state

状态 State

✨模式类型✨✨	✨✨难度✨ ✨	✨✨实用性✨✨	✨✨重要程度✨✨	✨✨经典性✨✨	✨✨历史性✨
行为型模式	★★★ ⬇️	★★★★ ⬆️	★★★★★ ⬆️	💚 ⬆️	💚 ⬆️

概念

状态模式(State Pattern) ：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。其别名为状态对象(Objects for States)，状态模式是一种对象行为型模式。

用途

在很多情况下，一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性，这样的属性叫做状态，这样的对象叫做有状态的(stateful)对象，这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会改变，从而使得系统的行为也随之发生变化。 在UML中可以使用状态图来描述对象状态的变化。

模式架构

• 状态模式描述了对象状态的变化以及对象如何在每一种状态下表现出不同的行为。

• 状态模式的关键是引入了一个抽象类来专门表示对象的状态，这个类我们叫做抽象状态类，而对象的每一种具体状态类都继承了该类，并在不同具体状态类中实现了不同状态的行为，包括各种状态之间的转换。

• 在状态模式结构中需要理解环境类与抽象状态类的作用：

  • 环境类实际上就是拥有状态的对象，环境类有时候可以充当状态管理器(State Manager)的角色，可以在环境类中对状态进行切换操作。
  • 抽象状态类可以是抽象类，也可以是接口，不同状态类就是继承这个父类的不同子类，状态类的产生是由于环境类存在多个状态，同时还满足两个条件： 这些状态经常需要切换，在不同的状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中，使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类，而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。由于环境类可以设置为任一具体状态类，因此它针对抽象状态类进行编程，在程序运行时可以将任一具体状态类的对象设置到环境类中，从而使得环境类可以改变内部状态，并且改变行为。

参与角色对象

• Context: 环境类，环境类负责完成当前状态的存储和具体状态的切换操作。
• State: 抽象状态类，定义状态接口方法，具体状态和状态切换的操作。
• ConcreteState: 具体状态类，实现状态接口方法，具体状态和状态切换的操作。

UML关系图

优点与缺点

• 优点

  • 封装了转换规则。
  • 枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。
  • 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
  • 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。
  • 可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

• 缺点

  • 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
  • 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
  • 状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态；而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

代码实现

状态模式的实现要点如下：

• 定义Context环境类，实现状态的切换和具体状态的操作业务。
• 定义State状态接口，定义多个不同状态下的具体方法操作。
• 定义 ConcreteState具体状态类，定义接收Context环境类来实现完成不同状态切换的操作。

示例参考

• 状态模式

应用场景

状态模式适用于：

• 对象的行为取决于其状态，并且必须根据该状态在运行时更改其行为。
• 操作具有依赖于对象状态的大型多部分条件语句。该状态通常由一个或多个枚举常量表示。通常，几个操作将包含相同的条件结构。State模式将条件的每个分支放在一个单独的类中。这使您可以将对象的状态视为一个独立于其他对象的对象。
• 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，使客户类与类库之间的耦合增强。在这些条件语句中包含了对象的行为，而且这些条件对应于对象的各种状态。

应用实例参考

JavaSDK

• java.util.Iterator
• javax.faces.lifecycle.LifeCycle#execute()
• JDiameter - Diameter State Machine

GoSDK

PythonSDK

JavaScript Libs

总结

• 状态模式(State Pattern) ：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。
• 在很多情况下，一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性，这样的属性叫做状态，这样的对象叫做有状态的(stateful)对象，这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会改变，从而使得系统的行为也随之发生变化。
• 状态模式描述了对象状态的变化以及对象如何在每一种状态下表现出不同的行为。
• 状态模式的优点有：封装了转换规则；枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类；将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为；允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句；可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。
• 状态模式适用于：对象的行为取决于其状态，并且必须根据该状态在运行时更改其行为；操作具有依赖于对象状态的大型多部分条件语句；代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，使客户类与类库之间的耦合增强。