设计模式(21)：状态模式

“

尺有所短，寸有所长；不忘初心，方得始终。

一、状态模式是什么

在软件开发过程中，应用程序中的某些对象会根据不同的情况做出不同的行为，这种对象称为有状态的对象，而把影响对象行为的不同的情况称为状态。当有状态的对象与外部事件产生互动时，其内部状态会发生改变，从而影响其行为。

【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。属于行为型模式。

“

不同的类表示不同情况的状态，以此消除 if-else、switch-case 等冗余语句，代码更有层次性，并且具备良好的扩展性。
【主要作用】

可以根据对象所依赖状态的改变而改变它的相关行为。
【核心思想】

程序在任意时刻仅可处于几种有限的状态中。在任何一个特定状态中，程序的行为都不相同，且可瞬间从一个状态切换到另一个状态。

二、状态模式的适用场景

【适用场景】

一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。
一个操作中含有很多的多分支结构，并且这些分支取决于对象的状态。

【生活实例】

人的高兴、伤心的不同情绪有不同的行为。
线程有新建、运行、阻塞，等待状态，超时等待状态和死亡 6 种状态。
播放器的暂停、播放。
手机的解锁，锁定状态。

三、状态模式结构

上下文（Context）角色：定义了客户端需要的接口，内部持有一个具体状态对象的引用，并负责具体状态的切换。
抽象状态（State）角色：声明特定于状态方法的接口，用以封装上下文角色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。

“

当多个状态有部分相似行为方法时，可以提供一个封装有部分通用行为的中间抽象类。
客户端（Client）角色：定义上下文角色，执行状态行为。

四、状态模式实现方式

确定上下文类，定义状态转变的方法，并定义对抽象状态的引用。
定义抽象状态角色，声明状态变化之后的行为方法。
为每个实际状态创建一个继承于状态接口的类。在每个具体状态类中实现该状态对应的。

当多个状态有部分相似行为方法时，可以提供一个封装有部分通用行为的中间抽象类。

将通用成员变量或方法设为公有。
抽取的上下文行为更改为上下文中的公有方法，然后在状态类中调用。

定义上下文角色，初始化状态，行为执行。

五、状态模式的实现

【案例】：线程的状态切换。

【案例说明】：在我们日常开发工作中，线程是经常会是用的一种技术手段，线程有新建、运行、阻塞，等待状态，超时等待状态和死亡 6 种状态，在不同的状态下有不同的行为。在此案例中：

上下文（Context）角色持有一个线程的当前状态，并为其初始化状态，提供转换到其他状态的方法。
抽象状态（State）角色只作为一个基类，指定状态名字，具体实现由具体的状态类实现。
具体状态（Concrete State）角色实现每个状态的具体行为

上下文（Context）角色

import lombok.Data;

/**
 * 上下文（Context）角色  提供转换到其他状态的方法
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 15:55  
 */
@Data
public class Context {

    /**
     * 持有一个线程的当前状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:08
     */
    private TheadState state;

    /**
     * 初始化线程的当前状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:09
     */
    Context() {
        state = new TheadNew();
    }


    /**
     * 开启一个新的线程
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:11
     */
    public void start() {
        ((TheadNew) state).start(this);
    }


    /**
     *  阻塞状态线程恢复到运行状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:03
     */
    public void resume() {
        ((TheadBlocked) state).resume(this);
    }


    /**
     * 阻塞当前线程
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:57
     */
    public void sync() {
        ((TheadRunnable) state).sync(this);
    }

    /**
     * 当前线程进入等待状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     */
    public void await() {
        ((TheadRunnable) state).wait(this);
    }

    /**
     * 当前线程进入超时等待状态状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     */
    public void sleep() {
        ((TheadRunnable) state).sleep(this);
    }

    /**
     * 停止线程
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:54
     */
    public void stop() {
        ((TheadRunnable) state).stop(this);
    }


    /**
     * 线程在睡眠指定时间后自动唤醒恢复到运行状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     * @return null
     */
    public void wake() {
        ((TheadTimedwaiting) state).wake(this);
    }


    /**
     * 线程恢复到运行状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     */
    public void notice() {
        ((TheadWaiting) state).notify(this);
    }

}

抽象状态（State）角色

/**
 * 抽象状态（State）角色：线程状态
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 15:56
 */
public abstract class ThreadState {

    /**
     *  线程的当前状态名字，没有什么具体实际意义
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:02
     */
    public String threadName;
}

线程状态枚举

Java中Thread类中State枚举类定义与说明

public enum State {
    /**
     *  新建状态
     */
    NEW,
    /**
     * 运行状态
     * java线程中将操作系统中的就绪状态（ready）和运行中状态（running）统一归类为可运行状态（RUNNABLE）。
     */
    RUNNABLE,
    /**
     * 阻塞状态
     */
    BLOCKED,
    /**
     * 等待状态
     * 进入该状态的线程需要等待其它线程进行一些特殊操作，如notify、notifyAll、unpark
     *
     * 触发条件：调用下列任何一个方法
     * Object#wait()
     * join()
     * LockSupport#park()
     */
    WAITING,
    /**
     * 超时等待状态
     * 该状态与WAITING不同之处是在指定时间后可以自动唤醒到就绪状态；
     *
     * 触发条件：调用下列任何一个方法
     * sleep Thread.sleep
     * Object#wait(long)
     * join(long)
     * LockSupport#parkNanos
     * LockSupport#parkUntil
     */
    TIMED_WAITING,
    /**
     * 终止状态
     */
    TERMINATED;
}

具体状态（Concrete State）角色

/**
 * 具体状态（Concrete State）角色 : 新建状态
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 16:04
 */
public class ThreadNew extends ThreadState {


    /**
     *  初始化新建状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:05
     */
    public ThreadNew() {
        threadName = Thread.State.NEW.name();
        System.out.println("当前线程处于：新建状态.");
    }

    /**
     * 调用线程的start方法 开启一个新的线程
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:44
     */
    public void start(Context context) {
        System.out.print("调用start()方法,获取CPU的执行时间-->");
        if (Thread.State.NEW.name().equals(threadName)) {
            context.setState(new ThreadRunnable());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是新建状态，不能调用start()方法.");
        }
    }
}

/**
 * 具体状态（Concrete State）角色 : 运行状态
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 16:04
 */
public class ThreadRunnable extends ThreadState {

    /**
     *  运行状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:05
     */
    public ThreadRunnable() {
        threadName = Thread.State.RUNNABLE.name();
        System.out.println("当前线程处于：运行状态.");
    }

    /**
     * 模拟 synchronized 进入阻塞状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:57
     */
    public void sync(Context context) {
        if (ThreadStateEnum.RUNNABLE.name().equals(threadName)) {
            System.out.print("调用sync()方法，线程进入阻塞状态-->");
            context.setState(new ThreadBlocked());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用sync()方法.");
        }
    }

    /**
     * 模拟当前线程对象调用wait()方法。进入等待状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     */
    public void wait(Context context) {
        if (Thread.State.RUNNABLE.name().equals(threadName)) {
            System.out.print("调用wait()方法，线程进入等待状态-->");
            context.setState(new ThreadWaiting());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用wait()方法.");
        }
    }

    /**
     * 模拟当前线程对象调用Thread.sleep(long)方法。进入超时等待状态状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     */
    public void sleep(Context context) {
        System.out.print("调用sleep()方法,线程进入超时等待状态-->");
        if (Thread.State.RUNNABLE.name().equals(threadName)) {
            context.setState(new ThreadTimedwaiting());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用sleep()方法.");
        }
    }

    /**
     * 调用stop() 停止线程
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:54
     */
    public void stop(Context context) {
        if (Thread.State.RUNNABLE.name().equals(threadName)) {
            System.out.print("调用stop()方法，停止当前线程-->");
            context.setState(new ThreadTerminated());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用stop()方法.");
        }
    }
}

/**
 * 具体状态（Concrete State）角色 : 阻塞状态
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 16:04
 */
public class ThreadBlocked extends ThreadState {

    /**
     *  阻塞状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:05
     * @return null
     */
    public ThreadBlocked() {
        threadName = Thread.State.BLOCKED.name();
        System.out.println("当前线程处于：阻塞状态.");
    }

    /**
     *  阻塞状态线程取得锁  恢复到运行状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:03
     */
    public void resume(Context context) {
        if (Thread.State.BLOCKED.name().equals(threadName)) {
            System.out.print("调用resume()方法，线程恢复到运行状态-->");
            context.setState(new ThreadRunnable());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是阻塞状态，不能调用resume()方法.");
        }
    }

}

/**
 * 具体状态（Concrete State）角色 : 等待状态
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 16:04
 */
public class ThreadWaiting extends ThreadState {
    /**
     *  等待状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:05
     */
    public ThreadWaiting() {
        threadName = Thread.State.WAITING.name();
        System.out.println("当前线程处于：等待状态.");
    }
    /**
     * 模拟其它线程调用notify、notifyAll、unpark  线程恢复到运行状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     */
    public void notify(Context context) {
        if (Thread.State.WAITING.name().equals(threadName)) {
            System.out.print("调用notify()方法，线程恢复到运行状态-->");
            context.setState(new ThreadRunnable());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用notify()方法.");
        }
    }
}

/**
 * 具体状态（Concrete State）角色 : 超时等待状态
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 16:04
 */
public class ThreadTimedwaiting extends ThreadState {

    /**
     *  超时等待状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:05
     * @return null
     */
    public ThreadTimedwaiting() {
        threadName = Thread.State.TIMED_WAITING.name();
        System.out.println("当前线程处于：超时等待状态.");
    }

    /**
     * 模拟线程在睡眠指定时间后自动唤醒恢复到运行状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 17:00
     */
    public void wake(Context context) {
        if (ThreadStateEnum.TIMED_WAITING.name().equals(threadName)) {
            System.out.print("调用wake()方法，线程自动唤醒恢复到运行状态-->");
            context.setState(new ThreadRunnable());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用wake()方法.");
        }
    }

}

/**
 * 具体状态（Concrete State）角色 : 终止状态
 * @author Edwin
 * @date 2021/11/21 16:04
 */
public class ThreadTerminated extends ThreadState {
    /**
     *  终止状态
     * @author Edwin
     * @date 2021/11/21 16:05
     */
    public ThreadTerminated() {
        threadName = Thread.State.TERMINATED.name();
        System.out.println("当前线程处于：终止状态.");
    }
}

运行状态
终止状态
超时等待状态
等待状态
阻塞状态
运行状态
新建状态

客户端代码实现

public static void main(String[] args) {
    // 定义上下文角色
    System.out.print("定义上下文角色=========>>>>>>>>>");
    Context context = new Context();
    System.out.print("执行当前线程===========>>>>>>>>>");
    context.start();
    System.out.print("当前线程进入等待状态=======>>>>>>");
    context.await();
    System.out.print("唤醒当前线程进入运行状态====>>>>>>");
    context.notice();
    System.out.print("当前线程进入阻塞状态======>>>>>>>");
    context.sync();
    System.out.print("阻塞线程获得锁进入运行状态====>>>>");
    context.resume();
    System.out.print("当前线程进入等待状态状态=====>>>>>");
    context.sleep();
    System.out.print("当前睡眠线程进入运行状态=========>>>>>>>>>");
    context.wake();
    System.out.print("停止线程当前线程=========>>>>>>>>>");
    context.stop();
}