状态模式

King

状态模式，顾名思义，重点关注对象的各种状态。状态模式将对象的每一种状态独立成类，同时将对象的行为委托给对应的状态类执行。它的优点在于，当需要增加或者减少对象的状态时，只需要增加减少状态类，并修改少量的代码就能实现。

本文将采用状态模式和非状态模式分别实现同一个例子，以讲解状态模式的用法以及使用状态模式的好处。

例子很简单，我们想用程序来模拟人在不同负重下的行走和奔跑行为，负重越少，行走和奔跑就越轻松；负重越多行走和奔跑则愈发费劲，甚至根本就跑不动。

1. 普通方式实现人在不同负重下的行走和奔跑行为

首先采用最平常的方式来实现行走和奔跑的设计：

public class Human {
  private double weight;  //体重
  private double weightBearing;  //负重

  public Human(double weight){
    this.weight = weight;
  }

  public void setWeightBearing(double weightBearing){
    this.weightBearing = weightBearing;
  }

  public double getRate(){
    return weightBearing / weight;
  }

  public void walk(){
    double rate = getRate();
    if(rate < 0.2){
      System.out.println("轻轻松松地走。。。");
    }else if(rate < 0.6){
      System.out.println("气喘吁吁地走。。。");
    }else{
      System.out.println("只能慢慢走。。。");
    }
  }

  public void run(){
    double rate = getRate();
    if(rate < 0.2){
      System.out.println("一路小跑。。。");
    }else if(rate < 0.6){
      System.out.println("象征性地跑。。。");
    }else{
      System.out.println("跑不动。。。");
    }
  }
}

知识兔

然后测一测代码的效果：

public class StatePatternTest {
  public static void main(String[] args){
    StatePatternTest test = new StatePatternTest();
    test.normalTest();
  }
  public void normalTest(){
    Human human = new Human(150);
    human.walk();
    human.run();
    human.setWeightBearing(50);
    human.walk();
    human.run();
    human.setWeightBearing(100);
    human.walk();
    human.run();
  }
}

知识兔

输出如下：

轻轻松松地走。。。
一路小跑。。。
气喘吁吁地走。。。
象征性地跑。。。
只能慢慢走。。。
跑不动。。。

知识兔

代码看起来没有问题，不过我们发现，负重比在大于60%这个区间还可以进一步细化，因为负重越大，对体能影响越大，这个时候每增加10%可能都会有不一样的结果。对于这样的细化要求，我们需要修改上面每个方法里的分支语句，并且随着以后的细化需求越来越多，分支会越来越长，不利于维护。

通过观察分析，我们发现，不同的区间对应不同的行为，可以根据区间进行划分，每个区间实现自己的walk()和fun()方法，对于Human对象来说，不需要知道现在是处在哪个负重区间，只需要将行为委托给区间对象去处理就行了。在这里，我们称不同的区间为不同的状态，所有的状态实现或者继承同一个State对象。

接下来，我们准备使用状态模式重新实现行走和奔跑的设计，在继续进行下去之前，先给出状态模式的定义。

2. 状态模式的定义

状态模式允许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。

定义的第一部分说的是状态改变的时候，对象的行为也会随之改变，在我们的例子中，负重改变时，行走和奔跑的行为会有不同的表现；定义的第二部分是说，状态改变的时候对象发生对应的改变，在外界看起来，好像是在跟一个新的类打交道，实际上我们知道，对象还是那个对象，只是底层的实现改变了而已。

3. 采用状态模式的实现

下面将使用状态模式来重新设计，首先定义统一的状态接口State：

public interface State {
  void walk();
  void run();
}

知识兔

根据不同的负重定义三种负重状态：

//轻度负重类
public class SlightlyOverWeighted implements State {

  private SmartHuman human;

  public SlightlyOverWeighted(SmartHuman human){
    this.human = human;
  }

  @Override
  public void walk() {
    if(human.getRate() < 0.2){
      System.out.println("轻轻松松地走。。。");
    }else{
      human.setState(new MiddleOverWeighted(human));
      human.walk();
    }
  }

  @Override
  public void run() {
    if(human.getRate() < 0.2){
      System.out.println("一路小跑。。。");
    }else{
      human.setState(new MiddleOverWeighted(human));
      human.run();
    }
  }
}

知识兔

//中度负重类
public class MiddleOverWeighted implements State{
  private SmartHuman human;

  public MiddleOverWeighted(SmartHuman human){
    this.human = human;
  }

  @Override
  public void walk() {
    if(human.getRate() < 0.6){
      System.out.println("气喘吁吁地走。。。");
    }else{
      human.setState(new OverWeighted(human));
      human.walk();
    }
  }

  @Override
  public void run() {
    if(human.getRate() < 0.6){
      System.out.println("象征性地跑。。。");
    }else{
      human.setState(new OverWeighted(human));
      human.run();
    }
  }
}

知识兔

//超重类
public class OverWeighted implements State{
  private SmartHuman human;

  public OverWeighted(SmartHuman human){
    this.human = human;
  }

  @Override
  public void walk() {
    System.out.println("只能慢慢走。。。");
  }

  @Override
  public void run() {
    System.out.println("跑不动。。。");
  }
}

知识兔

下面测试一下采用状态模式的实现：

public class StatePatternTest {
  public static void main(String[] args){
    StatePatternTest test = new StatePatternTest();
    test.statePatternTest();
  }

  public void statePatternTest(){
    SmartHuman human = new SmartHuman(150);
    human.walk();
    human.run();
    human.setWeightBearing(50);
    human.walk();
    human.run();
    human.setWeightBearing(100);
    human.walk();
    human.run();
  }
}

知识兔

输出为：

轻轻松松地走。。。
一路小跑。。。
气喘吁吁地走。。。
象征性地跑。。。
只能慢慢走。。。
跑不动。。。

知识兔

4. 总结

新的测试类几乎与之前的测试一模一样，而且结果也符合预期。当我们想喜欢负重状态时，只需要增加对应的状态类，然后修改相邻状态类的少量代码即可。从上面的代码总结出状态模式的类图结构如下：

5. 参考文献

<<Head First设计模式>>

<<大话设计模式>>

计算机

2022年1月19日