设计模式第10式：状态模式

article/2025/9/22 10:43:56

前言

我们遇到状态机模型，常常会理不清“状态”和“行为”的关系。状态模式就是专门解决这个应用场景的，它通过改变对象内部的状态来帮助对象控制自己的行为。

正文

1、先来看一个案例

我们选取《HeadFirst 设计模式》中的糖果售卖机案例。这就是常见的状态机模型。
在这里插入图片描述
首先我们找出所有的状态：上图中的4个圆圈。于是我们用4个常量来表示每个状态：

final static int SOLD_OUT = 0;
final static int NO_QUARTER = 1;
final static int HAS_QUARTER = 2;
final static int SOLD = 3;int state = SOLD_OUT; // 初始状态

然后我们将系统中可以发生的动作整理出来，每个动作都对应一个方法。下面这个方法就是投币动作对应的方法。方法里面对每一个可能出现的状态展示适当的行为。

public void insertQuarter() {if (state == HAS_QUARTER) {sout("不能再投币了");} else if (state == SOLD_OUT) {sout("卖完了");} else if (state == SOLD) {sout("已售出");} else if (state == NO_QUARTER) {state = HAS_QUARTER;sout("已投币");}
}public void ejectQuarter() {if (state == HAS_QUARTER) {...} else if (state == SOLD_OUT) {...} else if (state == SOLD) {...} else if (state == NO_QUARTER) {...}
}public void turnCrank() {if (state == HAS_QUARTER) {...} else if (state == SOLD_OUT) {...} else if (state == SOLD) {...} else if (state == NO_QUARTER) {...}
}public void dispense() {if (state == HAS_QUARTER) {...} else if (state == SOLD_OUT) {...} else if (state == SOLD) {...} else if (state == NO_QUARTER) {...}
}

其他的动作方法类似，里面都有一大堆if else代码。当我们费尽九牛二虎之力写完后，要加入新的需求：当转动糖果机摇杆，有10%的几率掉下来2颗糖果。这种情况下完全失控了，每一个动作方法都要跟着修改，改出BUG的几率会大大增加。

2、如何优化

仍然遵循“封装变化”的原则，我们将每个状态的行为都放在各自的类中，那么每个状态只需要实现它自己的动作就可以了。这样，糖果机只需要将动作委托给当前的状态对象。

首先，我们定义一个State接口，在这个接口中，糖果机的每个动作都有一个对应的方法；
然后，为机器中的每个状态实现一个状态类，这些类将负责在对应状态下进行机器的行为；
最后，我们将糖果机的动作委托给状态类。

在这里插入图片描述
我们尝试实现其中一个状态类，我们要做的是实现当前状态下恰当的行为：

public class NoQuarterState implements State {Machine machine;// 构造器拿到糖果机的引用public NoQuarterState(Machine machine) {this.machine = machine;}// 当前状态下触发动作的结果public void insertQuarter() {sout("已投币");// 触发糖果机改变状态machine.setState(machine.getHasQuarterState());}public void ejectQuarter() {sout("未投币");}public void turnCrank() {sout("未投币");}public void dispense() {sout("未投币");}
}

于是我们重新改造糖果机：

public class Machine {// 常量替换成4个状态类State soldOutState;State noQuarterState;State hasQuarterState;State soldState;State state = soldOutState; // 当前状态// 构造方法初始化每种状态public Machine() {soldOutState = new SoldOutState(this);noQuarterState= new NoQuarterState(this);hasQuarterState= new HasQuarterState(this);soldState = new SoldState(this);}// 糖果机的动作均委托给当前状态类的动作方法public void insertQuarter() {soldState.insertQuarter();}public void ejectQuarter() {soldState.ejectQuarter();}public void turnCrank() {soldState.turnCrank();}public void dispense() {soldState.dispense();}
}

3、定义状态模式

上面已经实现了状态模式，我们来对其进行一个定义：

状态模式允许对象在内部状态改变时改变它自身的行为，对象看起来好像修改了它的类。

这个模式将状态封装成独立的类，并将动作委托给当前状态对象
从用户的视角来看，如果使用的对象能否完全改变自己的行为，那么这个对象应该是从别的类实例化而来的。然而，状态模式仅通过组合不同的状态对象来造成改变类行为的假象。

我们来定义下状态模式的类图：
在这里插入图片描述

4、状态模式 vs 策略模式

两个模式的类图很相似，但是两个模式的行为不一样：策略模式替换算法是由用户自己控制的，状态模式替换算法是系统内部自行控制的。

总结

状态模式针对状态机场景有很好的模型总结，我们遇到状态机模型，都要首先考虑状态模式。