Java - GoF设计模式详解21（状态模式）
作者：hangge | 2023-06-30 09:23
二十一、状态模式
1，基本介绍
（1）状态模式（State）允许一个对象在其内部状态改变的时候改变它的行为，这个对象看起来像是改变了其类。
（2）该模式中包含的角色及其职责如下：
- 环境角色（Context）：也叫作上下文，它定义了客户需要的接口，内部维护一个当前的状态，并负责具体状态的切换。
- 抽象状态角色（Abstract State）：定义了一个接口，用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为。
- 具体状态（Concrete State）：实现抽象状态所定义的行为，并且在需要的情况下进行状态切换。
2，使用样例
（1）下面是一个关于打印机的状态模式示例。首先我们一个打印机状态接口（抽象状态），里面声明一个 print() 方法：
// 打印机状态接口
interface State {
// 开始打印
void print();
}
（2）接着定义了两种具体状态：可以打印的状态和缺纸的状态。
- 当打印机处于可以打印的状态时，调用 print() 方法会打印“正在打印...”，并将打印机的状态切换到缺纸的状态。
- 当打印机处于缺纸的状态时，调用 print() 方法会打印“缺纸，无法打印。”。
// 可以打印的状态
class CanPrintState implements State {
// 打印机对象
private Printer printer;
public CanPrintState(Printer printer) {
this.printer = printer;
}
@Override
public void print() {
System.out.println("正在打印...");
// 切换状态
printer.setState(printer.getOutOfPaperState());
}
}
// 缺纸的状态
class OutOfPaperState implements State {
// 打印机对象
private Printer printer;
public OutOfPaperState(Printer printer) {
this.printer = printer;
}
@Override
public void print() {
System.out.println("缺纸，无法打印。");
}
}
（3）然后定义一个打印机类（环境角色），内部维护一个当前的状态，并负责具体状态的切换。
// 打印机
class Printer {
// 可以打印的状态
private State canPrintState;
// 缺纸的状态
private State outOfPaperState;
// 当前的状态
private State state;
public Printer() {
// 初始化状态
canPrintState = new CanPrintState(this);
outOfPaperState = new OutOfPaperState(this);
// 设置当前状态为可以打印的状态
state = canPrintState;
}
// 打印
public void print() {
state.print();
}
// 设置状态
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public State getCanPrintState() {
return canPrintState;
}
public State getOutOfPaperState() {
return outOfPaperState;
}
}
（4）最后测试一下，我们们创建了一个 Printer 对象，并调用了它的 print() 方法。由于打印机的初始状态是可以打印的，所以在第一次调用 print() 方法时会打印“正在打印...”，并将打印机的状态切换到缺纸的状态。接着，当我们再次调用 print() 方法时，由于打印机的状态已经是缺纸，所以会打印“缺纸，无法打印。”。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Printer printer = new Printer();
printer.print();
printer.print();
}
}
附一：JDK 中的状态模式
（1）在 JDK 中的 java.util.Iterator 接口使用了状态模式。java.util.Iterator 中 的 hasNext 和 next 方法就是根据迭代器的内部状态来决定如何表现的。
- 例如，当迭代器处于“已遍历完集合中的所有元素”的状态时，调用 next 方法将抛出一个 NoSuchElementException 异常。
（2）java.util.Iterator 是一个接口，它包含了两个方法：hasNext 和 next。这两个方法的实现是由迭代器的具体实现类来决定的。这些具体实现类可以是某个集合的内部类，也可以是一个单独的类。
- hasNext 方法返回一个布尔值，表示迭代器是否还有下一个元素可供遍历。
- next 方法返回迭代器的下一个元素。
（3）在这些具体实现类中，迭代器会维护一些内部状态，比如当前遍历到的位置、是否已遍历完集合中的所有元素等。根据这些状态，迭代器的 hasNext 和 next 方法就会做出不同的反应。
例如，在 java.util.ArrayList 的内部类 Itr 中，迭代器维护了一个 cursor 变量，表示当前遍历到的位置。
- 在调用 hasNext 方法时，如果 cursor 小于 size（集合的大小），则说明还有下一个元素可供遍历，因此返回 true；如果 cursor 等于 size，则说明已遍历完集合中的所有元素，因此返回 false。
- 在调用 next 方法时，如果 cursor 小于 size，则返回下一个元素，并将 cursor 加一；如果 cursor 等于 size，则说明已遍历完集合中的所有元素，此时调用 next 方法就会抛出一个 NoSuchElementException 异常。
- Context（上下文）：这里的 Context 就是迭代器本身，也就是具体实现类。它维护了一些内部状态，并提供了 hasNext 和 next 方法来遍历集合中的元素。
- State（状态）：在这个示例中，状态就是迭代器的内部状态，比如当前遍历到的位置、是否已遍历完集合中的所有元素等。
- ConcreteState（具体状态）：在这个示例中，就是迭代器的两种内部状态：“有下一个元素可供遍历”和“已遍历完集合中的所有元素”。
附二：Spring 中的状态模式
1，Spring Statemachine
（1）Spring Statemachine 是一个基于状态模式的状态机框架。它提供了一种简单而灵活的方法来管理状态，转移和事件。
（2）在 Spring Statemachine 中，状态机的状态和转移是由状态实例和转移实例表示的。状态机的行为由状态实例和转移实例之间的关系定义，而不是由状态机的实现细节定义。这使得状态机的行为可以在运行时更改，并且可以在不同的场景中重用。
关于 Spring Statemachine 更详细的介绍可以参考我之前写的文章：
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