概念

狀態模式(State Pattern)：允許一個物件在其內部狀態改變時改變它的行為，物件看起來似乎修改了它的類。狀態模式是一種物件行為型模式。大家著重理解物件，多種狀態

狀態模式用於解決系統中複雜物件的狀態轉換以及不同狀態下行為的封裝問題。當系統中某個物件存在多個狀態，這些狀態之間可以進行轉換，而且物件在不同狀態下行為不相同時可以使用狀態模式。
狀態模式將一個物件的狀態從該物件中分離出來，封裝到專門的狀態類中，使得物件狀態可以靈活變化，對於使用者端而言，無須關心物件狀態的轉換以及物件所處的當前狀態，無論對於何種狀態的物件，使用者端都可以一致處理。

在狀態模式結構圖中包含如下幾個角色：

• Context（環境類）：環境類又稱為上下文類，它是擁有多種狀態的物件。由於環境類的狀態存在多樣性且在不同狀態下物件的行為有所不同，因此將狀態獨立出去形成單獨的狀態類。在環境類中維護一個抽象狀態類State的範例，這個範例定義當前狀態，在具體實現時，它是一個State子類的物件。

• State（抽象狀態類）：它用於定義一個介面以封裝與環境類的一個特定狀態相關的行為，在抽象狀態類中宣告了各種不同狀態對應的方法，而在其子類中實現類這些方法，由於不同狀態下物件的行為可能不同，因此在不同子類中方法的實現可能存在不同，相同的方法可以寫在抽象狀態類中。

• ConcreteState（具體狀態類）：它是抽象狀態類的子類，每一個子類實現一個與環境類的一個狀態相關的行為，每一個具體狀態類對應環境的一個具體狀態，不同的具體狀態類其行為有所不同。

環境類實際上是真正擁有狀態的物件，我們只是將環境類中與狀態有關的程式碼提取出來封裝到專門的狀態類中。在狀態模式結構圖中，環境類Context與抽象狀態類State之間存在單向關聯關係，在Context中定義了一個State物件。在實際使用時，它們之間可能存在更為複雜的關係，State與Context之間可能也存在依賴或者關聯關係。

在狀態模式的使用過程中，一個物件的狀態之間還可以進行相互轉換，通常有兩種實現狀態轉換的方式：

(1) 統一由環境類來負責狀態之間的轉換。此時，環境類還充當了狀態管理器(State Manager)角色，在環境類的業務方法中通過對某些屬性值的判斷實現狀態轉換，還可以提供一個專門的方法用於實現屬性判斷和狀態轉換。

(2)由具體狀態類來負責狀態之間的轉換。可以在具體狀態類的業務方法中判斷環境類的某些屬性值再根據情況為環境類設定新的狀態物件，實現狀態轉換，同樣，也可以提供一個專門的方法來負責屬性值的判斷和狀態轉換。此時，狀態類與環境類之間就將存在依賴或關聯關係，因為狀態類需要存取環境類中的屬性值。

實踐

以日常電梯為例，將電梯簡單分為四種狀態：開門、關門、執行、停止。
如果不使用狀態模式，普通if…else if …邏輯如何實現呢？

 /**
     * 普通實現結構
     */
    public void liftState(String state) {

        if (Constant.OPEN.equals(state)) {
            //open
            //close
        } else if (Constant.CLOSE.equals(state)) {
            //open
            //close
            //running
            //stop
        } else if (Constant.RUNNING.equals(state)) {
            //running
            //stop
        } else if (Constant.STOP.equals(state)) {
            //open
            //close
            //running
            //stop
        }
    }

以上模式的實現，很明顯不遵循設計模式的「開閉原則」，後期維護存在一定的問題。
下面使用狀態模式如何改進。
電梯狀態每個狀態還都要有特定的行為，比如在開門的狀態下，電梯只能關門，而不能執行；在關門狀態下，電梯可以執行、開門等。用一張表來表示這個關係：

狀態/動作	開門	關門	執行	停止
開門狀態	O	O	X	X
關門狀態	O		O	O
執行狀態	X	X		O
停止狀態	O	X	O

抽象狀態類

定義抽象狀態類：分別定義電梯的四種狀態方法。

public abstract class LiftState {

    protected LiftContext liftContext;

    public void setLiftContext(LiftContext liftContext){
        this.liftContext = liftContext;
    }

    abstract void openState();

    abstract void closeState();

    abstract void runningState();

    abstract void stopState();
}

這裡解釋一下為什麼 LiftState 類裡面會有一個LiftContext 物件。它的作用是去調節狀態的變化，它就是電梯，電梯狀態肯定是針對電梯來說的，所以選擇組合LiftContext 物件。
下面看下具體狀態實現類

具體狀態類

• 開門狀態：對於電梯開門時，肯定是可以關門的，同時開著門也不能執行電梯執行，多危險啊～故running（）不做任何處理，實際業務中可以拋例外處理等等…

public class LiftOpen extends LiftState {
    @Override
    public void openState() {
        System.out.println("電梯開門...");
    }

    @Override
    public void closeState() {
    	//修改狀態
        super.liftContext.changeState(Constant.CLOSE);
         //動作委託為CloseState來執行，也就是委託給了LifeClose子類執行這個動作
        super.liftContext.close();
    }

    @Override
    public void runningState() {
    }

    @Override
    public void stopState() {
        //電梯開門，已經處於停止狀態，無需執行其他操作
    }
}

• 關門狀態：除了當前的關門狀態，還具備開門、執行、停止狀態；電梯關門之後可以再開門；電梯門關閉之後，可以允許電梯執行；如果關門之後，未選擇樓層，電梯處於停止狀態。

public class LiftClose extends LiftState {
    @Override
    public void openState() {
        super.liftContext.changeState(Constant.OPEN);
        super.liftContext.open();
    }

    @Override
    public void closeState() {
        System.out.println("電梯關門...");
    }

    @Override
    public void runningState() {
        super.liftContext.changeState(Constant.RUNNING);
        super.liftContext.running();
    }

    @Override
    public void stopState() {
        super.liftContext.changeState(Constant.STOP);
        super.liftContext.stop();
    }
}

• 執行狀態：電梯執行時，除了具體執行狀態，當電梯到達指定樓層後，便可以處於停止狀態。對於開門狀態，執行時肯定不允許開門，故實際業務中可以拋例外處理。

public class LiftRunning extends LiftState {
    @Override
    public void openState() {
    }

    @Override
    public void closeState() {
    //電梯執行過程中，門始終處於關閉狀態
    }

    @Override
    public void runningState() {
        System.out.println("電梯執行中...");
    }

    @Override
    public void stopState() {
        super.liftContext.changeState(Constant.STOP);
        super.liftContext.stop();
    }
}

• 停止狀態：電梯停止狀態時，此時門處於關閉狀態，故closeState不必處理；停止時允許開門，也能夠允許電梯再次執行。

public class LiftStop extends LiftState {
    @Override
    public void openState() {
        super.liftContext.changeState(Constant.OPEN);
        super.liftContext.open();
    }

    @Override
    public void closeState() {
    }

    @Override
    public void runningState() {
        super.liftContext.changeState(Constant.RUNNING);
        super.liftContext.running();
    }

    @Override
    public void stopState() {
        System.out.println("電梯停止...");
    }
}

環境上下文

環境角色Context中，定義當前電梯的狀態，處於初始化狀態。同時提供外部存取方法。

public class LiftContext {
    //定義當前電梯狀態
    private LiftState liftState;

    public LiftState getLiftState() {
        return liftState;
    }

    public void setLiftState(LiftState liftState) {
        this.liftState = liftState;
        //通知各個實現類中
        this.liftState.setLiftContext(this);
    }

    /**
     * 環境類定義狀態轉化方法
     * @param state
     */
    public void changeState(String state) {
        switch (state) {
            case Constant.OPEN:
                this.setLiftState(new LiftOpen());
                break;
            case Constant.CLOSE:
                this.setLiftState(new LiftClose());
                break;
            case Constant.RUNNING:
                this.setLiftState(new LiftRunning());
                break;
            case Constant.STOP:
                this.setLiftState(new LiftStop());
                break;
            default:
                break;
        }
    }

    public void open() {
        this.liftState.openState();
    }

    public void close() {
        this.liftState.closeState();
    }

    public void running() {
        this.liftState.runningState();
    }

    public void stop() {
        this.liftState.stopState();
    }
}

使用者端

public class LiftClient {
    public static void main(String[] args) {

        LiftContext liftContext = new LiftContext();
        liftContext.changeState(Constant.OPEN);
        liftContext.open();
        liftContext.close();
        liftContext.running();
        liftContext.stop();

    }
}

執行結果：

原始碼地址：https://github.com/stream-source/stream-source/tree/master/informal-essay

總結

總結，對於狀態模式，自己理解起來挺費勁的，總感覺有一個梗過不去，實際上可以將狀態模式與責任鏈模式對比起來理解（後期分享責任鏈），就很清晰了。狀態模式將物件內部狀態的轉化，對於外部存取並不知道。
狀態模式：主要理解狀態和行為。狀態是如何產生的，以及這個狀態怎麼過渡到其他狀態（執行動作）。

1. 何時使用

• 程式碼中包含大量與物件狀態有關的條件語句

2. 方法

• 將各種具體的狀態類抽象出來

4. 優點

• 結構清晰，避免了過多的switch…case或if…else語句的使用
• 將所有與某個狀態有關的行為放到一個類中，並且可以方便地增加新的狀態，只需要改變物件狀態即可改變物件的行為
• 允許狀態轉換邏輯與狀態物件合成一體，而不是某一個巨大的條件語句塊

5. 缺點：

• 狀態模式的使用必然會增加系統類的物件的個數
• 狀態模式的結構與實現都較為複雜，如果使用不當講導致程式結構和程式碼的混亂。
• 狀態模式對「開閉原則」的支援並不太好，對於可以切換狀態的狀態模式，增加新的狀態類需要修改那些負責狀態轉換的原始碼，否則無法切換到新增狀態；而且修改某個狀態類的行為也需修改對應類的原始碼。

6. 使用場景:

• 物件的行為依賴於它的狀態（屬性）並且可以根據它的狀態而改變它的相關行為
• 程式碼中包含大量與物件狀態相關的條件語句

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參考資料：
1.狀態模式筆記
2.《Java 設計模式》