初識設計模式 – 狀態模式
簡介
狀態模式（State Design Pattern）的定義是，允許一個對象在內部狀態改變時改變它的行為，對象看起來似乎修改了它的類。
在狀態模式中，通常有兩種方式實現狀態轉換：統一由環境類來負責狀態之間的轉換；由具體狀態類來負責狀態之間的轉換。
狀態機
概念
狀態模式一般用於實現狀態機，而狀態機常用在遊戲、工作流引擎等系統開發中。狀態機的實現方式有多種，除了狀態模式，比較常用的還有分支邏輯法和查表法。
狀態機會有 3 個組成部分：狀態（State）、事件（Event）、動作（Action）。
拿「超級馬里奧」遊戲來舉例，其中馬里奧形態的轉變就是一個狀態機：初始狀態是小馬里奧，吃蘑菇這個事件會觸髮狀態的轉移，從小馬里奧轉變成超級馬里奧，以及觸發動作的執行（增加積分）。
分支邏輯法
最簡單的狀態機實現方式就是分支邏輯法，其理解非常簡單，就是將每一個狀態轉移都直譯成程式碼。
其缺點是，程式碼中會充斥著 if-else 或 switch 分支判斷邏輯，甚至是嵌套的分支判斷邏輯，當狀態較多時，程式碼的可讀性會比較低。
查表法
查表法的實現邏輯是，將狀態、事件和動作三者存儲到一個二維表中，這樣可以清晰地表示，一個動作發生某個事件時，會轉移到怎樣的狀態以及觸發怎樣的動作。
在實現過程中，將二維表的數據存儲到配置文件中，可以通過動態地修改配置文件以達到修改狀態機的目的。
具體實現
仍然還是拿「超級馬里奧」遊戲來舉例說明，初始狀態是小馬里奧，吃蘑菇這個事件會觸髮狀態的轉移，從小馬里奧轉變成超級馬里奧，以及觸發動作的執行（增加積分）。
首先，定義一個抽象狀態 State 介面，其程式碼示例如下：
public interface State {
// 聲明抽象業務方法，不同的具體狀態可以有不同的方法實現
void handle();
}
對於小馬里奧狀態，定義一個實現 State 介面的 SmallState 類，其程式碼示例如下：
public class SmallState implements State {
@Override
public void handle() {
// 業務方法的具體實現
System.out.println("變成小馬里奧狀態");
}
}
對於超級馬里奧狀態，定義一個實現 State 介面的 SuperState 類，其程式碼示例如下：
public class LargeState implements State {
@Override
public void handle() {
// 業務方法的具體實現
System.out.println("變成超級馬里奧狀態");
}
}
在狀態模式中，需要創建一個 Context 類用於保存對於一個具體狀態對象的引用，並且負責狀態的保持和轉變。其程式碼示例如下：
public class Context {
private State state;
public void setState(State state) {
// 注入狀態對象
this.state = state;
}
public void request() {
// 調用狀態對象的業務方法
this.state.handle();
}
}
對於客戶端，直接操作 Context 對象並根據狀態的轉變傳入不同的狀態對象，這樣即可實現狀態機的功能，其程式碼示例如下：
class StateDemo {
public static void main(String[] args) {
Context context = new Context();
State smallState = new SmallState();
context.setState(smallState);
// 變成小馬里奧狀態
context.request();
State largeState = new LargeState();
context.setState(largeState);
// 變成超級馬里奧狀態
context.request();
}
}
總結
優點
狀態模式的主要優點如下：
- 狀態模式統一封裝了狀態的轉換規則，對狀態轉換程式碼進行集中管理
- 將不同的狀態引入獨立的對象中使得狀態轉換變得更加明確，且減少對象間的相互依賴
- 狀態的職責分明，通過定義新的子類可以很容易地增加新的狀態和轉換
缺點
狀態模式的主要缺點如下：
- 每個狀態都會新增一個具體的狀態子類，導致系統的運行開銷增大
- 狀態模式的結構和實現都較為複雜，使用不當會導致程式結構和程式碼的混亂
- 對於可以切換的狀態模式，增加新的狀態類需要修改那些負責狀態轉換的源碼，否則無法切換到新增的狀態，而且修改某個狀態類的行為也要修改對應類的源碼
適用場景
狀態模式的適用場景如下：
- 對象的行為依賴於它的狀態，狀態的改變將導致行為的變化
- 在程式碼中包括大量與對象狀態有關的條件語句
