JAVA： 状态模式（State Pattern）的技术指南

1、简述

状态模式是一种行为型设计模式，允许对象在其内部状态改变时改变其行为。它将状态相关的行为抽取到独立的状态类中，使得增加新状态变得简单，且不影响其他状态。

设计模式样例：https://gitee.com/lhdxhl/design-pattern-example.git

本文将详细介绍状态模式的概念、结构、优缺点，以及实际应用案例。

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2、什么是状态模式？

状态模式通过将对象的行为与其内部状态解耦，来实现行为的动态切换。它通过引入一系列状态类，每个类封装一种状态下的行为。

典型应用场景包括：

• 文件下载状态管理（开始、暂停、完成）。
• 游戏角色状态（攻击、移动、防御）。
• 工作流管理（审批状态）。

状态模式包含以下角色：

• 上下文（Context）：维护状态实例，定义客户端与状态的交互接口。
• 状态（State）：定义状态的公共接口。
• 具体状态（ConcreteState）：实现特定状态下的行为。

类图：

Context <--> State <--> ConcreteState

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3、实际案例

假设我们需要管理订单的状态，包括：待支付、已支付、已完成。

// 状态接口
public interface OrderState {
    void handleOrder();
}

// 具体状态类
public class PendingState implements OrderState {
    @Override
    public void handleOrder() {
        System.out.println("订单状态：待支付。请完成支付！");
    }
}

public class PaidState implements OrderState {
    @Override
    public void handleOrder() {
        System.out.println("订单状态：已支付。订单处理中。");
    }
}

public class CompletedState implements OrderState {
    @Override
    public void handleOrder() {
        System.out.println("订单状态：已完成。感谢您的购买！");
    }
}

// 上下文类
public class OrderContext {
    private OrderState state;

    public void setState(OrderState state) {
        this.state = state;
    }

    public void processOrder() {
        if (state != null) {
            state.handleOrder();
        } else {
            System.out.println("订单状态未设置。");
        }
    }
}

// 测试类
public class StatePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        OrderContext order = new OrderContext();

        // 设置为待支付状态
        order.setState(new PendingState());
        order.processOrder();

        // 设置为已支付状态
        order.setState(new PaidState());
        order.processOrder();

        // 设置为已完成状态
        order.setState(new CompletedState());
        order.processOrder();
    }
}

输出：

订单状态：待支付。请完成支付！
订单状态：已支付。订单处理中。
订单状态：已完成。感谢您的购买！

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4、状态模式的高级应用

电梯可以有以下状态：停止、运行、维护。

// 状态接口
public interface ElevatorState {
    void performAction();
}

// 具体状态类
public class StoppedState implements ElevatorState {
    @Override
    public void performAction() {
        System.out.println("电梯已停止，等待指令。");
    }
}

public class RunningState implements ElevatorState {
    @Override
    public void performAction() {
        System.out.println("电梯正在运行。");
    }
}

public class MaintenanceState implements ElevatorState {
    @Override
    public void performAction() {
        System.out.println("电梯处于维护模式。");
    }
}

// 上下文类
public class Elevator {
    private ElevatorState state;

    public void setState(ElevatorState state) {
        this.state = state;
    }

    public void operate() {
        if (state != null) {
            state.performAction();
        } else {
            System.out.println("电梯状态未设置。");
        }
    }
}

// 测试类
public class ElevatorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Elevator elevator = new Elevator();

        // 设置为停止状态
        elevator.setState(new StoppedState());
        elevator.operate();

        // 设置为运行状态
        elevator.setState(new RunningState());
        elevator.operate();

        // 设置为维护状态
        elevator.setState(new MaintenanceState());
        elevator.operate();
    }
}

输出：

电梯已停止，等待指令。
电梯正在运行。
电梯处于维护模式。

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5、状态模式的优缺点

优点

• 代码清晰：将状态逻辑分散到不同的状态类中，减少了上下文类的复杂性。
• 扩展性强：添加新状态只需新增状态类，无需修改现有代码。
• 遵循开闭原则：状态的变化对其他状态透明。

缺点

• 类数量增加：每种状态都需要创建一个具体状态类。
• 上下文与状态耦合：上下文需要与具体状态进行交互。

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6、应用场景

• 工作流管理：根据状态切换执行不同操作。
• 游戏开发：角色、任务等状态管理。
• 设备控制：电梯、交通信号灯等。

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7、总结

状态模式通过将状态与行为分离，使得复杂状态逻辑的管理变得简单易扩展。在需要频繁切换状态且状态行为差异较大的场景中，状态模式是一种非常实用的设计模式。

希望本文对您理解和应用状态模式有所帮助！欢迎交流讨论！