Java/Android 设计模式系列（19）--状态模式

　　这篇博客我们来介绍一下状态模式（State Pattern），也是行为型设计模式之一。状态模式的行为是由状态来决定的，不同的状态下有不同的行为。状态模式和策略模式的结构类图几乎完全一样，但它们的目的、本质却完全不一样。状态模式的行为是平行的、不可替换的，策略模式的行为是彼此独立、可相互替换的。状态模式把对象的行为包装在不同的状态对象里，每一个状态对象都有一个共同的抽象状态基类；而策略模式可以想象成是除了继承之外的一种弹性替代方案，如果你使用继承定义了一个类的行为，你将被这个行为困住，甚至要修改它都很难，有了策略模式，你可以通过组合不同的对象来改变行为。状态模式的意图是让一个对象在其内部状态发生改变的时候，其行为也随之改变。

　　

设计模式总目录

　　Java/Android 设计模式系列–目录

特点

　　当一个对象的内在状态改变时允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类。

　　状态模式的使用场景：

一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为；

代码中包含大量与状态有关的条件语句，例如，一个操作中含有庞大的多分枝语句（if-else 或者 switch-case），且这些分支依赖于该对象的状态。

状态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，这样通过多态来去除过多的、重复的 if-else 等分支语句。

UML类图

　　


　　

状态模式的 uml 类图有三个角色：

Context：环境类，定义客户感兴趣的接口，维护一个 State 子类，这个实例定义了对象的当前状态；

State：抽象状态类或者状态接口，定义一个或者一组接口，表示该状态下的行为；

ConcreteStateA、ConcreteStateB：具体状态类，每一个具体的状态类实现抽象的 State 中定义的接口，从而达到不同状态下的不同行为。

据此我们可以写出状态模式的通用代码：

状态接口以及相关子类：

State.class

public interface State {
void doSomething();
}

ConcreteStateA.class、ConcreteStateB.class、NullState.class

public class ConcreteStateA implements State {
@Override
public void doSomething() {
System.out.print("this is ConcreteStateA's function\n");
}
}

public class ConcreteStateB implements State{
@Override
public void doSomething() {
System.out.print("this is ConcreteStateB's function\n");
}
}

public class NullState implements State{
@Override
public void doSomething() {
//do nothing
}
}

Context类以及测试代码：

Context.class

public class Context {
private State state = new NullState();

void setState(State state) {
this.state = state;
}

void doSomething() {
state.doSomething();
}

public static void main(String[] args) {
Context context = new Context();
context.setState(new ConcreteStateA());
context.doSomething();
context.setState(new ConcreteStateB());
context.doSomething();
}
}

最后结果：

this is ConcreteStateA's function
this is ConcreteStateB's function

示例与源码

　　在 Android 源码中也有很多状态模式的例子，MediaPlayer 和 WifiStateEngine 等，这里我们来简单看看 MediaPlayer 的状态机：

　　


椭圆代表 MediaPlayer 对象可能驻留的状态。弧线表示驱动 MediaPlayer 在各个状态之间迁移的播放控制操作。这里有两种类型的弧线。由一个箭头开始的弧代表同步的方法调用，而以双箭头开头的代表的弧线代表异步方法调用。MediaPlayer在这我就不详细介绍了，网上资料很多，感兴趣的可以去查阅一下。

　　这里再介绍一下状态机，又称为有限状态自动机 (FSM：Finite State Machine)，是表示有限多个状态以及在这些状态之间转移和动作的数学模型。状态存储关于过去的信息，它反映从系统开始到现在时刻输入的变化；转移指示状态变更，用必须满足来确使转移发生的条件来描述它；动作是在给定时刻要进行的活动描述，详细的看看这篇博客：有限状态机(FSM)的Java 演示 。

　　实际 android 开发过程中，我们一般会去根据实际情况去先构造一个状态图，定义每个状态和每个状态之间切换的事件，类似于上图的 MediaPlayer，然后将该信息录入进入状态机，当目前的状态接收到一个非法的跳转事件时，可以抛出异常，这样就能保证一切按照预先设定好的方向进行。

Demo

　　我们这里仍然以 wiki 上的 demo 为例，来实现一堆字符串的一个大小写间隔打印：

Statelike.class

interface Statelike {
void writeName(StateContext context, String name);
}

StateLowerCase.class 和 StateMultipleUpperCase.class

class StateLowerCase implements Statelike {
@Override
public void writeName(final StateContext context, final String name) {
System.out.println(name.toLowerCase());
context.setState(new StateMultipleUpperCase());
}
}

class StateMultipleUpperCase implements Statelike {
/** Counter local to this state */
private int count = 0;

@Override
public void writeName(final StateContext context, final String name) {
System.out.println(name.toUpperCase());
/* Change state after StateMultipleUpperCase's writeName() gets invoked twice */
if(++count > 1) {
context.setState(new StateLowerCase());
}
}

}

StateContext.class

class StateContext {
private Statelike myState;
StateContext() {
setState(new StateLowerCase());
}

/**
* Setter method for the state.
* Normally only called by classes implementing the State interface.
* @param newState the new state of this context
*/
void setState(final Statelike newState) {
myState = newState;
}

public void writeName(final String name) {
myState.writeName(this, name);
}

public static void main(String[] args) {
final StateContext sc = new StateContext();

sc.writeName("Monday");
sc.writeName("Tuesday");
sc.writeName("Wednesday");
sc.writeName("Thursday");
sc.writeName("Friday");
sc.writeName("Saturday");
sc.writeName("Sunday");
}
}

最后结果：

monday
TUESDAY
WEDNESDAY
thursday
FRIDAY
SATURDAY
sunday

例子也很简单，一目了然。

总结

　　状态模式的关键点在于不同的状态下对于统一行为有不同的响应，这其实就是一个将 if-else 用多态来实现的一个具体实例。在 if-else 或者 switch-case 形势下根据不同的状态进行判断，如果是状态 A 那么执行方法 A，状态 B 执行方法 B，但这种实现使得逻辑耦合在一起，易于出错不易维护，通过状态模式能够很好的消除这类“丑陋”的逻辑处理，当然并不是任何出现 if-else 的地方都应该通过状态模式重构，模式的运用一定要考虑所处的情景以及你要解决的问题，只有符合特定的场景才建议使用对应的模式。和程序状态机（PSM）不同，状态模式用类代表状态，状态的转换可以由 State 类或者 Context 类控制。

　　

优点：

通过将每个状态封装进一个类，将以后所做的修改局部化；

将所有与一个特定状态相关的行为封装到一个对象中，繁琐的状态判断转换成结构清晰的状态类族，在避免代码膨胀的同时增加可维护性和可扩展性。

缺点当然也很明显，也是绝大部分设计模式的通病，类数目的增多。

源码下载

　　https://github.com/Jakey-jp/Design-Patterns/tree/master/StatePattern

引用

https://en.wikipedia.org/wiki/State_pattern

http://blog.csdn.net/jason0539/article/details/45021055

http://blog.csdn.net/shulianghan/article/details/38487967

http://blog.csdn.net/eager7/article/details/8517827