状态模式 | 小菜鸟

状态模式（State Pattern）：基于状态的行为动态切换

状态模式是行为型设计模式的一种，核心思想是允许对象在内部状态改变时自动改变其行为，使对象看起来好像修改了它的类。这种模式将不同状态对应的行为封装到独立的状态类中，通过状态的切换实现行为的动态变化，本质是 “将状态转换逻辑与状态对应的行为分离，用类表示状态”。就像 “交通信号灯”—— 红灯、黄灯、绿灯对应不同的行为（禁止通行、准备停止、允许通行），灯的状态改变时，行为也随之改变。

状态模式的核心结构

状态模式

状态模式通过三个核心角色实现状态与行为的绑定及动态切换：

上下文（Context）

维护当前状态并提供切换状态的接口，是状态模式的使用者。
上下文本身不实现具体行为，而是将行为委托给当前状态对象。
示例：TrafficLight（交通信号灯，持有当前灯状态的引用）。

状态接口（State）

定义所有具体状态的公共接口，声明状态对应的行为方法（如handle()）。
示例：LightState（灯状态接口，声明show()方法表示灯的显示行为）。

具体状态（ConcreteState）

实现状态接口，封装特定状态下的行为逻辑，并可在适当时候触发状态切换（通过修改上下文的当前状态）。
示例：RedLight（红灯状态）、YellowLight（黄灯状态）、GreenLight（绿灯状态）。

代码实现示例

以 “交通信号灯” 为例，展示状态模式的实现：信号灯有红、黄、绿三种状态，每种状态对应不同的显示行为，且状态会按 “红→绿→黄→红” 的顺序切换。

1. 状态接口与具体状态

// 1. 状态接口：灯状态
public interface LightState {
    void show(TrafficLight light); // 显示当前状态的行为，参数为上下文
}

// 2. 具体状态1：红灯（禁止通行）
public class RedLight implements LightState {
    @Override
    public void show(TrafficLight light) {
        System.out.println("红灯亮：禁止通行");
        // 3秒后切换到绿灯
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        light.setState(new GreenLight()); // 切换状态
    }
}

// 3. 具体状态2：绿灯（允许通行）
public class GreenLight implements LightState {
    @Override
    public void show(TrafficLight light) {
        System.out.println("绿灯亮：允许通行");
        // 5秒后切换到黄灯
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        light.setState(new YellowLight()); // 切换状态
    }
}

// 4. 具体状态3：黄灯（准备停止）
public class YellowLight implements LightState {
    @Override
    public void show(TrafficLight light) {
        System.out.println("黄灯亮：准备停止");
        // 2秒后切换到红灯
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        light.setState(new RedLight()); // 切换状态
    }
}

2. 上下文（交通信号灯）

// 上下文：交通信号灯
public class TrafficLight {
    private LightState currentState; // 当前状态

    // 初始化状态为红灯
    public TrafficLight() {
        this.currentState = new RedLight();
    }

    // 设置当前状态（切换状态）
    public void setState(LightState state) {
        this.currentState = state;
    }

    // 触发当前状态的行为
    public void run() {
        while (true) { // 循环切换状态
            currentState.show(this); // 委托给当前状态处理
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TrafficLight light = new TrafficLight();
        light.run(); // 启动信号灯
    }
}

输出结果（循环执行）

红灯亮：禁止通行
绿灯亮：允许通行
黄灯亮：准备停止
红灯亮：禁止通行
...（循环）

状态模式的核心优势

行为与状态的清晰绑定
每个状态对应的行为被封装在独立的状态类中，取代了传统的if-else或switch判断，代码结构更清晰，可读性更强。
动态切换行为
上下文通过切换状态对象实现行为的动态改变，无需修改上下文或状态类的结构，符合开闭原则（新增状态只需添加新的具体状态类）。
状态转换逻辑集中
状态转换的逻辑可在具体状态类中实现（如红灯自动切换到绿灯），避免转换逻辑分散在上下文的多个方法中。
单一职责原则
每个状态类仅负责自身状态下的行为，职责单一，便于维护和扩展。

适用场景

对象行为依赖于状态且状态多变
当一个对象的行为随其状态变化而变化，且状态数量较多（如：
- 订单状态：待支付→已支付→待发货→已发货→已完成（每个状态对应不同操作）。
- 电梯状态：上升→下降→停止（每个状态下按钮的响应不同）。
- 播放器状态：播放→暂停→停止（每个状态下的操作行为不同）。
避免复杂的条件判断
若代码中存在大量与状态相关的if-else或switch语句（如if (state == "RED") { ... } else if (state == "GREEN") { ... }），状态模式可将这些判断转换为状态类的多态调用，简化代码。
状态转换规则复杂
当状态转换需要依赖历史状态或外部条件时，将转换逻辑封装在状态类中可使逻辑更清晰（如游戏角色的状态切换：正常→受伤→死亡，转换条件与血量相关）。

优缺点分析

优点

代码清晰：用类表示状态，取代条件判断，提高可读性和可维护性。
扩展性好：新增状态只需添加具体状态类，无需修改现有代码。
状态转换灵活：状态转换逻辑可在状态类中灵活实现，支持复杂的转换规则。

缺点

类数量增加：每个状态对应一个类，状态数量过多时会导致类数量膨胀（但相比混乱的条件判断，通常利大于弊）。
状态类依赖上下文：具体状态类需要持有上下文引用以实现状态切换，可能增加耦合（但通过接口交互可降低依赖）。

经典应用案例

订单状态管理
电商系统中，订单的状态（待支付、已支付、待发货等）对应不同的操作（支付、取消、发货等），通过状态模式可清晰管理每个状态的行为及转换逻辑。
电梯控制
电梯的状态（上升、下降、停止）决定了按钮的响应行为（如上升状态下不响应下方楼层按钮），状态模式可简化电梯控制逻辑。
有限状态机（FSM）
状态模式是实现有限状态机的核心模式，广泛应用于游戏 AI、工作流引擎等领域（如游戏中 NPC 的状态切换：巡逻→攻击→逃跑）。
UI 组件状态
如按钮的状态（可用、禁用、选中）对应不同的显示和交互行为，通过状态模式可分离每种状态的逻辑。

总结

状态模式通过将状态抽象为类，实现了对象行为与状态的动态绑定，有效解决了 “行为依赖状态且状态多变” 的问题。其核心价值在于用多态替代条件判断，使代码更清晰、更易于扩展。在对象状态较多且行为随状态变化的场景中，状态模式是优于复杂条件判断的理想选择