设计模式系列篇(十七)——状态模式

What

状态模式（State Pattern），允许一个对象在其内部状态改变的时候改变其行为。这个对象看上去就像是改变了它的类一样。状态模式是一种对象行为型模式。

Why

状态模式可以通过将事件触发的状态转移和动作执行，拆分到不同的状态类中，来避免分支判断逻辑。
状态模式可以封装转换规则。
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。

对于这些优点，大家可以从下面具体的实例中去感受。

When

在以下情况下可以使用状态模式：

对象的行为依赖于它的状态（属性）并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。
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。

How

用一句话来表述，状态模式把所研究的对象的行为包装在不同的状态对象里，每一个状态对象都属于一个抽象状态类的一个子类。状态模式的意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。
《超级马里奥》这款游戏，大家应该都玩过吧。马里奥的状态变换规则如下：

游戏一开始，小马里奥从天而降，欢乐的蹦哒着，虽然金钱袋空空如也；
当小马里奥吃掉蘑菇后，小马奥就变身大马里奥，并且可以得到一定金钱作为奖励；
当小马里奥碰到怪兽时，小马里奥就直接gg了，金钱袋直接变空了；
当大马里奥碰到怪兽时，大马里奥就一波回到解放前，变成了小马里奥，并扣除一部分金钱。

以上马里奥的状态变化伴随金钱的增加与减少，这个案例特别适合使用状态模式来实现。下面，我们就来用代码实现下该需求。
首先，我们定义一个接口，实现该接口可以实现不同状态的马里奥。该接口下，定义事件，即吃蘑菇和碰到怪兽。

public interface IMario {
    State getState();

    void obtainMushRoom();

    void meetMonster();
}

public class SmallMario implements IMario {
    private MarioStateMachine marioStateMachine;

    public SmallMario(MarioStateMachine marioStateMachine) {
        this.marioStateMachine = marioStateMachine;
    }

    @Override
    public State getState() {
        return State.SMALL;
    }

    @Override
    public void obtainMushRoom() {
        System.out.println("Small Mario obtain mushroom");
        marioStateMachine.addMoney(100);
        marioStateMachine.setState(new SuperMario(marioStateMachine));
        System.out.println("Add money: " + 100);
        System.out.println("Current state: " + marioStateMachine.getState().getState());
    }

    @Override
    public void meetMonster() {
        System.out.println("Small Mario meets monster");
        marioStateMachine.addMoney(200);
        System.out.println("Sub money: " + 200);
        System.out.println("Current state: " + marioStateMachine.getState().getState());
    }
}

public class SuperMario implements IMario {
    private MarioStateMachine marioStateMachine;

    public SuperMario(MarioStateMachine marioStateMachine) {
        this.marioStateMachine = marioStateMachine;
    }

    @Override
    public State getState() {
        return State.SUPER;
    }

    @Override
    public void obtainMushRoom() {
        System.out.println("Super Mario obtain mush room");
        this.marioStateMachine.addMoney(100);
        System.out.println("add money: " + 100);
    }

    @Override
    public void meetMonster() {
        System.out.println("Super Mario meets monster");
        this.marioStateMachine.setState(new SmallMario(marioStateMachine));
        this.marioStateMachine.subMoney(200);
        System.out.println("sub money: " + 200);
        System.out.println("current state: " + marioStateMachine.getState().getState());
    }
}

接下来，我们定义下状态机类，该类下包含两个成员属性——金钱（money）和状态（state），注意状态（state）变量需要在状态变化时传入下一个状态，就像上面SmallMario中的obtainMushRoom方法，需要调用this.marioStateMachine.setState(new SuperMario(this.marioStateMachine))，这样marioStateMachine.getState()时就会返回更新后的状态。

public class MarioStateMachine {
    private Integer money;
    private IMario state;

    public Integer getMoney() {
        return money;
    }

    public IMario getState() {
        return state;
    }

    public void setState(IMario state) {
        this.state = state;
    }

    public MarioStateMachine() {
        this.money = 0;
        this.state = new SmallMario(this);
    }

    public void addMoney(Integer prize) {
        this.money += prize;
    }

    public void subMoney(Integer punishment) {
        this.money -= punishment;
    }
}

这里可能比较绕，可以好好思考下。

最后，来个测试类：

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        MarioStateMachine marioStateMachine = new MarioStateMachine();
        marioStateMachine.getState().obtainMushRoom();
        marioStateMachine.getState().meetMonster();
        marioStateMachine.getState().meetMonster();
        Integer money = marioStateMachine.getMoney();
        System.out.println("Final money: " + money);
    }
}

输出如下：

Small Mario obtain mushroom
Add money: 100
Current state: SUPER
Super Mario meets monster
sub money: 200
current state: SMALL
Small Mario meets monster
Sub money: 200
Current state: SMALL
Final money: 100

代码地址

i-learning

写在最后

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