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状态模式：优雅切换的交通信号灯
当你站在繁忙的十字路口，看着交通信号灯有规律地变换颜色。这个看似简单的信号灯系统，实际上完美诠释了状态模式的精髓。
在软件开发中，我们经常遇到对象需要在不同状态之间切换，在每个状态下表现出不同行为的情况。状态模式就像这个交通信号灯，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，看起来就像改变了对象的类一样!
状态模式的奥秘
状态模式就像一个"行为变形金刚"，它将与特定状态相关的行为局部化，并将不同状态的行为分割开来。通过这种方式，你可以独立于其他状态来添加新的状态或者修改现有状态，使得系统更加灵活和可扩展。
状态模式有什么利与弊?
状态模式的优点是它将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来。它消除了庞大的条件分支语句，增强了可扩展性。缺点是会增加类的数量，可能会导致状态类过多。
如何使用状态模式来优化你的系统
状态模式涉及角色
- 上下文(Context): 定义客户感兴趣的接口，维护一个具体状态类的实例
- 状态(State): 定义一个接口以封装与 Context 的一个特定状态相关的行为
- 具体状态(ConcreteState): 每一个子类实现一个与 Context 的一个状态相关的行为
状态模式步骤
- 创建一个状态接口，定义所有具体状态的共同行为
- 创建具体状态类，实现状态接口，定义特定状态下的行为
- 创建上下文类，包含当前状态的引用和切换状态的方法
- 在上下文类中实现客户端接口，将行为委托给当前状态对象
- 客户端通过上下文类来改变状态，触发不同的行为
选择合适的状态模式，你就能轻松地管理对象在不同状态下的行为，让系统变得更加灵活和可维护!
代码实现案例
typescript
// 交通灯状态接口
interface TrafficLightState {
handle(context: TrafficLight): void;
}
// 具体状态类 - 红灯
class RedLight implements TrafficLightState {
handle(context: TrafficLight): void {
console.log("红灯亮起,车辆停止,行人通行");
setTimeout(() => context.setState(new GreenLight()), 5000);
}
}
// 具体状态类 - 绿灯
class GreenLight implements TrafficLightState {
handle(context: TrafficLight): void {
console.log("绿灯亮起,车辆通行,行人等待");
setTimeout(() => context.setState(new YellowLight()), 5000);
}
}
// 具体状态类 - 黄灯
class YellowLight implements TrafficLightState {
handle(context: TrafficLight): void {
console.log("黄灯亮起,车辆减速,准备停止");
setTimeout(() => context.setState(new RedLight()), 2000);
}
}
// 上下文类 - 交通信号灯
class TrafficLight {
private state: TrafficLightState;
constructor() {
this.state = new RedLight();
}
setState(state: TrafficLightState): void {
this.state = state;
this.state.handle(this);
}
start(): void {
this.state.handle(this);
}
}
// 客户端代码
const trafficLight = new TrafficLight();
trafficLight.start();
// 输出
// 红灯亮起,车辆停止,行人通行
// (5秒后)
// 绿灯亮起,车辆通行,行人等待
// (5秒后)
// 黄灯亮起,车辆减速,准备停止
// (2秒后)
// 红灯亮起,车辆停止,行人通行
// ...循环继续
状态模式的主要优点
- 封装了转换规则: 将状态的转换规则封装在状态类中，减少了 Context 类的复杂度
- 枚举可能的状态: 在一个地方枚举可能的状态，使得增加新的状态和转换变得容易
- 消除庞大的条件分支语句: 避免了使用大量的 if...else 语句
- 状态对象可共享: 如果状态对象没有实例变量，它们可以被多个 Context 对象共享
状态模式的主要缺点
- 增加类的数量: 状态模式将每个状态封装成单独的类，可能会导致类的数量增加
- 状态模式的结构与实现都较为复杂: 对于简单的状态判断，使用状态模式可能会显得小题大做
- 状态之间的转换逻辑分散: 虽然消除了条件分支语句，但是转换逻辑分散在各个状态类中，可能不容易看到整个状态机的结构
状态模式的适用场景
- 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
- 一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态
- 需要频繁地改变对象的内部状态，同时又希望避免使用大量的 if-else 语句
总结
状态模式是一种行为型设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。状态模式通过将状态封装成独立的类，并将请求委托给当前的状态对象，来实现对象的状态转换。这种模式增强了程序的灵活性和可扩展性，也提高了代码的可读性和可维护性。合理使用状态模式可以让你的代码结构更加清晰，更易于理解和维护。
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下期预告: TypeScript 设计模式之【策略模式】