一、背景
状态这个词汇我们并不陌生，在日常生活中，不同时间就有不同的状态，早上起来精神饱满，中文想睡觉，下午又渐渐恢复，晚上可能精神更旺也可能耗费体力只想睡觉，这一天中就对应着不同的状态。
二、定义
状态（State）模式的定义：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。
2.1. 模式的结构
状态模式包含以下主要角色。
- 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。
- 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。
- 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。
UML图如下：
代码
using System;
using System.Collections.Generic;
namespace ConsoleApp1
{
/// <summary>
/// 环境类
/// </summary>
public class Context
{
private State state;
//定义环境类的初始状态
public Context()
{
this.state = new ConcreteStateA();
}
//设置新状态
public void setState(State state)
{
this.state = state;
}
//读取状态
public State getState()
{
return (state);
}
//对请求做处理
public void Handle()
{
state.Handle(this);
}
}
/// <summary>
/// 抽象状态类
/// </summary>
public abstract class State
{
public abstract void Handle(Context context);
}
//具体状态A类
public class ConcreteStateA : State
{
public override void Handle(Context context)
{
Console.WriteLine("当前状态是 A.");
context.setState(new ConcreteStateB());
}
}
/// <summary>
/// 具体状态B类
/// </summary>
public class ConcreteStateB : State
{
public override void Handle(Context context)
{
Console.WriteLine("当前状态是 B.");
context.setState(new ConcreteStateA());
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Context context = new Context(); //创建环境
context.Handle(); //处理请求
context.Handle();
context.Handle();
context.Handle();
Console.ReadKey();
}
}
}
运行结果
三、实例
用“状态模式”设计一个多线程的状态转换程序。
分析：多线程存在 5 种状态，分别为新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态和死亡状态，各个状态当遇到相关方法调用或事件触发时会转换到其他状态，其状态转换规律如图 所示。
UML如图所示
程序代码如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
namespace ConsoleApp1
{
/// <summary>
/// 环境类
/// </summary>
class ThreadContext
{
private ThreadState state;
public ThreadContext()
{
state = new New();
}
public void setState(ThreadState state)
{
this.state = state;
}
public ThreadState getState()
{
return state;
}
public void start()
{
((New)state).start(this);
}
public void getCPU()
{
((Runnable)state).getCPU(this);
}
public void suspend()
{
((Running)state).suspend(this);
}
public void stop()
{
((Running)state).stop(this);
}
public void resume()
{
((Blocked)state).resume(this);
}
}
/// <summary>
/// 抽象状态类：线程状态
/// </summary>
abstract class ThreadState
{
protected String stateName; //状态名
}
/// <summary>
/// 具体状态类：新建状态
/// </summary>
class New : ThreadState
{
public New()
{
stateName = "新建状态";
Console.WriteLine("当前线程处于：新建状态.");
}
public void start(ThreadContext hj)
{
Console.WriteLine("调用start()方法-->");
if (stateName.Equals("新建状态"))
{
hj.setState(new Runnable());
}
else
{
Console.WriteLine("当前线程不是新建状态，不能调用start()方法.");
}
}
}
/// <summary>
/// 具体状态类：就绪状态
/// </summary>
class Runnable : ThreadState
{
public Runnable()
{
stateName = "就绪状态";
Console.WriteLine("当前线程处于：就绪状态.");
}
public void getCPU(ThreadContext hj)
{
Console.WriteLine("获得CPU时间-->");
if (stateName.Equals("就绪状态"))
{
hj.setState(new Running());
}
else
{
Console.WriteLine("当前线程不是就绪状态，不能获取CPU.");
}
}
}
/// <summary>
/// 具体状态类：运行状态
/// </summary>
class Running : ThreadState
{
public Running()
{
stateName = "运行状态";
Console.WriteLine("当前线程处于：运行状态.");
}
public void suspend(ThreadContext hj)
{
Console.WriteLine("调用suspend()方法-->");
if (stateName.Equals("运行状态"))
{
hj.setState(new Blocked());
}
else
{
Console.WriteLine("当前线程不是运行状态，不能调用suspend()方法.");
}
}
public void stop(ThreadContext hj)
{
Console.WriteLine("调用stop()方法-->");
if (stateName.Equals("运行状态"))
{
hj.setState(new Dead());
}
else
{
Console.WriteLine("当前线程不是运行状态，不能调用stop()方法.");
}
}
}
/// <summary>
/// 具体状态类：阻塞状态
/// </summary>
class Blocked : ThreadState
{
public Blocked()
{
stateName = "阻塞状态";
Console.WriteLine("当前线程处于：阻塞状态.");
}
public void resume(ThreadContext hj)
{
Console.WriteLine("调用resume()方法-->");
if (stateName.Equals("阻塞状态"))
{
hj.setState(new Runnable());
}
else
{
Console.WriteLine("当前线程不是阻塞状态，不能调用resume()方法.");
}
}
}
/// <summary>
/// 具体状态类：死亡状态
/// </summary>
class Dead : ThreadState
{
public Dead()
{
stateName = "死亡状态";
Console.WriteLine("当前线程处于：死亡状态.");
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
ThreadContext context = new ThreadContext();
context.start();
context.getCPU();
context.suspend();
context.resume();
context.getCPU();
context.stop();
Console.ReadKey();
}
}
}
运行结果
四、总结
状态模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。
- 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”。
- 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。
- 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。
状态模式的主要缺点如下。
- 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
- 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。
- 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。
参考：
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