23种设计模式之状态模式

紫风

发布于 2025-10-14 18:37:55

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状态模式 (State Pattern) 详细介绍

一、模式概述

英文名称：State
核心目标：允许对象在其内部状态改变时改变它的行为，使得对象看起来像是修改了其类。
设计思想：将状态抽象为独立类，对象的行为委托给当前状态对象，通过状态切换实现动态行为变化。

二、优缺点

优点	缺点
1. 消除冗余的条件分支，简化代码逻辑。	1. 类数量增加，每个状态对应一个类。
2. 符合开闭原则，新增状态无需修改现有代码。	2. 状态转换逻辑分散，维护成本可能增加。
3. 状态行为局部化，职责清晰。	3. 过度设计，简单状态机可能无需此模式。

三、应用场景

订单生命周期：待支付、已支付、已发货等状态。
电梯控制：开门、关门、运行、停止等状态。
游戏角色行为：站立、行走、攻击、跳跃等状态。
网络协议处理：TCP 连接状态（建立、监听、关闭）。

四、代码实现与注释

1. 状态接口（定义行为方法）

/**
 * 状态接口：定义电梯各状态下的行为方法
 */
public interface ElevatorState {
    void open();      // 开门
    void close();     // 关门
    void run();       // 运行
    void stop();      // 停止
}

2. 具体状态类（实现不同状态的行为）

/**
 * 开门状态：仅允许关门操作
 */
public class OpenState implements ElevatorState {
    private final ElevatorContext context;

    public OpenState(ElevatorContext context) {
        this.context = context;
    }

    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门已经是打开的");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门关闭");
        context.setState(context.getCloseState());
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯门未关闭，禁止运行");
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯已停止");
        context.setState(context.getStopState());
    }
}

/**
 * 关门状态：允许开门、运行或停止
 */
public class CloseState implements ElevatorState {
    private final ElevatorContext context;

    public CloseState(ElevatorContext context) {
        this.context = context;
    }

    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门打开");
        context.setState(context.getOpenState());
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门已经是关闭的");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯开始运行");
        context.setState(context.getRunState());
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止运行");
        context.setState(context.getStopState());
    }
}

// 运行状态和停止状态实现类似，此处省略，完整代码参考附录

3. 上下文类（维护当前状态）

/**
 * 电梯上下文：维护当前状态并提供状态切换方法
 */
public class ElevatorContext {
    private ElevatorState currentState;
    private final ElevatorState openState;
    private final ElevatorState closeState;
    private final ElevatorState runState;
    private final ElevatorState stopState;

    public ElevatorContext() {
        this.openState = new OpenState(this);
        this.closeState = new CloseState(this);
        this.runState = new RunState(this);
        this.stopState = new StopState(this);
        currentState = stopState; // 初始状态为停止
    }

    // 委托当前状态处理操作
    public void open() {
        currentState.open();
    }

    public void close() {
        currentState.close();
    }

    public void run() {
        currentState.run();
    }

    public void stop() {
        currentState.stop();
    }

    // 状态切换方法
    public void setState(ElevatorState state) {
        this.currentState = state;
    }

    // 获取状态实例的方法
    public ElevatorState getOpenState() {
        return openState;
    }

    public ElevatorState getCloseState() {
        return closeState;
    }

    public ElevatorState getRunState() {
        return runState;
    }

    public ElevatorState getStopState() {
        return stopState;
    }
}

4. 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ElevatorContext elevator = new ElevatorContext();

        System.out.println("===== 初始状态：停止 =====");
        elevator.open();  // 停止状态允许开门

        System.out.println("\n===== 切换到开门状态 =====");
        elevator.close(); // 关门

        System.out.println("\n===== 切换到关门状态 =====");
        elevator.run();   // 运行

        System.out.println("\n===== 切换到运行状态 =====");
        elevator.stop();  // 停止
    }
}

5. 输出结果

===== 初始状态：停止 =====
电梯门打开

===== 切换到开门状态 =====
电梯门关闭

===== 切换到关门状态 =====
电梯开始运行

===== 切换到运行状态 =====
电梯停止运行

五、模式结构图

+----------------+          +----------------+
|   Context      | <>-----+ |   State        |
+----------------+          +----------------+
| -state:State   |          | +handle()      |
| +request()     |          +----------------+
+----------------+                 ^
       |                           |
       |                  +----------------+
       |                  | ConcreteStateA |
       |                  +----------------+
       |                  | +handle()      |
       |                  +----------------+
       |                  | ConcreteStateB |
       |                  +----------------+
       |                  | +handle()      |
       |                  +----------------+