状态模式：通过内部状态的改变灵活调整对象行为的设计策略

分类：杂谈日期：2025-02-06 10:35:57

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，允许对象在其内部状态发生变化时改变其行为。这样，对象的行为便可看作是修改了其类。这种模式的核心思想是将对象的状态和行为封装为独立的状态类，借此通过改变状态对象的行为来减少大量的条件判断语句，从而提升代码的可扩展性和可维护性。以下是对状态模式的详细介绍，并通过一个实例进行说明。

一、状态模式的基本概念

状态模式主要包含以下几个角色：

上下文（Context）：维护当前状态，并提供接口供客户端使用。上下文通过持有状态对象的引用来委派工作，状态的切换由上下文管理。
状态接口（State）：定义一个接口，描述在不同状态下的行为。具体的状态类将实现这些方法。
具体状态类（ConcreteState）：实现状态接口，定义在特定状态下的行为。每个具体状态类表示一个状态，并根据状态的变化来改变行为。
客户端（Client）：通过上下文来触发状态的切换和行为的执行，通常不直接调用具体状态类的方法。

二、状态模式的主要优点

清晰的状态转换：封装状态转换逻辑，使得代码易于理解。
降低条件语句：减少对象中的条件语句，提高代码的可读性。
符合开闭原则：能够自由添加新状态而不修改现有代码，增加系统的可维护性。
单一职责原则：每个状态类只负责自身状态下的行为，提高模块化。
易于测试：各个状态类实现简单，便于独立测试。

三、状态模式的应用场景

状态模式适用于以下场景：

当对象的行为依赖于其状态，当状态变化时，其行为也会随之变化。
状态转换逻辑复杂的情况，可以帮助将这些逻辑分散到多个类中。
需要在运行时动态切换状态时，提供一种灵活管理的方式。

四、实例讲解

以自动售货机（Gumball Machine）为例，演示如何使用状态模式来管理售货机的不同状态和行为。

假设售货机有两个状态：无硬币状态（NoCoinState）和有硬币状态（HasCoinState）。在不同的状态下，售货机的行为会有所不同，例如在无硬币状态时，不能投币和发糖果；而在有硬币状态时，可以转动曲柄并发放糖果。

首先，定义一个状态接口State，包含售货机在不同状态下的行为方法：

interface State {
    void insertCoin();
    void ejectCoin();
    void turnCrank();
    void dispense();
}

然后，创建两个具体状态类NoCoinState和HasCoinState，实现State接口：

class NoCoinState implements State {
    private GumballMachine gumballMachine;

    public NoCoinState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    public void insertCoin() {
        System.out.println("投币成功");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasCoinState());
    }

    public void ejectCoin() {
        System.out.println("没有投币,无法退币");
    }

    public void turnCrank() {
        System.out.println("没有投币,无法转动曲柄");
    }

    public void dispense() {
        System.out.println("没有投币,无法发放糖果");
    }
}

接下来，创建上下文类GumballMachine，包含当前状态并管理状态的切换：

class GumballMachine {
    private State noCoinState;
    private State hasCoinState;
    private State currentState;

    public GumballMachine() {
        noCoinState = new NoCoinState(this);
        hasCoinState = new HasCoinState(this);
        currentState = noCoinState;
    }

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

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

    public void turnCrank() {
        currentState.turnCrank();
        currentState.dispense();
    }

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

    public State getNoCoinState() {
        return noCoinState;
    }

    public State getHasCoinState() {
        return hasCoinState;
    }
}

此示例展示了状态模式如何将售货机的不同状态和行为封装成独立的类，并通过上下文类管理状态的切换。客户端代码只需与上下文类交互，而不需要关心具体的状态和行为实现，这显著提高了代码的可读性和可维护性。