23种设计模式之状态模式

1. 简介

状态模式（State Pattern） 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。这种模式通过将对象的状态和行为解耦，使得状态的变化不会直接影响对象的行为，从而提高了代码的可读性和可维护性。

状态模式主要由三个角色组成：

上下文（Context） ：上下文类负责维护当前状态对象的引用，并提供对外接口，让客户端可以通过上下文与不同的状态对象进行交互。上下文类通常包含业务逻辑，这些逻辑会根据当前状态的不同而变化。
抽象状态（State） ：抽象状态类定义了所有具体状态类共有的方法。这个类可以是一个接口或抽象类，用于声明状态更新的操作方法有哪些，具体实现由子类完成。
具体状态（Concrete State） ：具体状态类继承抽象状态类，并实现具体状态下的行为逻辑。每个具体状态类对应一种状态的具体实现，处理与上下文相关的行为和状态转换。

2. 代码

2.1 State （定义抽象状态接口）

public interface State {public void doAction(Context context);
}

2.2 StartState （实现具体状态类）

public class StartState implements State{@Overridepublic void doAction(Context context){System.out.println("Player is in start state");context.setState(this);}public String toString(){return "Start State...";}
}

2.3 EndState （实现具体状态类）

public class EndState implements State{@Overridepublic void doAction(Context context){System.out.println("Player is in End State");context.setState(this);}public String toString(){return "End State...";}
}

2.4 Context （定义上下文类）

public class Context {private State state;public Context() {state = null;}public void setState(State state) {this.state = state;}public State getState() {return state;}
}

2.5 Test （测试类）

public class Test {public static void main(String[] args) {Context context = new Context();State state = new StartState();state.doAction(context);System.out.println(context.getState().toString());state = new EndState();state.doAction(context);System.out.println(context.getState().toString());}
}

2.6 运行结果

Player is in start state
Start State...
Player is in End State
End State...

3. 使用场景

几种场景：

对象的行为依赖于其状态：当一个对象的行为随着其内部状态的变化而变化时，可以使用状态模式。例如，在电子商务系统中，订单可能经历多种状态（如创建、支付、发货、完成和取消），每个状态下可以执行的操作不同，状态模式可以很好地管理这种状态的变化。

代码中包含大量的条件语句：当代码中包含大量的条件语句，并且这些条件语句表示对象的不同状态时，可以使用状态模式。状态模式可以将不同状态的处理分离出来，使得代码更加清晰。

对象的状态转换规则复杂：当对象的状态转换规则非常复杂时，可以使用状态模式。状态模式可以将状态转换规则封装在状态类中，使得状态转换更加灵活、可扩展。

需要增加新的状态：当需要增加新的状态时，可以使用状态模式。通过增加新的状态类，可以很容易地扩展状态模式。

对象具有多种状态且状态之间存在转换关系：当对象的行为随着其内部状态的变化而变化，并且这些状态之间存在复杂的转换逻辑时，状态模式非常有用。例如，在游戏编程中，可以根据游戏的不同阶段（如游戏开始、进行中、结束）来改变游戏逻辑。

并发编程中的线程状态管理：在并发编程中，可以根据线程的不同状态（如运行、等待、阻塞）来改变线程的行为。

图形用户界面（GUI）事件处理：在GUI开发中，可以根据用户界面的不同状态（如加载、成功、错误）来改变界面的行为。

银行系统中的账号状态管理：在银行系统中，可以根据账户的不同状态（如正常、冻结、注销）来管理账户的行为。

酒店系统中的房间状态管理：在酒店系统中，可以根据房间的不同状态（如已预订、已入住、空闲）来管理房间的使用情况。

TCP/IP网络连接中的状态管理：在TCP/IP网络连接中，可以根据连接的不同状态（如已建立、聆听、关闭）来处理不同的网络请求。

状态模式是一种非常实用的设计模式，它通过将对象的状态转换封装在状态类中，使得对象的状态转换更加灵活、可扩展，降低了对象的复杂度，提高了代码的可读性和可维护性。

4. 优缺点

优点：

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类中，使得代码结构更加清晰，易于理解和维护。
减少条件语句：通过使用状态模式，可以避免在代码中出现大量的条件判断语句（如switch-case或if-else），从而提高代码的可读性和简洁性。
符合开闭原则：状态模式允许在不修改现有代码的情况下添加新的状态，符合开闭原则，即对扩展开放，对修改关闭。
封装性好：状态的切换和行为变化被封装在类的内部实现，外部调用无需了解类内部如何实现状态和行为的变换。
易于扩展：增加新的状态只需增加新的状态类，而不需要修改现有代码，这使得系统具有良好的可维护性和可扩展性。
提高灵活性：状态模式支持动态地添加新的状态，无需修改现有代码，增强了系统的灵活性和可扩展性。

缺点：

类数量增加：每增加一种状态都需要创建一个新的状态类，这可能导致系统中类的数量显著增加，增加了系统的复杂性和管理难度。
复杂性增加：在一些简单的应用场景下，使用状态模式可能会引入不必要的复杂性，导致系统设计和代码维护的难度增加。
耦合性强：虽然状态模式将状态之间的行为分离，但状态之间的切换仍然存在一定的耦合关系，需要通过上下文类来进行状态的切换，可能会影响系统的灵活性。
过度设计：如果状态数量较少或状态转换逻辑简单，则使用状态模式可能会被认为是过度设计，反而降低代码的可读性。

5. 总结

无