从零开始学习Java设计模式 | 行为型模式篇：状态模式

Posted 2021-10-16 李阿昀

在本讲，我们来学习一下行为型模式里面的第五个设计模式，即状态模式。

状态模式引入案例

在学习状态模式之前，我们先来看一个案例，通过该案例来引出状态模式。

这个案例就是通过电梯按钮来控制一个电梯的状态。一个电梯有开门状态、关门状态、停止状态、运行状态等四种状态。每一种状态改变，都有可能要根据其他状态来更新处理。例如，如果电梯门现在处于运行时状态，那么就不能进行开门操作。为什么呢？你想啊，现在电梯正处于运行状态呢，然后门开了，这是不是非常危险呀！所以，当电梯处于运行状态时是不允许执行开门操作的。而如果电梯门是停止状态，那么就可以执行开门操作了。

下面我们就来看一下对于以上案例所设计出来的类图。

从以上类图中可以看到，我们首先定义了一个ILift接口，而且它里面声明有四个常量，即OPENING_STATE、CLOSING_STATE、RUNNING_STATE、STOPPING_STATE，它们分别是来表示电梯的四种状态的，即开启状态、关闭状态、运行状态和停止状态。

此外，ILift接口还提供了5个抽象方法，它们分别是：

1. setState(int state)：设置电梯的状态。因为我们总得记录一下当前电梯的一个状态吧！
2. open()：电梯开门的方法
3. close()：电梯关门的方法
4. stop()：电梯停止的方法
5. run()：电梯运行的方法

注意，ILift接口就是用于提高程序扩展性的，如果后期有其他的实体也拥有电梯的四种状态，那么我们完全可以让它去实现该接口。

然后，我们再来看一下ILift接口的子实现类，即Lift。可以看到，在该类里面定义了一个state属性，这个属性就是用来记录当前电梯状态的。除此之外，该类还重写了父接口中的所有抽象方法。

至于那个客户端类，我们就不用过多地去关注它了。所以，整个看下来，系统设计起来还是比较简单的。接下来，我们就得编写代码来实现以上案例了。

首先，打开咱们的maven工程，并在com.meimeixia.pattern包下新建一个子包，即state.before，也即实现以上案例的具体代码我们是放在了该包下。

然后，创建电梯接口，这里我们就命名为了ILift。

package com.meimeixia.pattern.state.before;

/**
 * 电梯接口
 * @author liayun
 * @create 2021-09-17 10:44
 */
public interface ILift {

    // 定义四个电梯状态的常量
    int OPENING_STATE = 1;
    int CLOSING_STATE = 2;
    int RUNNING_STATE = 3;
    int STOPPING_STATE = 4;

    // 设置电梯状态的功能
    void setState(int state);

    // 电梯操作功能
    void open();

    void close();

    void run();

    void stop();

}

接着，创建电梯接口的子实现类，即电梯类，这里我们就命名为了Lift。

package com.meimeixia.pattern.state.before;

/**
 * 电梯类（ILift接口的子实现类）
 * @author liayun
 * @create 2021-09-17 10:51
 */
public class Lift implements ILift {

    // 声明一个记录当前电梯状态的成员变量
    private int state;

    @Override
    public void setState(int state) {
        this.state = state;
    }

    @Override
    public void open() {
        switch (state) { // 判断当前电梯的状态
            case OPENING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于开启状态，那么我们再去开门，这就没有任何意义了，所以这儿我们什么事都不做
                break;
            case CLOSING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于关闭状态，那么我们就能开电梯门了
                System.out.println("电梯打开了...");
                // 设置当前电梯状态为开启状态
                setState(OPENING_STATE);
                break;
            case STOPPING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于停止状态，那么我们也是能开电梯门的
                System.out.println("电梯打开了...");
                // 设置当前电梯状态为开启状态
                setState(OPENING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于运行状态，那么我们肯定是不能去开门的，因为电梯运行时是不能开门的，所以这儿我们什么事都不做
                break;
        }
    }

    @Override
    public void close() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于开启状态，那么我们就能关闭电梯门了
                System.out.println("电梯关门了...");
                // 设置当前电梯状态为关闭状态
                this.setState(CLOSING_STATE);
                break;
            case CLOSING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于关闭状态，那么我们再去关门，这就没有任何意义了，所以这儿我们什么事都不做
                // do nothing
                break;
            case RUNNING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于运行状态，很显然，此时电梯门肯定是关着的，那么我们就不能再去关门了，所以这儿我们什么事都不做
                // do nothing
                break;
            case STOPPING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于停止状态，很显然，此时电梯门肯定也是关着的，那么我们就不能再去关门了，所以这儿我们什么事都不做
                // do nothing
                break;
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于开启状态，那么我们肯定是不能让电梯运行的，因为电梯不能开着门就走，所以这儿我们什么事都不做
                // do nothing
                break;
            case CLOSING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于关闭状态，那么我们就能让电梯运行了
                System.out.println("电梯开始运行了...");
                // 设置当前电梯状态为运行状态
                this.setState(RUNNING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于运行状态，那么我们再去运行电梯，这就没有任何意义了，所以这儿我们什么事都不做
                // do nothing
                break;
            case STOPPING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于停止状态，那么我们也是可以让电梯运行的
                System.out.println("电梯开始运行了...");
                // 设置当前电梯状态为运行状态
                this.setState(RUNNING_STATE);
                break;
        }
    }

    @Override
    public void stop() {
        switch (this.state) {
            case OPENING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于开启状态，那么我们再让电梯停止下来，就没有必要了，因为开门的电梯已经是停止的了（正常情况下），所以这儿我们什么事都不做
                // do nothing
                break;
            case CLOSING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于关闭状态，那么我们就能让电梯停止下来了，因为电梯关门时才可以停止
                System.out.println("电梯停止了...");
                // 设置当前电梯状态为停止状态
                this.setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case RUNNING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于运行状态，那么我们也是能让电梯停止的，因为电梯运行时本身就可以停止啊
                System.out.println("电梯停止了...");
                // 设置当前电梯状态为停止状态
                this.setState(STOPPING_STATE);
                break;
            case STOPPING_STATE:
                // 如果当前电梯正处于停止状态，那么我们再去让电梯停止下来，这就没有任何意义了，所以这儿我们什么事都不做
                // do nothing
                break;
        }
    }

}

最后，创建客户端类用于测试。

package com.meimeixia.pattern.state.before;

/**
 * @author liayun
 * @create 2021-09-17 11:20
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建电梯对象
        Lift lift = new Lift();

        // 设置当前电梯的状态
        lift.setState(ILift.OPENING_STATE);

        // 打开
        lift.open();
        lift.close();
        lift.run();
        lift.stop();
    }
}

此时，运行以上客户端类，打印结果如下图所示，下面我就来解释一下为何会打印出这样的结果。

当前电梯正处于开启状态，于是你再去开电梯门，那就没有任何意义了，所以执行电梯的open方法去开电梯门时，你会发现并没有任何输出。但是，现在关闭电梯门是可行的，所以在执行电梯的close方法时，你就能看到相应的输出结果了，而且此时电梯的状态就变成关闭状态了。

当电梯处于关闭状态时，你就能让电梯运行起来了，所以在执行电梯的run方法时，你就能看到相应的输出结果了，而且此时电梯的状态又变成了运行状态。

当电梯处于运行状态时，能让电梯停止吗？当然可以，所以在执行电梯的stop方法时，你就能看到相应的输出结果了，而且此时电梯的状态又变成了停止状态。

大家试想一下，如果将当前电梯的状态设置为运行状态，那么打印的结果又会是什么呢？

你会发现只打印了一句话，为什么会这样呢？因为当前电梯正处于运行状态，那么此时是不允许你去开电梯门的，要是你在电梯运行的过程中开门那得多危险啊！那去关电梯门，可不可以呢？大可不必啊，因为电梯在运行过程中，本身电梯门就是关闭的，你再去关电梯门，不是有点脱裤子放屁的意思吗？那去运行电梯，可不可以呢？同样的道理啊，大可不必，因为电梯本身就在运行过程中，你再去运行电梯，那就没有必要了。那去让电梯停下来呢？此时就可以了，所以在执行电梯的stop方法时，你就能看到相应的输出结果了，即电梯停止了…！

大家再想一下，我们上面设计的系统有没有什么问题啊？是不是有如下这样的问题啊！

• 使用了大量的switch case这样的判断语句（当然了，有些人比较喜欢使用if else语句，不过效果都是一样)，使程序的可阅读性变得特别差。尤其是咱们Lift类中的方法，你会发现阅读起来体验特别特别差。

• 扩展性很差。如果新加了断电的状态，那么我们就需要修改上面的判断逻辑。

  其实，不光要修改上面的判断逻辑，我们还得在ILift接口里面定义一个表示断电状态的常量，然后再定义一个抽象的方法，接下来，在子类中还要去重写这个方法，并且对于前面已经定义好的四个方法也要进行一个修改，所以程序的扩展性是非常差的。

问题既然出现了，那么应该如何解决呢？嘿嘿，此时，我们就要使用状态模式了。那什么是状态模式呢？下面我就会讲到。

概述

上面我们做了一个电梯的案例，也引出了该电梯案例所存在的问题，并提出了解决方案，也就是使用状态模式来进行一个改进。那什么是状态模式呢？接下来，我们就来看一看它的概念。

对有状态的对象，把复杂的"判断逻辑"提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。

大家猛然看到状态模式的概念会有点懵！不过没关系，下面我会向大家一句一句来解释。