状态模式（State Pattern）笔记

定义

状态模式是一种行为设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，使对象看起来似乎修改了它的类。

英文原文定义：

The State Pattern allows an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class.

核心概念

状态模式通过将不同状态的行为封装到独立的类中，并将状态委托给当前状态对象，使得状态转换更加清晰，避免了复杂的条件判断语句。

主要角色

Context（上下文）：维护一个ConcreteState子类的实例，定义当前状态
State（状态接口）：定义一个接口，封装与Context的特定状态相关的行为
ConcreteState（具体状态）：实现State接口，每个子类实现一个与Context状态相关的行为

优缺点

优点

消除条件语句：用多态代替大量条件判断
单一职责原则：将与特定状态相关的代码放在独立类中
开闭原则：容易新增状态而不修改已有代码
状态转换显式化：使状态转换更加明确和可控
状态对象复用：可以共享无实例变量的状态对象

缺点

类数量增加：每个状态都需要一个类
过度设计风险：简单状态机使用此模式可能增加复杂度
上下文耦合：状态子类可能依赖上下文实现
性能开销：状态转换可能带来额外对象创建开销

解决的问题

状态模式主要解决以下经典问题：

复杂状态逻辑：对象行为依赖于它的状态，并且必须在运行时根据状态改变行为
条件语句膨胀：操作中含有大量与对象状态有关的条件语句
状态转换混乱：当状态转换逻辑分散在多个方法中时
状态共享需求：当需要多个上下文实例共享状态对象时

实现注意事项

状态转换位置：
- 由上下文决定（集中管理）
- 由状态类决定（分散管理）
状态对象创建：
- 按需创建（每次转换时创建）
- 预先创建（所有状态单例）
状态存储：
- 上下文存储全部状态数据
- 状态对象存储部分状态数据
线程安全：
- 无状态的状态对象可以共享
- 有状态的状态对象需要实例化
初始化状态：
- 确保上下文始终有有效状态
- 考虑使用Null Object模式处理未知状态

实现变体

状态驱动转换：
- 状态类知道并决定下一个状态
- 转换逻辑分散在各状态类中
表驱动转换：
- 使用转换表定义状态转换规则
- 更加集中和可配置
状态模式+享元：
- 无状态的状态对象作为享元共享
- 适合大量上下文实例场景
状态模式+组合：
- 构建层次状态结构
- 支持状态继承和复用

与其他模式的关系

相似模式区分

策略模式：
- 状态：状态知道其他状态，可触发状态转换
- 策略：策略通常不知道其他策略
命令模式：
- 状态：封装与状态相关的行为
- 命令：封装操作请求
职责链模式：
- 状态：状态处理请求后可改变上下文状态
- 职责链：请求沿链传递直到被处理

常见搭配组合

状态 + 享元：共享无状态的状态对象
状态 + 单例：状态对象作为单例
状态 + 组合：构建层次状态机
状态 + 观察者：状态变化时通知观察者

典型应用场景

订单状态管理（待支付、已支付、已发货等）
工作流引擎
游戏角色状态（站立、行走、奔跑等）
TCP连接状态（建立连接、数据传输、关闭连接）
电梯控制系统
自动售货机
UI组件状态（启用、禁用、悬停等）

代码示例（电梯状态实现）

java

// 状态接口
interface ElevatorState {
    void openDoors();
    void closeDoors();
    void move();
    void stop();
}

// 具体状态：停止状态
class StoppedState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;
    
    public StoppedState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }
    
    @Override
    public void openDoors() {
        System.out.println("Opening doors");
        elevator.setState(elevator.getDoorsOpenState());
    }
    
    @Override
    public void closeDoors() {
        System.out.println("Doors already closed");
    }
    
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("Starting movement");
        elevator.setState(elevator.getMovingState());
    }
    
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("Already stopped");
    }
}

// 具体状态：门开状态
class DoorsOpenState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;
    
    public DoorsOpenState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }
    
    @Override
    public void openDoors() {
        System.out.println("Doors already open");
    }
    
    @Override
    public void closeDoors() {
        System.out.println("Closing doors");
        elevator.setState(elevator.getStoppedState());
    }
    
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("Cannot move with doors open");
    }
    
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("Already stopped with doors open");
    }
}

// 具体状态：移动状态
class MovingState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;
    
    public MovingState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }
    
    @Override
    public void openDoors() {
        System.out.println("Cannot open doors while moving");
    }
    
    @Override
    public void closeDoors() {
        System.out.println("Doors already closed while moving");
    }
    
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("Already moving");
    }
    
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("Stopping elevator");
        elevator.setState(elevator.getStoppedState());
    }
}

// 上下文：电梯
class Elevator {
    private ElevatorState stoppedState;
    private ElevatorState doorsOpenState;
    private ElevatorState movingState;
    
    private ElevatorState currentState;
    
    public Elevator() {
        stoppedState = new StoppedState(this);
        doorsOpenState = new DoorsOpenState(this);
        movingState = new MovingState(this);
        currentState = stoppedState;
    }
    
    public void setState(ElevatorState state) {
        this.currentState = state;
    }
    
    // 委托给当前状态
    public void openDoors() {
        currentState.openDoors();
    }
    
    public void closeDoors() {
        currentState.closeDoors();
    }
    
    public void move() {
        currentState.move();
    }
    
    public void stop() {
        currentState.stop();
    }
    
    // 获取具体状态
    public ElevatorState getStoppedState() {
        return stoppedState;
    }
    
    public ElevatorState getDoorsOpenState() {
        return doorsOpenState;
    }
    
    public ElevatorState getMovingState() {
        return movingState;
    }
}

// 客户端代码
public class ElevatorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Elevator elevator = new Elevator();
        
        elevator.openDoors();  // 从停止到开门
        elevator.closeDoors(); // 从开门到停止
        elevator.move();       // 从停止到移动
        elevator.stop();       // 从移动到停止
        elevator.openDoors();  // 从停止到开门
    }
}

状态模式（State Pattern）笔记 ​

定义 ​

核心概念 ​

主要角色 ​

优缺点 ​

优点 ​

缺点 ​

解决的问题 ​

实现注意事项 ​

实现变体 ​

与其他模式的关系 ​

相似模式区分 ​

常见搭配组合 ​

典型应用场景 ​

代码示例（电梯状态实现） ​

状态模式（State Pattern）笔记

定义

核心概念

主要角色

优缺点

优点

缺点

解决的问题

实现注意事项

实现变体

与其他模式的关系

相似模式区分

常见搭配组合

典型应用场景

代码示例（电梯状态实现）