Java 有限状态机 (设计模式——状态模式)

Java 有限状态机 (设计模式——状态模式)

编写代码的时候，有时会遇见较为复杂的swith...case...和if...else...语句。这一刻有时会想到状态机，用有限状态机替换swith...case...和if...else...可以：

• 降低程序的复杂度；
• 提高程序的可维护性；
• 状态机模式体现了开闭原则和单一职责原则。

每个状态都是一个子类，增加状态就要增加子类；修改状态只要修改一个类就行了。

以上是有限状态机的好处。其亦有缺点：

• 使用状态机子类会增多，也就是类膨胀，这点需要程序员在开发中自己衡量。

状态模式定义：

Allow an object to alter its behavior when its internal state changes.The object will appear to change its class.
允许对象在其内部状态发生变化时更改其行为。看起来像更改了其类 (这翻译不好,这里应该是体现了其封装性：外部的调用不用知道其内部如何实现状态和行为变化的)。

举个例子

我们每天都乘坐电梯，电梯有四种状态：开门、关门、运行、停止。

Col1	开门 行为	关门 行为	运行 行为	停止 行为
开门 态	no	yes	no	no
关门 态	yes	no	yes	yes
运行 态	no	no	no	yes
停止 态	yes	no	yes	no

LiftState.java

/**
 * 定义电梯行为：打开、关闭、运行、停止
 */
public abstract class LiftState {

    // 拥有一个电梯对象，用于更新电梯当前状态
    protected Lift mLift;

    /**
     * 通过构造函数引入电梯的实例化对象
     *
     * @param lift
     */
    public LiftState(Lift lift) {
        this.mLift = lift;
    }

    /**
     * 行为：打开电梯门
     */
    public abstract void open();

    /**
     * 行为：关闭电梯门
     */
    public abstract void close();

    /**
     * 行为：电梯运行
     */
    public abstract void run();

    /**
     * 行为：电梯停止运行
     */
    public abstract void stop();
}

电梯的四种状态

public class OpeningState extends LiftState {


    public OpeningState(Lift lift) {
        super(lift);
    }


    @Override
    public void open() {
        // 执行开门动作
        System.out.println("执行开门动作");
    }

    @Override
    public void close() {
        // 执行关门动作
        // 1、转化为关门状态
        mLift.setState(mLift.getCloseingState());
        // 2、关门
        mLift.close();
    }

    @Override
    public void run() {
        // do noting
        // 开门状态，不能执行运行动作

    }

    @Override
    public void stop() {
        // do noting
        // 开门状态下，不执行停止动作
    }
}

public class ClosingState extends LiftState {


    public ClosingState(Lift lift) {
        super(lift);
    }


    @Override
    public void open() {
        // 执行开门动作
        // 1、变化为开门状态
        this.mLift.setState(mLift.getOpenningState());
        // 2、开门
        this.mLift.open();
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("执行关门动作");
    }

    @Override
    public void run() {
        // 运行动作
        // 1、运行状态
        this.mLift.setState(mLift.getRunningState());
        // 2、运行动作
        this.mLift.run();
    }

    @Override
    public void stop() {
        // 停止动作
        // 1、转化为停止状态
        this.mLift.setState(mLift.getStoppingState());
        // 2、停止
        this.mLift.stop();
    }

}

public class RunningState extends LiftState {


    public RunningState(Lift lift) {
        super(lift);
    }


    @Override
    public void open() {
        // do noting
    }

    @Override
    public void close() {
        // do noting
    }

    @Override
    public void run() {
        // 运行动作
        System.out.println("电梯上下运行中...");
    }

    @Override
    public void stop() {
        // 停止动作
        // 1、转化为停止状态
        this.mLift.setState(mLift.getStoppingState());
        // 2、停止动作
        this.mLift.stop();
    }

}

public class StoppingState extends LiftState {


    public StoppingState(Lift lift) {
        super(lift);
    }

    @Override
    public void open() {
        // 开门动作
        // 1、开门状态
        this.mLift.setState(mLift.getOpenningState());
        // 2、执行开门动作
        this.mLift.open();
    }

    @Override
    public void close() {
        // do noting
    }

    @Override
    public void run() {
        // 运行动作
        // 1、运行状态
        this.mLift.setState(mLift.getRunningState());
        // 2、运行动作
        this.mLift.run();
    }

    @Override
    public void stop() {
        // 电梯停止动作
        System.out.println("电梯停止运行...");
    }


}

定义电梯类

/**
 * 定义电梯类
 */
public class Lift {
    //定义出电梯的所有状态
    private LiftState openningState;
    private LiftState closingState;
    private LiftState runningState;
    private LiftState stoppingState;

    // 定义当前电梯状态
    private LiftState mCurState;


    /**
     * 构造方法
     */
    public Lift() {
        openningState = new OpeningState(this);
        closingState = new ClosingState(this);
        runningState = new RunningState(this);
        stoppingState = new StoppingState(this);
    }

    /**
     * 执行开门动作
     */
    public void open() {
        mCurState.open();
    }

    /**
     * 执行关门动作
     */
    public void close() {
        mCurState.close();
    }

    /**
     * 执行运行动作
     */
    public void run() {
        mCurState.run();
    }

    /**
     * 执行停止动作
     */
    public void stop() {
        mCurState.stop();
    }

    // ##################设置当前电梯状态#####################

    /**
     * 设置当前电梯状态
     *
     * @param state
     */
    public void setState(LiftState state) {
        this.mCurState = state;
    }

    // ###################获取电梯的全部状态####################

    public LiftState getOpenningState() {
        return openningState;
    }

    public LiftState getCloseingState() {
        return closingState;
    }

    public LiftState getRunningState() {
        return runningState;
    }

    public LiftState getStoppingState() {
        return stoppingState;
    }

}

运行

public static void main(String[] args) {
        Lift lift = new Lift();
        lift.setState(new ClosingState(lift));
        lift.open();
        lift.close();
        lift.run();
        lift.stop();
    }

运行结果

执行开门动作
执行关门动作
电梯上下运行中...
电梯停止运行...

参考：

《设计模式之禅》