Java设计模式：状态模式

状态模式（State Pattern）是一种行为设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变其行为，看起来像是对象修改了它的类。其核心思想是将状态相关的行为封装到独立的状态类中，并让对象在不同状态间切换时委托行为给当前状态对象。

核心概念

• 状态接口（State Interface）：定义特定状态下的行为方法。
• 具体状态（Concrete States）：实现状态接口，封装特定状态的行为。
• 上下文（Context）：持有当前状态对象的引用，并负责状态切换。

应用场景

• 当对象行为依赖于其状态，且状态在运行时动态变化。
• 避免使用大量条件语句（如if-else或switch）来处理不同状态。
• 状态转换逻辑复杂，需要集中管理。

代码示例

以下是一个简单的订单状态机示例，演示状态模式的实现：

// 状态接口
public interface OrderState {
    void processOrder(OrderContext order);
    void cancelOrder(OrderContext order);
}

// 具体状态：待支付
public class PendingPaymentState implements OrderState {
    @Override
    public void processOrder(OrderContext order) {
        System.out.println("支付成功，订单处理中...");
        order.setState(new ProcessingState());
    }

    @Override
    public void cancelOrder(OrderContext order) {
        System.out.println("订单已取消，退款中...");
        order.setState(new CancelledState());
    }
}

// 具体状态：处理中
public class ProcessingState implements OrderState {
    @Override
    public void processOrder(OrderContext order) {
        System.out.println("订单正在处理中，请勿重复提交...");
    }

    @Override
    public void cancelOrder(OrderContext order) {
        System.out.println("订单已取消，正在准备退款...");
        order.setState(new CancelledState());
    }
}

// 具体状态：已取消
public class CancelledState implements OrderState {
    @Override
    public void processOrder(OrderContext order) {
        System.out.println("已取消的订单无法处理，请重新下单。");
    }

    @Override
    public void cancelOrder(OrderContext order) {
        System.out.println("订单已处于取消状态。");
    }
}

// 上下文：订单
public class OrderContext {
    private OrderState currentState;

    public OrderContext() {
        // 初始状态为待支付
        this.currentState = new PendingPaymentState();
    }

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

    public void processOrder() {
        currentState.processOrder(this);
    }

    public void cancelOrder() {
        currentState.cancelOrder(this);
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OrderContext order = new OrderContext();

        // 处理订单（支付）
        order.processOrder(); // 输出：支付成功，订单处理中...

        // 尝试取消已处理的订单
        order.cancelOrder(); // 输出：订单已取消，正在准备退款...

        // 尝试处理已取消的订单
        order.processOrder(); // 输出：已取消的订单无法处理，请重新下单。
    }
}

状态模式的优势

1. 单一职责原则：状态相关行为封装在独立类中，提高内聚性。
2. 开闭原则：新增状态无需修改现有代码，只需扩展。
3. 消除条件语句：替代复杂的条件判断，使状态转换更清晰。

状态模式 vs 策略模式

• 状态模式：状态自动切换，状态间存在转换逻辑，客户端通常不直接操作状态。
• 策略模式：客户端主动选择策略，策略间无依赖关系。

实际应用案例

• 游戏开发：角色状态（站立、跑步、跳跃）的切换。
• 工作流引擎：审批流程的状态流转（待提交、审核中、已通过）。
• TCP连接：连接状态（ESTABLISHED、CLOSED、TIME_WAIT）的管理。

总结

状态模式通过将状态行为封装到独立类中，使对象行为能随状态动态变化，提高了代码的可维护性和可扩展性。使用时需注意状态类数量可能较多，可结合享元模式共享状态对象以减少内存开销。