状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。用电梯来举例，电梯可以认为具有开门、关门、运行、停止四种状态，这四种状态之间的切换具有多种限制，比如在开门状态下不电梯不能运行，只能转为关门状态；在运行状态下，电梯只能转为停止状态...
设想一下，如果要常规的if-else或者switch-case描述电梯的这几种状态间的切换，将生成非常复杂的、逻辑相互交织的代码，可读性差且不易维护。
而如果用状态模式来实现，会是怎样的呢？
首先创建LiftState，代表抽象的电梯状态，包含了电梯的四个动作（方法），通过这些方法可以切换到对应的状态。
public abstract class LiftState
{
protected Context context;
public void SetContext(Context context)
{
this.context = context;
}
public abstract void Open();
public abstract void Close();
public abstract void Run();
public abstract void Stop();
}
Context是上下文类，它的作用是串联各个状态的过渡，在LiftSate抽象类中把Context类角色聚合进来，并传递到子类，这样4个具体的实现类中自己根据环境来决定如何进行状态的过渡。
public class Context
{
public readonly static OpenningState openningState = new OpenningState();
public readonly static ClosingState closingState = new ClosingState();
public readonly static RunningState runningState = new RunningState();
public readonly static StoppingState stoppingState = new StoppingState();
private LiftState liftState;
public LiftState LiftState
{
get
{
return liftState;
}
set
{
liftState = value;
liftState.SetContext(this);
}
}
public void Open()
{
this.liftState.Open();
}
public void Close()
{
this.liftState.Close();
}
public void Run()
{
this.liftState.Run();
}
public void Stop()
{
this.liftState.Stop();
}
}
接下来是四个具体的状态类，负责状态之间的切换和控制，以OpenningState为例，只能切换到Closing状态，其它切换状态的方法都是空实现。
public class OpenningState : LiftState
{
public override void Close()
{
base.context.LiftState = Context.closingState;
base.context.LiftState.Close();
}
public override void Open()
{
Console.WriteLine("Openning");
}
public override void Run()
{
//
}
public override void Stop()
{
//
}
}
public class ClosingState : LiftState
{
public override void Close()
{
Console.WriteLine("Closing");
}
public override void Open()
{
base.context.LiftState = Context.openningState;
base.context.LiftState.Open();
}
public override void Run()
{
base.context.LiftState = Context.runningState;
base.context.LiftState.Run();
}
public override void Stop()
{
base.context.LiftState = Context.stoppingState;
base.context.LiftState.Stop();
}
}
public class RunningState : LiftState
{
public override void Close()
{
//
}
public override void Open()
{
//
}
public override void Run()
{
Console.WriteLine("Running");
}
public override void Stop()
{
base.context.LiftState = Context.stoppingState;
base.context.LiftState.Stop();
}
}
public class StoppingState : LiftState
{
public override void Close()
{
//
}
public override void Open()
{
base.context.LiftState = Context.openningState;
base.context.LiftState.Open();
}
public override void Run()
{
base.context.LiftState = Context.runningState;
base.context.LiftState.Run();
}
public override void Stop()
{
Console.WriteLine("Stopping");
}
}
状态模式
通过上面的例子可以直观得看到状态模式的特点，它的核心是封装，状态的变更引起了行为的变更，从外部看起来就好像这个对象对应的类发生了改变一样。
GOF对状态模式的描述为：
Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class.
— Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software
状态模式的UML类图为
状态模式中有3个角色：
- State（抽象状态角色），接口或抽象类，负责对象状态定义，并且封装环境角色以实现状态切换。
- ConcreteState（具体状态角色），每一个具体状态必须完成两个职责：就是本状态下要做的事情，以及本状态如何过渡到其他状态。
- Context（环境角色），定义客户端需要的接口，并且负责具体状态的切换。
状态模式的通用的代码
public abstract class State
{
protected Context context;
public void SetState(Context context)
{
this.context = context;
}
public abstract void Handle1();
public abstract void Handle2();
}
public class ConcreteState1 : State
{
public override void Handle1()
{
//本状态下必须处理的逻辑
}
public override void Handle2()
{
base.context.CurrentState = Context.STATE2;
base.context.Handle2();
}
}
public class ConcreteState2 : State
{
public override void Handle1()
{
base.context.CurrentState = Context.STATE1;
base.context.Handle1();
}
public override void Handle2()
{
//本状态下必须处理的逻辑
}
}
public class Context
{
public readonly static State STATE1 = new ConcreteState1();
public readonly static State STATE2 = new ConcreteState2();
private State currentState;
public State CurrentState
{
get
{
return currentState;
}
set
{
this.currentState = value;
this.currentState.SetState(this);
}
}
public void Handle1()
{
this.CurrentState.Handle1();
}
public void Handle2()
{
this.CurrentState.Handle2();
}
}
关于Context类，通常的做法是把状态对象声明为静态常量，有几个状态对象就声明几个静态常量。而且环境角色具有状态抽象角色定义的所有行为，具体执行使用委托方式。
调用端代码：
public class Test
{
public static void Entry()
{
Context context = new Context();
context.CurrentState = Context.STATE1;
context.Handle1();
context.Handle2();
}
}
状态模式的优缺点
优点
- 结构清晰，避免了过多的switch...case或者if...else语句的使用，降低了程序的复杂性,提高系统的可维护性。
- 遵循设计原则，很好地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，修改状态则只需要修改对应的子类。
- 封装性非常好，这也是状态模式的基本要求，状态变换放置到类的内部来实现，外部的调用不用知道类内部如何实现状态和行为的变换。
缺点
状态模式主要的缺点在于，随着状态的增加，子类会变得太多。
状态模式的适用场景
- 行为需要随状态的改变而改变时
- 业务逻辑比较复杂，导致程序中大量使用了switch或者if语句，为了避免程序结构不清晰，逻辑混乱，可以使用状态模式来重构，通过扩展子类来实现了条件的判断处理。
- 另外，使用整体模式也需要注意避免滥用，只有当某个对象在它的状态发生改变时，它的行为也随着发生比较大的变化时，才考虑用状态模式，而且对象的状态最好不要超过5个。
参考书籍：
王翔著 《设计模式——基于C#的工程化实现及扩展》
