设计模式-状态模式
状态模式
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。对象看起来似乎修改了它的类。
核心思想：
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，封装到不同的状态类中。Context 对象（即需要根据状态改变行为的对象）将与状态相关的操作委托给当前的状态对象。当 Context 对象的状态改变时，它会改变其持有的状态对象的引用。
解决的问题：
当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变行为时，通常会在对象内部使用大量的条件语句（if/else 或 switch）。状态模式可以将这些分支逻辑分散到不同的状态类中，从而使 Context 类更加简洁，并且更容易添加新的状态和行为。
主要角色：
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Context (环境类/上下文类)：
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定义了客户端感兴趣的接口。
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维护一个 State 对象的实例，这个实例定义了对象的当前状态。
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将所有与状态相关的请求委托给当前的 State 对象。
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通常还提供一个方法来改变当前状态。
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State (状态接口/抽象状态类)：
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定义了一个接口，封装与 Context 的一个特定状态相关的行为。
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通常包含一组方法，对应 Context 可能执行的操作。
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ConcreteState (具体状态类)：
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实现了 State 接口。
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每一个具体状态类都实现了属于特定状态的行为。
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在处理完某个请求后，具体状态类通常会决定 Context 的下一个状态（即状态转换）。
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图示 (简化版 UML 思路)：
+-----------------+ has a +-----------+ | Context |------------------>| State | |-----------------| |-----------| | - currentState | | + handle()| |-----------------| +-----------+ | + request() | ^ | + setState() | | (implements) +-----------------+ || delegates to current state |+-------------------------------------+/|\|+----------------------+----------------------+| |+-------------------+ +-------------------+| ConcreteStateA | | ConcreteStateB ||-------------------| |-------------------|| + handle() |<- (may transition to) ->| + handle() |+-------------------+ +-------------------+
一个生活中的例子：自动售货机
一个自动售货机有多种状态：
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NoCoinState (没有投币状态)
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HasCoinState (已投币状态)
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SoldState (商品售出状态)
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SoldOutState (商品售罄状态)
根据当前状态，售货机对用户的操作（投币、按按钮、退币）会有不同的反应：
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没有投币状态：
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投币 -> 转换到 HasCoinState。
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按按钮 ->提示请先投币。
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已投币状态：
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投币 -> 提示已投币。
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按按钮 -> 检查是否有货，有货则转换到 SoldState 并出货，无货则提示并转换到 SoldOutState（如果刚好卖完）或保持 HasCoinState 并提示用户选择其他商品。
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退币 -> 退还硬币，转换到 NoCoinState。
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商品售出状态：
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（出货动作完成后）如果还有货 -> 转换到 NoCoinState。
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（出货动作完成后）如果没货了 -> 转换到 SoldOutState。
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其他操作 -> 提示正在出货。
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商品售罄状态：
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投币 -> 退币，提示已售罄。
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按按钮 -> 提示已售罄。
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优点：
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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：每个状态的逻辑都封装在自己的类中，使得代码更加清晰、易于理解和维护。
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使得状态转换更加明确：状态转换的逻辑可以放在状态类内部或者 Context 类内部，使得状态之间的切换清晰可见。
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易于增加新的状态和转换：增加一个新的状态只需要增加一个新的具体状态类，并修改相关的状态转换逻辑，符合开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。
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消除了庞大的条件分支语句：将 if/else 或 switch 语句转化为状态对象的不同实现，使得 Context 类更加简洁。
缺点：
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类S数量增多：状态模式会增加系统中类和对象的个数，如果状态非常多，会导致类爆炸。
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模式结构对初学者可能显得复杂：如果状态转换逻辑非常简单，或者状态数量很少，使用状态模式可能会显得小题大做。
何时使用状态模式？
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一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变行为。
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代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。
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当一个操作中含有庞大的多分支条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态时。
Java 示例 (简化的文档审批流程)：
假设我们有一个文档对象，它有以下几种状态：
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DraftState (草稿状态)
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ModerationState (审核中状态)
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PublishedState (已发布状态)
// 1. State (状态接口)
interface DocumentState {void handleSubmit(DocumentContext document); // 提交审批void handleApprove(DocumentContext document); // 审批通过void handleReject(DocumentContext document); // 审批拒绝void handlePublish(DocumentContext document); // 发布String getStateName();
}
// 2. ConcreteState (具体状态类)
class DraftState implements DocumentState {@Overridepublic void handleSubmit(DocumentContext document) {System.out.println("Document submitted for moderation.");document.setState(new ModerationState()); // 状态转换}
@Overridepublic void handleApprove(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is in draft state, cannot approve directly.");}
@Overridepublic void handleReject(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is in draft state, cannot reject.");}
@Overridepublic void handlePublish(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document must be approved before publishing.");}
@Overridepublic String getStateName() {return "Draft";}
}
class ModerationState implements DocumentState {@Overridepublic void handleSubmit(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is already under moderation.");}
@Overridepublic void handleApprove(DocumentContext document) {System.out.println("Document approved by moderator.");// 假设审批通过后直接可以发布 (或者可以有更复杂的状态，如 ApprovedNotPublishedState)// 为了简化，我们这里直接设置为可以发布，但还未发布// 实践中，可能需要一个 ApprovedState，然后由该状态处理发布请求// 或者，审批通过后自动发布（如果业务是这样）// 这里我们让它变成一个“准备发布”的状态，等待发布指令document.setState(new ApprovedState()); // 假设有一个ApprovedState}
@Overridepublic void handleReject(DocumentContext document) {System.out.println("Document rejected by moderator. Reverted to draft.");document.setState(new DraftState()); // 状态转换}
@Overridepublic void handlePublish(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is under moderation, cannot publish yet.");}
@Overridepublic String getStateName() {return "Moderation";}
}
// 新增一个审批通过但未发布的状态
class ApprovedState implements DocumentState {@Overridepublic void handleSubmit(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is already approved.");}
@Overridepublic void handleApprove(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is already approved.");}
@Overridepublic void handleReject(DocumentContext document) {System.out.println("Document approval rescinded. Reverted to draft.");document.setState(new DraftState());}
@Overridepublic void handlePublish(DocumentContext document) {System.out.println("Document published successfully.");document.setState(new PublishedState()); // 状态转换}@Overridepublic String getStateName() {return "Approved (Ready to Publish)";}
}
class PublishedState implements DocumentState {@Overridepublic void handleSubmit(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is already published. Cannot submit again.");}
@Overridepublic void handleApprove(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is already published.");}
@Overridepublic void handleReject(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is already published.");}
@Overridepublic void handlePublish(DocumentContext document) {System.out.println("Error: Document is already published.");}@Overridepublic String getStateName() {return "Published";}
}
// 3. Context (环境类)
class DocumentContext {private DocumentState currentState;private String content;
public DocumentContext(String content) {this.content = content;this.currentState = new DraftState(); // 初始状态为草稿System.out.println("Document created. Initial state: " + currentState.getStateName());}
public void setState(DocumentState state) {this.currentState = state;System.out.println("Document state changed to: " + this.currentState.getStateName());}
public DocumentState getCurrentState() {return currentState;}
public String getContent() {return content;}
public void setContent(String content) {this.content = content;System.out.println("Document content updated.");}
// 将请求委托给当前状态对象public void submit() {currentState.handleSubmit(this);}
public void approve() {currentState.handleApprove(this);}
public void reject() {currentState.handleReject(this);}
public void publish() {currentState.handlePublish(this);}
}
// 客户端代码
public class StatePatternDemo {public static void main(String[] args) {DocumentContext doc = new DocumentContext("My awesome article content.");System.out.println("Current Document State: " + doc.getCurrentState().getStateName());
System.out.println("\n--- Trying to publish draft ---");doc.publish(); // Error: Document must be approved before publishing.
System.out.println("\n--- Submitting document ---");doc.submit(); // Document submitted for moderation. State changed to: Moderation
System.out.println("\n--- Trying to submit again ---");doc.submit(); // Error: Document is already under moderation.
System.out.println("\n--- Moderator rejects ---");doc.reject(); // Document rejected by moderator. Reverted to draft. State changed to: Draft
System.out.println("\n--- User edits and submits again ---");doc.setContent("My awesome article content - v2");doc.submit(); // Document submitted for moderation. State changed to: Moderation
System.out.println("\n--- Moderator approves ---");doc.approve(); // Document approved by moderator. State changed to: Approved (Ready to Publish)
System.out.println("\n--- Trying to approve again ---");doc.approve(); // Error: Document is already approved.
System.out.println("\n--- Publishing document ---");doc.publish(); // Document published successfully. State changed to: Published
System.out.println("\n--- Trying to publish again ---");doc.publish(); // Error: Document is already published.}
}
在这个例子中：
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DocumentContext 是环境类，它维护文档的当前状态。
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DocumentState 是状态接口，定义了不同状态下可以执行的操作。
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DraftState, ModerationState, ApprovedState, PublishedState 是具体状态类，它们实现了特定状态下的行为和状态转换逻辑。
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客户端通过调用 DocumentContext 的方法（如 submit(), approve()）来与文档交互，而 DocumentContext 会将这些请求委托给其当前的 DocumentState 对象。
状态模式使得我们可以很容易地添加新的状态（比如 ArchivedState 归档状态）而不需要修改 DocumentContext 类，只需要创建新的状态类并调整状态转换即可。