是没有内部状态, 只有行为的轻量级对象。

状态模式的缺点:
1) 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
2) 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。

6.代码实现

//抽象状态

public abstract class State {//状态：black->red->blue->green-black

    public abstract void push(Context context);//下一个状态
    
    public abstract void pull(Context context);//上一个状态
    
    public abstract String getColor();
}

//黑色状态

public class BlackState extends State{

    @Override
    public void pull(Context context) {
        context.setState(new GreenState());
    }
    
    @Override
    public void push(Context context) {
        context.setState(new RedState());


    }
    
    @Override
    public String getColor() {
        // TODO Auto-generated method stub
 
        return "BLACK";
    }
}

//蓝色状态

public class BlueState extends State{


    @Override
    public void pull(Context context) {
        context.setState(new RedState());
    }
    
    @Override
    public void push(Context context) {
        context.setState(new GreenState());


    }
    
    @Override
    public String getColor() {
        // TODO Auto-generated method stub
 
        return "BLUE";
    }
}

//绿色状态

public class GreenState extends State{


    @Override
    public void pull(Context context) {
        context.setState(new BlueState());


    }
    
    @Override
    public void push(Context context) {
        context.setState(new BlackState());
    }
    
    @Override
    public String getColor() {
        // TODO Auto-generated method stub
 
        return "GREEN";
    }
}

//红色状态

public class RedState extends State{

    @Override
    public void pull(Context context) {
        context.setState(new BlackState());
    }
    
    @Override
    public void push(Context context) {
        context.setState(new BlueState());
    }
    
    @Override
    public String getColor() {
        // TODO Auto-generated method stub
         return "RED";
    }
}

 

//环境类

public class Context {
    
    private State state; 
    public void setState(State state){
        this.state = state;
    }
    
    public void push(){
        state.push(this);
        System.out.println("push:"+state.getColor());
     }
    
    public void pull(){
        state.pull(this);
        System.out.println("pull:"+state.getColor());
    }
}

//测试类

   public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();
        context.setState(new BlackState());//初始化状态为黑色
        context.push();
        context.push();
        context.push();
        context.push();
        context.push();
        context.push();
    }

打印结果：

push:RED
push:BLUE
push:GREEN
push:BLACK
push:RED
push:BLUE