【转】设计模式 ( 十七) 状态模式State（对象行为型）
設計模式 ( 十七) 狀態(tài)模式State（對象行為型）
1.概述
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在軟件開發(fā)過程中，應用程序可能會根據(jù)不同的情況作出不同的處理。最直接的解決方案是將這些所有可能發(fā)生的情況全都考慮到。然后使用if... ellse語句來做狀態(tài)判斷來進行不同情況的處理。但是對復雜狀態(tài)的判斷就顯得“力不從心了”。隨著增加新的狀態(tài)或者修改一個狀體（if else(或switch case)語句的增多或者修改）可能會引起很大的修改，而程序的可讀性，擴展性也會變得很弱。維護也會很麻煩。那么我們就需要考慮實現(xiàn)只修改自身狀態(tài)的模式。
例子1：按鈕來控制一個電梯的狀態(tài)，一個電梯開門，關門，停止，運行。每一種狀態(tài)改變，都有可能要根據(jù)其他狀態(tài)來更新處理。例如，開門狀態(tài)，你不能在運行的時候開門，而是在電梯停下后才能開門。
例子2：我們給一部手機打電話，就可能出現(xiàn)這幾種情況：用戶開機，用戶關機，用戶欠費停機，用戶銷戶等。 所以當我們撥打這個號碼的時候：系統(tǒng)就要判斷，該用戶是否在開機且不忙狀態(tài)，又或者是關機，欠費等狀態(tài)。但不管是那種狀態(tài)我們都應給出對應的處理操作。
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2.問題
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對象如何在每一種狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的行為？
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3.解決方案
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狀態(tài)模式：允許一個對象在其內部狀態(tài)改變時改變它的行為，使得對象看起來似乎修改了它的類。
在很多情況下，?一個對象的行為取決于一個或多個動態(tài)變化的屬性?，這樣的屬性叫做?狀態(tài)?，這樣的對象叫做?有狀態(tài)的?(?stateful?)?對象?，這樣的對象狀態(tài)是從事先定義好的一系列值中取出的。當一個這樣的對象與外部事件產(chǎn)生互動時，其內部狀態(tài)就會改變，從而使得系統(tǒng)的行為也隨之發(fā)生變化。
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4.適用性
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在下面的兩種情況下均可使用State模式:
1) 一個對象的行為取決于它的狀態(tài), 并且它必須在運行時刻根據(jù)狀態(tài)改變它的行為。
2)代碼中包含大量與對象狀態(tài)有關的條件語句?:一個操作中含有龐大的多分支的條件（?if else(或switch case)語句，且這些分支依賴于該對象的狀態(tài)。這個狀態(tài)通常用一個或多個枚舉常量表示。通常 , 有多個操作包含這一相同的條件結構。 State模式將每一個條件分支放入一個獨立的類中。這使得你可以根據(jù)對象自身的情況將對象的狀態(tài)作為一個對象，這一對象可以不依賴于其他對象而獨立變化。
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5.結構
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6.模式的組成
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環(huán)境類（Context）: ?定義客戶感興趣的接口。維護一個ConcreteState子類的實例，這個實例定義當前狀態(tài)。
抽象狀態(tài)類（State）: ?定義一個接口以封裝與Context的一個特定狀態(tài)相關的行為。
具體狀態(tài)類（ConcreteState）:??每一子類實現(xiàn)一個與Context的一個狀態(tài)相關的行為。
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7.效果
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State模式有下面一些效果:
狀態(tài)模式的優(yōu)點：
1 ) 它將與特定狀態(tài)相關的行為局部化，并且將不同狀態(tài)的行為分割開來:?State模式將所有與一個特定的狀態(tài)相關的行為都放入一個對象中。因為所有與狀態(tài)相關的代碼都存在于某一個State子類中, 所以通過定義新的子類可以很容易的增加新的狀態(tài)和轉換。另一個方法是使用數(shù)據(jù)值定義內部狀態(tài)并且讓 Context操作來顯式地檢查這些數(shù)據(jù)。但這樣將會使整個Context的實現(xiàn)中遍布看起來很相似的條件if else語句或switch case語句。增加一個新的狀態(tài)可能需要改變若干個操作, 這就使得維護變得復雜了。State模式避免了這個問題, 但可能會引入另一個問題, 因為該模式將不同狀態(tài)的行為分布在多個State子類中。這就增加了子類的數(shù)目，相對于單個類的實現(xiàn)來說不夠緊湊。但是如果有許多狀態(tài)時這樣的分布實際上更好一些, 否則需要使用巨大的條件語句。正如很長的過程一樣，巨大的條件語句是不受歡迎的。它們形成一大整塊并且使得代碼不夠清晰，這又使得它們難以修改和擴展。 State模式提供了一個更好的方法來組織與特定狀態(tài)相關的代碼。決定狀態(tài)轉移的邏輯不在單塊的 i f或s w i t c h語句中, 而是分布在State子類之間。將每一個狀態(tài)轉換和動作封裝到一個類中，就把著眼點從執(zhí)行狀態(tài)提高到整個對象的狀態(tài)。這將使代碼結構化并使其意圖更加清晰。
2) 它使得狀態(tài)轉換顯式化:?當一個對象僅以內部數(shù)據(jù)值來定義當前狀態(tài)時 , 其狀態(tài)僅表現(xiàn)為對一些變量的賦值，這不夠明確。為不同的狀態(tài)引入獨立的對象使得轉換變得更加明確。而且, State對象可保證Context不會發(fā)生內部狀態(tài)不一致的情況，因為從 Context的角度看，狀態(tài)轉換是原子的—只需重新綁定一個變量(即Context的State對象變量)，而無需為多個變量賦值
3) State對象可被共享?如果State對象沒有實例變量—即它們表示的狀態(tài)完全以它們的類型來編碼—那么各Context對象可以共享一個State對象。當狀態(tài)以這種方式被共享時, 它們必然是沒有內部狀態(tài), 只有行為的輕量級對象。
狀態(tài)模式的缺點:
1) 狀態(tài)模式的使用必然會增加系統(tǒng)類和對象的個數(shù)。
2) 狀態(tài)模式的結構與實現(xiàn)都較為復雜，如果使用不當將導致程序結構和代碼的混亂。
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8.實現(xiàn)
我們用電梯的例子來說明：
簡單地實現(xiàn)代碼：
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<?php
abstract class ILift {
//電梯的四個狀態(tài)
const OPENED_STATE = 1; //門敞狀態(tài)
const CLOSED_STATE = 2; //門閉狀態(tài)
const RUNNING_STATE = 3; //運行狀態(tài)
const STOPPED_STATE = 4; //停止狀態(tài)；
//設置電梯的狀態(tài)
public abstract function setState($state);
//首先電梯門開啟動作
public abstract function open();
//電梯門有開啟，那當然也就有關閉了
public abstract function close();
//電梯要能上能下，跑起來
public abstract function run();
//電梯還要能停下來，停不下來那就扯淡了
public abstract function stop();
}
/**
* 電梯的實現(xiàn)類
*/
class Lift extends ILift {
private $state;
public function setState($state) {
$this->state = $state;
}
//電梯門關閉
public function close() {
//電梯在什么狀態(tài)下才能關閉
switch($this->state){
case ILift::OPENED_STATE: //如果是則可以關門，同時修改電梯狀態(tài)
$this->setState(ILift::CLOSED_STATE);
break;
case ILift::CLOSED_STATE: //如果電梯就是關門狀態(tài)，則什么都不做
//do nothing;
return ;
break;
case ILift::RUNNING_STATE: //如果是正在運行，門本來就是關閉的，也說明都不做
//do nothing;
return ;
break;
case ILift::STOPPED_STATE: //如果是停止狀態(tài)，本也是關閉的，什么也不做
//do nothing;
return ;
break;
}
echo 'Lift colse <br>';
}
//電梯門開啟
public function open() {
//電梯在什么狀態(tài)才能開啟
switch($this->state){
case ILift::OPENED_STATE: //如果已經(jīng)在門敞狀態(tài)，則什么都不做
//do nothing;
return ;
break;
case ILift::CLOSED_STATE: //如是電梯時關閉狀態(tài)，則可以開啟
$this->setState(ILift::OPENED_STATE);
break;
case ILift::RUNNING_STATE: //正在運行狀態(tài)，則不能開門，什么都不做
//do nothing;
return ;
break;
case ILift::STOPPED_STATE: //停止狀態(tài)，淡然要開門了
$this->setState(ILift::OPENED_STATE);
break;
}
echo 'Lift open <br>';
}
///電梯開始跑起來
public function run() {
switch($this->state){
case ILift::OPENED_STATE: //如果已經(jīng)在門敞狀態(tài)，則不你能運行，什么都不做
//do nothing;
return ;
break;
case ILift::CLOSED_STATE: //如是電梯時關閉狀態(tài)，則可以運行
$this->setState(ILift::RUNNING_STATE);
break;
case ILift::RUNNING_STATE: //正在運行狀態(tài)，則什么都不做
//do nothing;
return ;
break;
case ILift::STOPPED_STATE: //停止狀態(tài)，可以運行
$this->setState(ILift::RUNNING_STATE);
}
echo 'Lift run <br>';
}
//電梯停止
public function stop() {
switch($this->state){
case ILift::OPENED_STATE: //如果已經(jīng)在門敞狀態(tài)，那肯定要先停下來的，什么都不做
//do nothing;
return ;
break;
case ILift::CLOSED_STATE: //如是電梯時關閉狀態(tài)，則當然可以停止了
$this->setState(ILift::CLOSED_STATE);
break;
case ILift::RUNNING_STATE: //正在運行狀態(tài)，有運行當然那也就有停止了
$this->setState(ILift::CLOSED_STATE);
break;
case ILift::STOPPED_STATE: //停止狀態(tài)，什么都不做
//do nothing;
return ;
break;
}
echo 'Lift stop <br>';
}
}
$lift = new Lift();
//電梯的初始條件應該是停止狀態(tài)
$lift->setState(ILift::STOPPED_STATE);
//首先是電梯門開啟，人進去
$lift->open();
//然后電梯門關閉
$lift->close();
//再然后，電梯跑起來，向上或者向下
$lift->run();
//最后到達目的地，電梯挺下來
$lift->stop();
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顯然我們已經(jīng)完成了我們的基本業(yè)務操作，但是，我們在程序中使用了大量的switch…case這樣的判斷（if…else也是一樣),首先是程序的可閱讀性很差，其次擴展非常不方便。一旦我們有新的狀態(tài)加入的話，例如新加通電和斷點狀態(tài)。我們勢必要在每個業(yè)務方法里邊增加相應的case語句。也就是四個函數(shù)open，close，run，stop都需要修改相應case語句。
狀態(tài)模式：把不同狀態(tài)的操作分散到不同的狀態(tài)對象里去完成?？纯礌顟B(tài)類的uml類圖：
代碼實現(xiàn)：
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<?php
/**
*
* 定義一個電梯的接口
*/
abstract class LiftState{
//定義一個環(huán)境角色，也就是封裝狀態(tài)的變換引起的功能變化
protected $_context;
public function setContext(Context $context){
$this->_context = $context;
}
//首先電梯門開啟動作
public abstract function open();
//電梯門有開啟，那當然也就有關閉了
public abstract function close();
//電梯要能上能下，跑起來
public abstract function run();
//電梯還要能停下來，停不下來那就扯淡了
public abstract function stop();
}
/**
* 環(huán)境類:定義客戶感興趣的接口。維護一個ConcreteState子類的實例，這個實例定義當前狀態(tài)。
*/
class Context {
//定義出所有的電梯狀態(tài)
static $openningState = null;
static $closeingState = null;
static $runningState = null;
static $stoppingState = null;
public function __construct() {
self::$openningState = new OpenningState();
self::$closeingState = new ClosingState();
self::$runningState = new RunningState();
self::$stoppingState = new StoppingState();
}
//定一個當前電梯狀態(tài)
private $_liftState;
public function getLiftState() {
return $this->_liftState;
}
public function setLiftState($liftState) {
$this->_liftState = $liftState;
//把當前的環(huán)境通知到各個實現(xiàn)類中
$this->_liftState->setContext($this);
}
public function open(){
$this->_liftState->open();
}
public function close(){
$this->_liftState->close();
}
public function run(){
$this->_liftState->run();
}
public function stop(){
$this->_liftState->stop();
}
}
/**
* 在電梯門開啟的狀態(tài)下能做什么事情
*/
class OpenningState extends LiftState {
/**
* 開啟當然可以關閉了，我就想測試一下電梯門開關功能
*
*/
public function close() {
//狀態(tài)修改
$this->_context->setLiftState(Context::$closeingState);
//動作委托為CloseState來執(zhí)行
$this->_context->getLiftState()->close();
}
//打開電梯門
public function open() {
echo 'lift open...', '<br/>';
}
//門開著電梯就想跑，這電梯，嚇死你！
public function run() {
//do nothing;
}
//開門還不停止？
public function stop() {
//do nothing;
}
}
/**
* 電梯門關閉以后，電梯可以做哪些事情
*/
class ClosingState extends LiftState {
//電梯門關閉，這是關閉狀態(tài)要實現(xiàn)的動作
public function close() {
echo 'lift close...', '<br/>';
}
//電梯門關了再打開，逗你玩呢，那這個允許呀
public function open() {
$this->_context->setLiftState(Context::$openningState); //置為門敞狀態(tài)
$this->_context->getLiftState()->open();
}
//電梯門關了就跑，這是再正常不過了
public function run() {
$this->_context->setLiftState(Context::$runningState); //設置為運行狀態(tài)；
$this->_context->getLiftState()->run();
}
//電梯門關著，我就不按樓層
public function stop() {
$this->_context->setLiftState(Context::$stoppingState); //設置為停止狀態(tài)；
$this->_context->getLiftState()->stop();
}
}
/**
* 電梯在運行狀態(tài)下能做哪些動作
*/
class RunningState extends LiftState {
//電梯門關閉？這是肯定了
public function close() {
//do nothing
}
//運行的時候開電梯門？你瘋了！電梯不會給你開的
public function open() {
//do nothing
}
//這是在運行狀態(tài)下要實現(xiàn)的方法
public function run() {
echo 'lift run...', '<br/>';
}
//這個事絕對是合理的，光運行不停止還有誰敢做這個電梯？！估計只有上帝了
public function stop() {
$this->_context->setLiftState(Context::$stoppingState); //環(huán)境設置為停止狀態(tài)；
$this->_context->getLiftState()->stop();
}
}
/**
* 在停止狀態(tài)下能做什么事情
*/
class StoppingState extends LiftState {
//停止狀態(tài)關門？電梯門本來就是關著的！
public function close() {
//do nothing;
}
//停止狀態(tài)，開門，那是要的！
public function open() {
$this->_context->setLiftState(Context::$openningState);
$this->_context->getLiftState()->open();
}
//停止狀態(tài)再跑起來，正常的很
public function run() {
$this->_context->setLiftState(Context::$runningState);
$this->_context->getLiftState()->run();
}
//停止狀態(tài)是怎么發(fā)生的呢？當然是停止方法執(zhí)行了
public function stop() {
echo 'lift stop...', '<br/>';
}
}
/**
* 模擬電梯的動作
*/
class Client {
public static function main() {
$context = new Context();
$context->setLiftState(new ClosingState());
$context->open();
$context->close();
$context->run();
$context->stop();
}
}
Client::main();
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9.與其他相關模式
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1）職責鏈模式，
職責鏈模式和狀態(tài)模式都可以解決If分支語句過多，
從定義來看，狀態(tài)模式是一個對象的內在狀態(tài)發(fā)生改變（一個對象，相對比較穩(wěn)定，處理完一個對象下一個對象的處理一般都已確定），
而職責鏈模式是多個對象之間的改變（多個對象之間的話，就會出現(xiàn)某個對象不存在的現(xiàn)在，就像我們舉例的公司請假流程，經(jīng)理可能不在公司情況），這也說明他們兩個模式處理的情況不同。
這兩個設計模式最大的區(qū)別就是狀態(tài)模式是讓各個狀態(tài)對象自己知道其下一個處理的對象是誰。
而職責鏈模式中的各個對象并不指定其下一個處理的對象到底是誰，只有在客戶端才設定。
用我們通俗的編程語言來說，就是
狀態(tài)模式：
??相當于If else if else；
??設計路線：各個State類的內部實現(xiàn)(相當于If，else If內的條件)
??執(zhí)行時通過State調用Context方法來執(zhí)行。
職責鏈模式：
??相當于Swich case
??設計路線：客戶設定，每個子類(case)的參數(shù)是下一個子類(case)。
??使用時，向鏈的第一個子類的執(zhí)行方法傳遞參數(shù)就可以。
就像對設計模式的總結，有的人采用的是狀態(tài)模式，從頭到尾，提前一定定義好下一個處理的對象是誰，而我采用的是職責鏈模式，隨時都有可能調整鏈的順序。
2）?策略模式：（http://www.cnblogs.com/Mainz/archive/2007/12/15/996081.html）（狀態(tài)模式是策略模式的孿生兄弟）
? ? ? ? 狀態(tài)模式和策略模式的實現(xiàn)方法非常類似，都是利用多態(tài)把一些操作分配到一組相關的簡單的類中，因此很多人認為這兩種模式實際上是相同的。
然而在現(xiàn)實世界中，策略（如促銷一種商品的策略）和狀態(tài)（如同一個按鈕來控制一個電梯的狀態(tài)，又如手機界面中一個按鈕來控制手機）是兩種完全不同的思想。當我們對狀態(tài)和策略進行建模時，這種差異會導致完全不同的問題。例如，對狀態(tài)進行建模時，狀態(tài)遷移是一個核心內容；然而，在選擇策略時，遷移與此毫無關系。另外，策略模式允許一個客戶選擇或提供一種策略，而這種思想在狀態(tài)模式中完全沒有。
? ? ? ?一個策略是一個計劃或方案，通過執(zhí)行這個計劃或方案，我們可以在給定的輸入條件下達到一個特定的目標。策略是一組方案，他們可以相互替換；選擇一個策略，獲得策略的輸出。策略模式用于隨不同外部環(huán)境采取不同行為的場合。我們可以參考微軟企業(yè)庫底層Object Builder的創(chuàng)建對象的strategy實現(xiàn)方式。而狀態(tài)模式不同，對一個狀態(tài)特別重要的對象，通過狀態(tài)機來建模一個對象的狀態(tài)；狀態(tài)模式處理的核心問題是狀態(tài)的遷移，因為在對象存在很多狀態(tài)情況下，對各個business flow，各個狀態(tài)之間跳轉和遷移過程都是及其復雜的。
? ? ? ?例如一個工作流，審批一個文件，存在新建、提交、已修改、HR部門審批中、老板審批中、HR審批失敗、老板審批失敗等狀態(tài)，涉及多個角色交互，涉及很多事件，這種情況下用狀態(tài)模式(狀態(tài)機)來建模更加合適；把各個狀態(tài)和相應的實現(xiàn)步驟封裝成一組簡單的繼承自一個接口或抽象類的類，通過另外的一個Context來操作他們之間的自動狀態(tài)變換，通過event來自動實現(xiàn)各個狀態(tài)之間的跳轉。在整個生命周期中存在一個狀態(tài)的遷移曲線，這個遷移曲線對客戶是透明的。我們可以參考微軟最新的WWF 狀態(tài)機工作流實現(xiàn)思想。
? ? ? 在狀態(tài)模式中，狀態(tài)的變遷是由對象的內部條件決定，外界只需關心其接口，不必關心其狀態(tài)對象的創(chuàng)建和轉化；
而策略模式里，采取何種策略由外部條件(C)決定。
? ? ??他們應用場景（目的）卻不一樣，State模式重在強調對象內部狀態(tài)的變化改變對象的行為，Strategy模式重在外部對策略的選擇，策略的選擇由外部條件決定，
也就是說算法的動態(tài)的切換。但由于它們的結構是如此的相似，我們可以認為“狀態(tài)模式是完全封裝且自修改的策略模式”。即狀態(tài)模式是封裝對象內部的狀態(tài)的，而策略模式是封裝算法族的
?
10.總結與分析
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? ? ? ??狀態(tài)模式的主要優(yōu)點在于封裝了轉換規(guī)則，并枚舉可能的狀態(tài)，它將所有與某個狀態(tài)有關的行為放到一個類中，并且可以方便地增加新的狀態(tài)，只需要改變對象狀態(tài)即可改變對象的行為，還可以讓多個環(huán)境對象共享一個狀態(tài)對象，從而減少系統(tǒng)中對象的個數(shù)；其缺點在于使用狀態(tài)模式會增加系統(tǒng)類和對象的個數(shù)，且狀態(tài)模式的結構與實現(xiàn)都較為復雜，如果使用不當將導致程序結構和代碼的混亂，對于可以切換狀態(tài)的狀態(tài)模式不滿足“開閉原則”的要求。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【转】设计模式 ( 十七) 状态模式State（对象行为型）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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