状态模式详解
1. 定义与特点
状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变其行为。这种模式通过将每个状态封装为一个单独的类来实现状态的转换。状态模式的主要特点是将对象的行为和状态相关联，使得对象在不同状态下可以有不同的行为表现。
2. 结构与角色
状态模式包含以下几个核心角色：
• Context（环境）：维护一个对抽象状态对象的引用，可以定义当前的状态，以及在状态改变时切换状态。
• State（抽象状态）：定义一个接口或抽象类，声明具体状态类的方法，用于封装与Context的一个特定状态相关的行为。
• ConcreteState（具体状态）：实现抽象状态定义的接口或抽象类，具体实现与Context对象的状态相关的行为。
3. 适用场景
状态模式适用于以下场景：
• 对象的行为依赖于状态变化时，并且行为会随着状态的不同而发生变化。
• 对象的状态变化频繁，而且状态之间的切换逻辑复杂，状态模式可以很好地管理这些状态。
• 需要避免使用大量条件判断来实现不同状态下的行为时，状态模式是一个更优雅的解决方案。
4. 优点
• 状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
• 减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，且减少对象间的相互依赖。
• 有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。
5. 缺点
• 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
• 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
6. 代码示例
以下是一个简单的状态模式的代码示例，展示了如何实现一个视频播放器的状态管理：
// 状态接口
public interface State {
void insertQuarter();
void ejectQuarter();
void pressPlay();
void pressStop();
void pressPause();
}
// 具体状态类：播放状态
public class PlayingState implements State {
private Jukebox jukebox;
public PlayingState(Jukebox jukebox) {
this.jukebox = jukebox;
}
@Override
public void insertQuarter() {
System.out.println("Please remove the quarter before inserting another.");
}
@Override
public void ejectQuarter() {
System.out.println("Quarter returned.");
jukebox.setState(jukebox.getNoQuarterState());
}
@Override
public void pressPlay() {
System.out.println("Song is playing.");
}
@Override
public void pressStop() {
System.out.println("Song is stopped.");
jukebox.setState(jukebox.getNoQuarterState());
}
@Override
public void pressPause() {
System.out.println("Song is paused.");
jukebox.setState(jukebox.getPausedState());
}
}
// 上下文环境类
public class Jukebox {
private State state;
private int quarterCounter = 0;
public Jukebox() {
this.state = this.getNoQuarterState();
}
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public void insertQuarter() {
state.insertQuarter();
}
public void ejectQuarter() {
state.ejectQuarter();
}
public void pressPlay() {
state.pressPlay();
}
public void pressStop() {
state.pressStop();
}
public void pressPause() {
state.pressPause();
}
public State getNoQuarterState() {
return new NoQuarterState(this);
}
public State getPlayingState() {
return new PlayingState(this);
}
public State getPausedState() {
return new PausedState(this);
}
}
// 客户端代码
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Jukebox jukebox = new Jukebox();
jukebox.insertQuarter();
jukebox.pressPlay();
jukebox.pressPause();
jukebox.pressPlay();
jukebox.pressStop();
jukebox.ejectQuarter();
}
}
在这个示例中，Jukebox 类是上下文环境类，它维护一个对当前状态对象的引用，并根据状态的变化调用不同的状态类的行为。不同的状态类实现了State接口，并提供了每个状态下具体的行为。
