Java 状态机详解 - 三种状态机实现方式优雅消灭 if-else 嵌套

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1. 前言

在博主之前 【设计模式】的专栏中，介绍过一个状态模式（津津乐道设计模式 - 状态模式详解），并以交通信号灯的实现进行状态模式的演示讲解，实际上状态模式也特别适合处理那些包含大量条件语句（如if-else或switch）的复杂状态转换逻辑。

为什么使用状态模式消除if-else？

在日常 Java 开发中，我们常常遇到这样的情况：

• 不同的状态有不同的处理逻辑
• 状态之间会相互切换
• 不同状态下执行的动作可能完全不同

这时，如果我们用 if-else 或 switch-case 来写，代码很容易变得臃肿难维护：比如下面代码

if (status == 0) {// 待支付逻辑
} else if (status == 1) {// 已支付逻辑
} else if (status == 2) {// 已发货逻辑
} else if (status == 3) {// 已收货逻辑
}

这种写法的问题：
逻辑分支多，扩展性差
新增状态时，需要修改原有代码（违反 开闭原则）
状态切换逻辑容易分散在各个 if-else 中，不够集中

那么使用状态机（State Machine）也可称状态模式，就可以解决上述这些问题，并具备以下优点：

• 消除复杂的条件判断语句
• 提高代码可读性和可维护性
• 使状态转换逻辑更加清晰
• 符合开闭原则，易于扩展新状态

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2. 复现传统if-else实现的业务场景问题

假设有一个电商订单系统，订单状态有：

• 待支付（PendingPay）
• 已支付（Paid）
• 已发货（Shipped）
• 已完成（Completed）

订单可以：
从待支付 → 支付 → 发货 → 完成
取消订单（在待支付状态下）

那么可能你的代码就是像这样的：

public class OrderServiceIfElse {public void handle(int status, String action) {if (status == 0) {if ("pay".equals(action)) {System.out.println("订单已支付");} else if ("cancel".equals(action)) {System.out.println("订单已取消");}} else if (status == 1) {if ("ship".equals(action)) {System.out.println("订单已发货");}} else if (status == 2) {if ("confirm".equals(action)) {System.out.println("订单已完成");}}}
}

又或者是这样的：

public class Order {private String state;public void process() {if ("NEW".equals(state)) {System.out.println("处理新订单");state = "PROCESSING";} else if ("PROCESSING".equals(state)) {System.out.println("订单处理中");state = "SHIPPED";} else if ("SHIPPED".equals(state)) {System.out.println("订单已发货");state = "DELIVERED";} else if ("DELIVERED".equals(state)) {System.out.println("订单已完成");} else {throw new IllegalStateException("无效订单状态: " + state);}}
}

无论是哪一种写法，都会存在以下问题：
当状态增多时，代码变得臃肿难以维护
违反开闭原则，添加新状态需要修改现有代码
状态转换逻辑分散在多个地方
难以跟踪状态转换规则

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3. 用状态机模式改造

下面我们使用状态模式重构上述订单处理流程：

3.1 定义状态接口

public interface OrderState {void pay(OrderContext context);void ship(OrderContext context);void confirm(OrderContext context);void cancel(OrderContext context);
}

3.2 创建上下文类

public class OrderContext {private OrderState state;public OrderContext(OrderState state) {this.state = state;}public void setState(OrderState state) {this.state = state;}public void pay() {state.pay(this);}public void ship() {state.ship(this);}public void confirm() {state.confirm(this);}public void cancel() {state.cancel(this);}
}

3.3 定义具体状态类

// 待支付
public class PendingPayState implements OrderState {@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("订单支付成功");context.setState(new PaidState());}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("请先支付订单");}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("请先支付订单");}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("订单已取消");}
}// 已支付
public class PaidState implements OrderState {@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("订单已支付，请勿重复支付");}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("订单已发货");context.setState(new ShippedState());}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("订单还未发货");}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("已支付订单不能取消");}
}// 已发货
public class ShippedState implements OrderState {@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("订单已支付");}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("订单已经发货");}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成");context.setState(new CompletedState());}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("发货后不能取消订单");}
}// 已完成
public class CompletedState implements OrderState {@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，无法支付");}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，无法发货");}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成");}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，无法取消");}
}

3.4 测试使用

public class StateMachineTest {public static void main(String[] args) {// 初始状态：待支付OrderContext order = new OrderContext(new PendingPayState());order.pay();     // 支付order.ship();    // 发货order.confirm(); // 确认收货//分别输出//订单支付成功//订单已发货//订单已完成}
}

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4. 枚举 + Map的轻量状态机实现

这里博主再升级一下使用枚举 + Map 的轻量状态机实现，这种写法相比经典状态模式，代码量更少，适合状态数不多、且状态逻辑相对简单的场景

这种写法的核心思想是：

用枚举类定义所有状态
每个状态实现自己的行为逻辑
通过 Map 注册状态与处理逻辑的映射关系
直接通过当前状态对象来执行对应方法，避免 if-else

4.1 定义状态枚举

public enum OrderStateEnum {PENDING_PAY {@Overridepublic OrderStateEnum pay() {System.out.println("订单支付成功");return PAID;}@Overridepublic OrderStateEnum ship() {System.out.println("请先支付订单");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum confirm() {System.out.println("请先支付订单");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum cancel() {System.out.println("订单已取消");return this;}},PAID {@Overridepublic OrderStateEnum pay() {System.out.println("订单已支付，请勿重复支付");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum ship() {System.out.println("订单已发货");return SHIPPED;}@Overridepublic OrderStateEnum confirm() {System.out.println("订单还未发货");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum cancel() {System.out.println("已支付订单不能取消");return this;}},SHIPPED {@Overridepublic OrderStateEnum pay() {System.out.println("订单已支付");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum ship() {System.out.println("订单已经发货");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum confirm() {System.out.println("订单已完成");return COMPLETED;}@Overridepublic OrderStateEnum cancel() {System.out.println("发货后不能取消订单");return this;}},COMPLETED {@Overridepublic OrderStateEnum pay() {System.out.println("订单已完成，无法支付");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum ship() {System.out.println("订单已完成，无法发货");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum confirm() {System.out.println("订单已完成");return this;}@Overridepublic OrderStateEnum cancel() {System.out.println("订单已完成，无法取消");return this;}};public abstract OrderStateEnum pay();public abstract OrderStateEnum ship();public abstract OrderStateEnum confirm();public abstract OrderStateEnum cancel();
}

这里的设计是：

每个状态用一个枚举常量表示
每个枚举常量实现自己的状态切换逻辑
方法返回新的状态枚举，实现状态流转

4.2 配置上下文类

public class OrderContextEnum {private OrderStateEnum state;public OrderContextEnum(OrderStateEnum state) {this.state = state;}public void pay() {state = state.pay();}public void ship() {state = state.ship();}public void confirm() {state = state.confirm();}public void cancel() {state = state.cancel();}
}

4.3 测试使用

public class EnumStateMachineTest {public static void main(String[] args) {OrderContextEnum order = new OrderContextEnum(OrderStateEnum.PENDING_PAY);order.pay();     // 支付order.ship();    // 发货order.confirm(); // 确认收货}
}

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5. 使用 Spring StateMachine 实现订单状态机

Spring StateMachine 是 Spring 官方提供的状态机框架，支持可配置状态流转、事件驱动、监听器回调等功能，特别适合业务流程复杂、状态多变的场景。

5.1 依赖引入

<dependency><groupId>org.springframework.statemachine</groupId><artifactId>spring-statemachine-core</artifactId><version>3.2.1</version>
</dependency>

5.2 定义状态与事件枚举

// 订单状态
public enum OrderState {PENDING_PAY, // 待支付PAID,        // 已支付SHIPPED,     // 已发货COMPLETED    // 已完成
}// 触发事件
public enum OrderEvent {PAY,         // 支付SHIP,        // 发货CONFIRM,     // 确认收货CANCEL       // 取消订单
}

5.3 配置状态机

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.statemachine.config.EnableStateMachine;
import org.springframework.statemachine.config.EnumStateMachineConfigurerAdapter;
import org.springframework.statemachine.config.builders.StateMachineStateConfigurer;
import org.springframework.statemachine.config.builders.StateMachineTransitionConfigurer;
import org.springframework.statemachine.config.builders.StateMachineConfigurationConfigurer;
import org.springframework.statemachine.listener.StateMachineListenerAdapter;
import org.springframework.statemachine.state.State;import java.util.EnumSet;@Configuration
@EnableStateMachine
public class OrderStateMachineConfig extends EnumStateMachineConfigurerAdapter<OrderState, OrderEvent> {@Overridepublic void configure(StateMachineStateConfigurer<OrderState, OrderEvent> states) throws Exception {states.withStates().initial(OrderState.PENDING_PAY)  // 初始状态.states(EnumSet.allOf(OrderState.class)); // 所有状态}@Overridepublic void configure(StateMachineTransitionConfigurer<OrderState, OrderEvent> transitions) throws Exception {transitions.withExternal().source(OrderState.PENDING_PAY).target(OrderState.PAID).event(OrderEvent.PAY).and().withExternal().source(OrderState.PAID).target(OrderState.SHIPPED).event(OrderEvent.SHIP).and().withExternal().source(OrderState.SHIPPED).target(OrderState.COMPLETED).event(OrderEvent.CONFIRM).and().withExternal().source(OrderState.PENDING_PAY).target(OrderState.PENDING_PAY).event(OrderEvent.CANCEL);}@Overridepublic void configure(StateMachineConfigurationConfigurer<OrderState, OrderEvent> config) throws Exception {config.withConfiguration().listener(new StateMachineListenerAdapter<>() {@Overridepublic void stateChanged(State<OrderState, OrderEvent> from, State<OrderState, OrderEvent> to) {System.out.println("状态切换: " + (from == null ? "无" : from.getId()) + " -> " + to.getId());}});}
}

5.4 测试代码

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.CommandLineRunner;
import org.springframework.statemachine.StateMachine;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class OrderStateMachineTest implements CommandLineRunner {@Autowiredprivate StateMachine<OrderState, OrderEvent> stateMachine;@Overridepublic void run(String... args) throws Exception {stateMachine.start();stateMachine.sendEvent(OrderEvent.PAY);stateMachine.sendEvent(OrderEvent.SHIP);stateMachine.sendEvent(OrderEvent.CONFIRM);stateMachine.stop();}
}

观察控制台会输出如下：

状态切换: 无 -> PENDING_PAY
状态切换: PENDING_PAY -> PAID
状态切换: PAID -> SHIPPED
状态切换: SHIPPED -> COMPLETED

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6. 对比三种方案

实现方式	优点	缺点	适用场景
经典状态模式	结构清晰，面向对象	类文件多，状态多时管理复杂	状态多、逻辑复杂的 OO 场景
枚举状态机	简洁，集中管理	状态多时枚举类太长	状态少、逻辑简单
Spring StateMachine	功能强大，可配置化	需要额外依赖，学习成本高	大型系统、状态规则经常变动

经典状态模式适合复杂业务流程，易于模块化管理
枚举 + Map 注册或枚举直接实现行为，适合小型项目或简单状态流转
在 Java 中，枚举天生是单例的，用它实现状态机既简洁又线程安全

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7. 总结

本文博主详细介绍了使用状态模式消除if-else, 通过经典状态模式、枚举状态机、Spring StateMachine 三种方式 ，从纯手写模式 → 枚举模式 → 框架模式的完整对比，进行了相关代码演示。当小伙伴们发现自己在编写大量条件语句来处理对象状态时，考虑使用状态模式重构您的代码。

如果你在实践过程中有任何疑问或更好的扩展思路，欢迎在评论区留言，最后希望大家 一键三连 给博主一点点鼓励！

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