在Java中應用State設計模式

對象的狀態由各個屬性的當前值構成。當我們調用某個對象的setXXX()方法時，通常表示修改它的XXX屬性。另外，對象在執行方法時，也可能修改自己的狀態。在某些情形下，例如建立事務或機器模型時，對象的狀態可能是決定其行為的關鍵因素，依賴於狀態的代碼邏輯可能遍布於類的大量方法。State模式的目標就是簡化這類代碼，把依賴於狀態的邏輯集中到一組類，每一個類代表一種不同的狀態，避免if語句嵌套過深或過於復雜，轉而依賴於多態性來調用不同的方法。

狀態模型

如果對象的狀態信息很關鍵，對象會擁有一些變量來指示如何根據狀態做出相應的動作。這些變量大量地散布於復雜的多層嵌套if語句中，來描述對象如何響應可能出現的事件。用這種方式建立對象模型的最大缺點在於if語句可能變得相當復雜一旦要修改對象的狀態模型，往往有多個方法的許多if語句需要調整。

以傳送帶的門為例，考慮其狀態變化過程為：傳送帶的門由單個按鈕控制，並且假設初始時處於關閉狀態。按一下按鈕門開始打開，如果在門完全打開之前再次按下按鈕，門開始關閉。一旦門完全打開，它將在2秒延時之後自動開始關閉過程。要禁止門自動關閉，可以在門打開之後按一下按鈕。圖1描述了傳送門的狀態變化情況。它是一個UML狀態機（State Machine），其中click表示按下按鈕的動作。顯然，與純文字描述相比UML狀態機圖示更加直觀易懂。

按照常規的設計思路（不使用State設計模式），在模擬傳送帶工作過程的軟件中，可以使用一個Door1對象代表傳送門（如圖2所示），狀態改變事件由傳送帶軟件發送給Door1對象。

圖1 UML狀態機

圖2 狀態改變事件發送給Door1對象

Door1類從Observable派生，這樣客戶程序（例如一個GUI程序）就能夠方便地了解傳送門狀態。Door1類首先定義傳送門可能處於的狀態，代碼如下：

public class Door1 extends Observable {
　　public static final int CLOSED　 = 1;
　　public static final int OPENING　= 2;
　　public static final int OPEN　　 = 3;
　　public static final int CLOSING　= 4;
　　public static final int STAYOPEN = 5;
　　private int state = CLOSED;
　　//...
}

status()方法返回傳送門狀態的文字描述，如下所示：

public String status() {
　　switch (state) {
　　　　case OPENING :
　　　　　　return "正在打開";
　　　　case OPEN :
　　　　　　//...
　　　　default :
　　　　　　return "已關閉";
　　}
}

當用戶點擊傳送帶的按鈕時，傳送帶程序調用Door1對象的click()方法。click()方法模擬圖1所示的狀態裝換過程：

public void click() {
　　if (state == CLOSED) {
　　　　setState(OPENING);
　　}
　　else if (state == OPENING || state == STAYOPEN) {
　　　　setState(CLOSING);
　　}
　　else if (state == OPEN) {
　　　　setState(STAYOPEN);
　　}
　　else if (state == CLOSING) {
　　　　setState(OPENING);
　　}
}

Door1類的setState()方法向觀察者通知傳送門狀態改變事件，代碼如下：

private void setState(int state) {
　　this.state = state;
　　setChanged();
　　notifyObservers();
}