设计模式学习（十二）状态模式

一、定义

1.1 什么是状态模式？

状态模式（State Pattern） 是一种 行为型 设计模式，对有状态的对象，把复杂的 “判断逻辑” 提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时，改变其行为。

1.2 状态模式的优缺点

状态模式的优点：

1. 结构清晰 ：状态模式将与特定状态相关的行为局部化道一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足 “但一职责原则”。
2. 将状态转换显示化：减少对象间的相互依赖，将不同的状态引入独立的对象中会是的状态转换变得更加明确，且减少对相见的相互依赖。
3. 状态类职责明确：有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

状态模式的缺点：

1. 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
2. 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
3. 状态模式对开闭原则的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需要修改对应类的源码。

1.3 状态模式的实现结构

状态模式把受环境改变的对象行为包装在不同的状态对象里，其意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。现在我们来分析其基本结构和实现方法。

状态模式主要包含三个角色：

• Context（环境类）：定义客户端感兴趣的接口，维护一个 State 子类的实例，这个示例定义当前状态。
• State（抽象状态类）：定义一个接口，用以封装 Context 的特定状态相关的行为。
• ConcreteState（具体状态类）：每一个子类实现一个与 Context 的一个状态相关的行为。

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二、适用场景

适用场景一：算法框架固定的场景

• 适用原因：当多个相关类需要执行相同的工作流程或算法骨架，但其中某些具体步骤的实现各不相同。这些类共享一个通用的操作序列，只是在特定环节存在差异化实现。
• 状态模式解决的问题：消除重复的过程控制代码，确保所有子类都遵循相同的执行顺序和流程规范。避免了在每个具体类中重复编写相同的流程控制逻辑，同时也防止了因流程修改需要在多个地方同步更新的维护负担。

适用场景二：代码复用的场景

• 适用原因：系统中存在多个类包含大量相同的行为代码，只有部分核心逻辑存在差异。这些类在整体功能上高度相似，但在关键步骤上需要个性化实现。
• 状态模式解决的问题：通过将公共代码提升到父类中，显著减少代码重复。当公公逻辑需要修改时，只需在父类中修改一处即可影响所有子类，大大提高了代码的可维护性和一致性。

适用场景三：控制子类扩展的场景

• 适用原因：需要确保子类在扩展时不会破坏核心算法的结构，或者需要限制子类只能重写特定的操作步骤。系统要求对扩展行为进行规范化管理。
• 解决的问题：防止子类随意修改关键流程，确保系统的稳定性和一致性。通过模板方法定义不可更改的算法骨架，既保证了扩展的灵活性，又维护了核心流程的稳定性。

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三、代码示例：订单状态管理

3.1 背景介绍

在电商系统下，订单状态管理是一个典型的状态模式应用场景。订单会经历从创建到完成的多个状态，每个状态下可执行的操作各不相同。

3.2 问题分析

如果不使用状态模式，我们可能会写出这样的代码：

public class Order {private String state;public void handle() {if ("pending".equals(state)) {System.out.println("订单待支付，可以支付或取消");} else if ("paid".equals(state)) {System.out.println("订单已支付，可以发货");} else if ("shipped".equals(state)) {System.out.println("订单已发货，等待确认收货");} else if ("completed".equals(state)) {System.out.println("订单已取消，不能进行任何操作");}}public void pay() {if ("pending".equals(state)) {state = "paid";System.out.println("支付成功");} else {System.out.println("当前状态不能支付");}}
}

这种方式的缺点很明显：

• 大量的 if-else 语句，代码臃肿；
• 违反开闭原则，新增状态需要修改原有代码；
• 状态转换逻辑分散在各个方法中，难以维护；

3.3 状态模式解决方案

代码 UML 如下：

1）定义状态接口

/*** 订单状态接口*/
public interface OrderState {void handle(OrderContext context);void pay(OrderContext context);void ship(OrderContext context);void confirm(OrderContext context);void cancel(OrderContext context);
}

2）实现具体状态类

/*** 待支付状态*/
public class PendingState implements OrderState {@Overridepublic void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单待支付，可以支付或取消");}@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("支付成功，订单状态变为已支付");context.setState(new PaidState());}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("待支付状态不能发货");}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("待支付状态不能确认收货");}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("订单已取消");context.setState(new CancelledState());}
}/*** 已支付状态*/
public class PaidState implements OrderState {@Overridepublic void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单已支付，可以发货或取消");}@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("订单已支付，无需重复支付");}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("发货成功，订单状态变为已发货");context.setState(new ShippedState());}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("已支付状态不能确认收货");}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("取消订单，退款处理中");context.setState(new CancelledState());}
}/*** 已发货状态*/
public class ShippedState implements OrderState {@Overridepublic void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单已发货，等待确认收货");}@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("已发货状态不能支付");}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("订单已发货，不能重复发货");}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("确认收货，订单完成");context.setState(new CompletedState());}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("已发货状态不能取消，请联系客服");}
}/*** 已完成状态*/
public class CompletedState implements OrderState {@Overridepublic void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，可以评价");}@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，不能支付");}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，不能发货");}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，不能重复确认");}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成，不能取消");}
}/*** 已取消状态*/
public class CancelledState implements OrderState {@Overridepublic void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单已取消，不能进行任何操作");}@Overridepublic void pay(OrderContext context) {System.out.println("订单已取消，不能支付");}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("订单已取消，不能发货");}@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("订单已取消，不能确认收货");}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("订单已取消，不能重复取消");}
}

3）定义环境类

/*** 订单上下文类*/
public class OrderContext {private OrderState state;private String orderId;public OrderContext(String orderId) {this.orderId = orderId;// 初始状态为待支付this.state = new PendingState();}public void setState(OrderState state) {this.state = state;}public OrderState getState() {return state;}// 委托给状态对象处理public void handle() {state.handle(this);}public void pay() {state.pay(this);}public void ship() {state.ship(this);}public void confirm() {state.confirm(this);}public void cancel() {state.cancel(this);}public String getOrderId() {return orderId;}
}

4）客户端测试

/*** 测试类*/
public class StatePatternDemo {public static void main(String[] args) {OrderContext order = new OrderContext("ORDER001");// 初始状态order.handle();order.pay();// 已支付状态order.handle();order.ship();// 已发货状态order.handle();order.confirm();// 已完成状态order.handle();order.cancel();System.out.println("====================================");// 测试异常流程OrderContext order2 = new OrderContext("ORDER002");order2.ship(); // 待支付状态尝试发货order2.cancel(); // 取消订单order2.pay(); // 已取消状态尝试支付}
}

4）测试结果

执行 main() 之后，结果如下所示：

整理完毕，完结撒花～🌻

参考地址：

1.状态模式（State模式），https://blog.csdn.net/qq_35784669/article/details/121238278