java设计模式学习之【状态模式】

引言

设想你正在使用一个在线视频播放器观看电影。随着你的互动，播放器可能处于不同的状态：播放、暂停、缓冲或结束。每个状态下，播放器的行为和可用选项都不同。这种能够根据当前状态调整行为的能力对于创建直观、响应灵敏的应用至关重要。在软件开发中，状态模式正是用来优雅地处理这种依赖状态的行为变化的情况，它帮助设计者清晰地分离和管理对象在不同状态下的行为。

状态模式简介

定义与用途

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象似乎修改了它的类。该模式封装了基于状态的行为，并且通过将每个状态实现为一个派生类的方式，将状态相关的行为局部化和集中化。

实现方式

实现状态模式通常涉及以下几个关键组件：

• 上下文（Context）：持有一个状态对象的引用，并允许外部客户端触发状态变化。
• 状态（State）：定义一个接口以封装与上下文的一个特定状态相关的行为。
• 具体状态（Concrete States）：实现状态接口的类，提供具体的行为实现。

使用场景

状态模式适用于以下场景：

• 当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其行为时。
• 当一个操作中含有庞大的多分支结构，并且这些分支依赖于对象的状态时。

例如：

1. 文档审批流程：文档在创建、审批、发布等不同状态之间转换，每个状态下文档的行为（如编辑、审批、发布）不同。
2. 交通信号灯：信号灯根据时间或条件变化其状态（红灯、绿灯、黄灯），每种状态下的行为（比如停车、行驶）也不同。
3. 游戏中的角色状态：游戏角色可能有多种状态（正常、加速、减速、无敌等），每种状态下角色的行为和属性有所不同。

优势与劣势

• 优势
  • 封装了基于状态的行为，并且将状态相关的行为局部化。
  • 通过消除庞大的条件分支语句，使得状态转换显式化。
• 劣势
  • 如果状态多且复杂，会导致有很多状态类，增加系统复杂度。
  • 应用不当会导致状态和策略模式混淆。

在Spring框架中的应用

在Spring框架中，状态模式可能不会像某些其他模式那样直接被提及，但是其核心概念在某些Spring的功能和管理方式中得到了体现。以下是在Spring框架中体现状态模式概念的几个方面：

1. Spring状态机（Spring State Machine）
Spring状态机（Spring State Machine）是对状态模式概念的直接实现。它提供了一个强大的方式来管理状态转换以及状态下的行为。在复杂逻辑和工作流的情况下，如订单管理、配置管理等，Spring状态机可以帮助开发者以声明性的方式管理状态和事件。

2. Spring Web Flow
在Spring Web Flow中，状态模式的概念被用于管理Web应用中的页面流。页面流可以看作是一系列状态和发生在这些状态之间的事件。Spring Web Flow允许开发者定义页面流程的状态（如视图状态、决策状态等），并且基于发生的事件移动到不同的状态，从而提供丰富的用户界面导航。

3. Spring Security的认证状态
在Spring Security中，用户的认证状态（如已认证、未认证、认证失败等）可以被看作是用户在安全上下文中的状态。Spring Security使用一系列的过滤器和认证管理器来处理这些状态变化，并执行相应的安全逻辑。

4. Session和会话管理
在Spring MVC中，会话（Session）的状态管理也可以被看作是状态模式的一个例子。会话中的数据代表了用户的状态（如用户认证、选择的语言、配置偏好等），这些状态可能会随着用户的交互而改变。

状态示例

步骤 1：创建接口

public interface State {
   public void doAction(Context context);
}

State 接口定义了一个 doAction 方法，所有的具体状态类将实现这个接口，以提供相应的行为。

步骤 2：创建实现相同接口的具体类

public class StartState implements State {

   public void doAction(Context context) {
      System.out.println("播放器处于开始状态");
      context.setState(this);    
   }

   public String toString(){
      return "开始状态";
   }
}

StartState 是一个具体的状态类，表示开始状态。当播放器处于这个状态时，它将执行相应的操作并更新上下文状态。

public class StopState  implements State{

    @Override
    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("播放器处于停止状态");
        context.setState(this);
    }

    @Override
    public String toString(){
        return "停止状态";
    }

}

StopState 是另一个具体的状态类，表示停止状态。在这个状态下，它将执行停止状态下的操作并更新上下文状态。

步骤 3：创建上下文类

public class Context {
   private State state;

   public Context(){
      state = null;
   }

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

   public State getState(){
      return state;
   }
}

Context 类持有一个状态对象的引用，并允许客户端通过 setState 方法改变其状态。它的行为随着状态的改变而改变。

步骤 4：使用上下文来看到状态改变时的行为变化

public class StatePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      Context context = new Context();

      StartState startState = new StartState();
      startState.doAction(context);

      System.out.println("当前状态: " + context.getState().toString());

      StopState stopState = new StopState();
      stopState.doAction(context);

      System.out.println("当前状态: " + context.getState().toString());
   }
}

在这个演示类中，我们创建了一个上下文对象并改变其状态。首先，我们将上下文设置为开始状态并执行相关操作，然后我们将上下文设置为停止状态并执行相关操作。在每个状态改变后，我们都打印出当前的状态来看到行为的变化。

这个示例演示了状态模式如何使对象的行为随其状态的改变而改变。通过将每个状态的行为封装在单独的类中，我们可以很容易地增加新的状态和行为，同时保持不同状态的行为分离和独立。

代码地址

23种设计模式相关代码后续会逐步提交到github上，方便学习，欢迎指点：
代码地址
https://github.com/RuofeiSun/lf-23Pattern