状态模式

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，允许对象在内部状态发生变化时改变其行为，看起来像是改变了对象本身的类。它通过将状态相关的行为封装到单独的状态类中，使得对象的行为能够根据状态动态切换，常用于需要根据状态执行不同逻辑的场景。

状态模式的组成

状态模式通常包含以下几个角色：

1. 上下文（Context）：持有当前状态的对象，提供接口供外部调用，并将具体行为委托给当前状态对象。
2. 状态接口（State）：定义状态相关的行为接口，所有具体状态类都实现该接口。
3. 具体状态（Concrete State）：实现状态接口，定义特定状态下的行为，并可能触发状态转换。

工作原理

1. 上下文对象持有一个状态对象，表示当前状态。
2. 当外部调用上下文的方法时，上下文将请求委托给当前状态对象处理。
3. 状态对象执行特定行为，并可能根据条件触发上下文切换到其他状态。

UML 类图

┌────────────────┐       ┌────────────────┐
│    Context     │       │     State      │
├────────────────┤       ├────────────────┤
│ state          │<----->│ handle()       │
│ setState()     │       └────────────────┘
│ request()      │
└────────────────┘
       ↑
┌────────────────┐       ┌────────────────┐
│ ConcreteStateA │       │ ConcreteStateB │
├────────────────┤       ├────────────────┤
│ handle()       │       │ handle()       │
└────────────────┘       └────────────────┘

代码示例（以 Java 为例）

以下是一个状态模式的实现，模拟一个电灯开关的场景，电灯有“开”和“关”两种状态：

// 状态接口
interface State {
    void handle(Context context);
}

// 具体状态：开
class OnState implements State {
    @Override
    public void handle(Context context) {
        System.out.println("电灯已打开");
        // 切换到关状态
        context.setState(new OffState());
    }
}

// 具体状态：关
class OffState implements State {
    @Override
    public void handle(Context context) {
        System.out.println("电灯已关闭");
        // 切换到开状态
        context.setState(new OnState());
    }
}

// 上下文：电灯
class Context {
    private State state;

    public Context() {
        // 初始状态为关闭
        state = new OffState();
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    public void request() {
        state.handle(this);
    }
}

// 测试代码
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Context lamp = new Context();

        // 模拟开关操作
        lamp.request(); // 关闭 -> 打开
        lamp.request(); // 打开 -> 关闭
        lamp.request(); // 关闭 -> 打开
    }
}

输出：

电灯已关闭
电灯已打开
电灯已关闭

状态模式的特点

• 优点：
• 将状态相关的行为封装到独立的状态类中，符合单一职责原则。
• 状态转换逻辑清晰，易于维护和扩展。
• 避免了大量的条件语句（如 if-else 或 switch），使代码更简洁。
• 缺点：
• 如果状态数量较多，会导致状态类数量增加，系统复杂度可能上升。
• 状态切换逻辑可能分散在多个状态类中，需小心管理。

使用场景

1. 当对象的行为依赖于其状态，且状态变化频繁时：

• 订单状态管理（如待支付、已支付、已发货、已完成）。
• 游戏角色状态（如正常、眩晕、中毒）。
• UI 控件状态（如启用、禁用、选中）。

1. 需要替代大量条件语句来处理不同状态的场景。

注意事项

• 状态转换：状态转换可以由上下文控制，也可以在具体状态类中实现，具体取决于业务需求。
• 状态共享：如果状态对象无内部数据，可以使用单例模式或静态实例以减少内存开销。
• 与策略模式的区别：
• 状态模式侧重于根据状态切换行为，状态间可能存在转换关系。
• 策略模式侧重于行为的选择，策略间通常独立且无状态转换。
• 扩展性：新增状态时，只需添加新的具体状态类并实现状态接口，符合开闭原则。

总结

状态模式通过将状态和行为封装到独立的状态类中，实现了对象行为随状态动态变化的效果。它适用于状态驱动的场景，能有效减少条件语句，提高代码的可维护性和扩展性。在实际应用中，状态模式常用于流程管理、游戏开发和 UI 状态控制等领域。