状态模式(State Pattern)

定义

对有状态的对象，把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。

结构

主要角色：

1. 环境类（Context）角色：也称为上下文，它定义了客户端需要的接口，内部维护一个当前状态，并负责具体状态的切换。
2. 抽象状态（State）角色：定义一个接口，用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为，可以有一个或多个行为。
3. 具体状态（Concrete State）角色：实现抽象状态所对应的行为，并且在需要的情况下进行状态切换。

结构图：
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应用

马里奥吃蘑菇

小马里奥（Small Mario）、超级马里奥（Super Mario）、火焰马里奥（Fire Mario）、斗篷马里奥（Cape Mario

public interface IMario {
  State getName();
  void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine);
  void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine);
}
public class SmallMario implements IMario {
  private static final SmallMario instance = new SmallMario();
  private SmallMario() {}
  public static SmallMario getInstance() {
    return instance;
  }
  @Override
  public State getName() {
    return State.SMALL;
  }
  @Override
  public void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(SuperMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 100);
  }
  @Override
  public void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(CapeMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 200);
  }
  @Override
  public void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(FireMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 300);
  }
  @Override
  public void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine) {
    // do nothing...
  }
}
// 省略SuperMario、CapeMario、FireMario类...
public class MarioStateMachine {
  private int score;
  private IMario currentState;
  public MarioStateMachine() {
    this.score = 0;
    this.currentState = SmallMario.getInstance();
  }
  public void obtainMushRoom() {
    this.currentState.obtainMushRoom(this);
  }
  public void obtainCape() {
    this.currentState.obtainCape(this);
  }
  public void obtainFireFlower() {
    this.currentState.obtainFireFlower(this);
  }
  public void meetMonster() {
    this.currentState.meetMonster(this);
  }
  public int getScore() {
    return this.score;
  }
  public State getCurrentState() {
    return this.currentState.getName();
  }
  public void setScore(int score) {
    this.score = score;
  }
  public void setCurrentState(IMario currentState) {
    this.currentState = currentState;
  }
}

利用单例

public interface IMario {
  State getName();
  void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine);
  void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine);
}
public class SmallMario implements IMario {
  private static final SmallMario instance = new SmallMario();
  private SmallMario() {}
  public static SmallMario getInstance() {
    return instance;
  }
  ...
}

优点

1. 结构清晰，状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
2. 将状态转换显示化，减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，且减少对象间的相互依赖。

3. 状态类职责明确，有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

   缺点

4. 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。

5. 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
6. 状态模式对开闭原则的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需要修改对应类的源码。

扩展

有限状态机

有限状态机，英文翻译是 Finite State Machine，缩写为 FSM，简称为状态机。状态机有 3 个组成部分：状态（State）、事件（Event）、动作（Action）。其中，事件也称为转移条件（Transition Condition）。事件触发状态的转移及动作的执行。不过，动作不是必须的，也可能只转移状态，不执行任何动作。
实现方式有三种：

• 基于条件判断的最简单的实现方法
• 基于查表法的实现方法
• 基于状态模式的实现方法

由于基于状态模式的实现方法会增加类个数，增加系统复杂度，故在查表法能应付的情况下，最好使用查表法。