【设计模式-状态模式】

状态模式（State Pattern）是一种行为设计模式，它允许一个对象在内部状态改变时改变它的行为。换句话说，这种模式让对象在不同的状态下能够表现出不同的行为，而不需要修改对象的代码。状态模式通过将对象的行为与状态进行解耦，使得状态的变化变得更容易管理和扩展。

1. 状态模式的基本概念

状态模式的核心思想是：将特定状态下的行为封装到状态类中，主对象的行为取决于它所处的状态。在状态模式中，通常会包含以下几个关键角色：

• Context（上下文）： 这是拥有状态的对象。它维护当前状态的实例，并且会根据状态变化来委托行为的执行。上下文对象通常会暴露改变状态的方法。
• State（状态接口/抽象类）： 这是一个接口或抽象类，定义了所有状态的公共行为。不同的状态类实现这个接口来定义具体的行为。
• ConcreteState（具体状态）： 这是实现状态接口的类，每个类表示对象的一个具体状态。它们实现接口中定义的行为，并且可以通过改变上下文中的状态来切换行为。

2. 状态模式的UML 图

状态模式的结构图通常包括Context和多个实现了State接口的具体状态类。如下所示：

3. 状态模式的工作原理

状态模式的关键在于将状态从主对象（上下文）中分离出来。上下文对象拥有一个状态的引用，并且在调用某个方法时，将方法的调用委托给当前状态。这就意味着，每次调用时的具体行为取决于当前的状态实例。

4. 代码示例

以下是一个使用状态模式的简单代码示例：假设一个订单系统的状态有三种——新订单、已支付和已发货，我们使用状态模式来表示这些不同状态下的行为。

// State 接口
interface OrderState {
    void handleOrder();
}

// 具体状态：新订单
class NewOrderState implements OrderState {
    @Override
    public void handleOrder() {
        System.out.println("处理新订单：等待支付。");
    }
}

// 具体状态：已支付
class PaidOrderState implements OrderState {
    @Override
    public void handleOrder() {
        System.out.println("订单已支付：准备发货。");
    }
}

// 具体状态：已发货
class ShippedOrderState implements OrderState {
    @Override
    public void handleOrder() {
        System.out.println("订单已发货：等待收货。");
    }
}

// Context 类：订单
class Order {
    private OrderState state;

    // 设置初始状态
    public Order(OrderState state) {
        this.state = state;
    }

    // 更改订单状态
    public void setState(OrderState state) {
        this.state = state;
    }

    // 处理订单
    public void processOrder() {
        state.handleOrder();
    }
}

// 使用状态模式的例子
public class StatePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建订单并设置初始状态为新订单
        Order order = new Order(new NewOrderState());
        order.processOrder(); // 输出：处理新订单：等待支付。

        // 更改状态为已支付
        order.setState(new PaidOrderState());
        order.processOrder(); // 输出：订单已支付：准备发货。

        // 更改状态为已发货
        order.setState(new ShippedOrderState());
        order.processOrder(); // 输出：订单已发货：等待收货。
    }
}

5. 状态模式的优缺点

优点：

• 封装状态转换逻辑： 状态模式将状态相关的行为封装在不同的状态类中，使得代码更加清晰、易于理解。
• 易于扩展： 新增状态只需添加新的状态类，不会影响现有代码，符合开闭原则。
• 减少条件判断： 消除了大量的if-else或switch-case语句，避免了复杂的条件判断。

缺点：

• 类数量增多： 每个具体状态都是一个类，可能会导致类的数量增加，增加了系统的复杂性。
• 状态转换的管理可能复杂： 如果状态之间的转换非常复杂，可能会导致状态的管理逻辑变得难以维护。

6. 使用场景

状态模式通常在以下场景下使用：

• 对象的行为依赖于它的状态，并且它在运行时会根据状态改变行为。
• 代码中包含大量与状态相关的条件判断语句，这些条件判断的变化频率较高。
• 需要根据状态切换来改变对象的行为而不希望直接修改类的代码。

通过状态模式，可以使状态转换更加清晰明了，提高代码的可维护性和可扩展性。