设计模式-状态模式

一、什么是状态模式

状态模式是一种行为设计模式，使用状态模式，能够在一个对象内部状态变化时改变它的行为，使其看起来就像改变自身的类一样。
核心点：区分事物内部的状态，把事物的每种状态都封装成单独的类，跟此状态有关的行为都被封装在这个类的内部，当对象的状态改变时，它的行为也会随之改变。

二、状态模式的主要构成

环境类（Context）角色：也叫上下文，定义类客户端需要的接口，维护了一个当前状态，并将状态相关的操作委托给当前的状态对象来处理；
抽象状态（State）角色：定义一个状态接口，用于封装状态所对应的行为；
具体状态（Concrete State）角色：实现抽象状态对应的行为，用于切换状态

三、状态模式代码示例

假如有一个抽奖奖励场景，奖励存在多种状态，分别为未激活状态、已激活状态、已暂停状态和已结束状态，各个状态之间会根据相关方法或者时间触发到转换到其他状态，状态转换规则如下图所示

处于未激活状态 ，它会根据开始时间自动激活奖励，转移到已激活状态 ，处于已激活状态的奖励，管理员可以将抽奖活动进行暂停，此时奖励会进入已暂停状态 ，处于已暂停状态的奖励，又可以手动开启，进入已激活状态；处于已激活状态，会随着奖品的发放完成，进入到已结束状态，在不同的状态下，奖励对应的行为也是不同的。

假如没有使用状态模式，我们通常的做法是使用多个条件运算符if else或switch来实现，代码示例如下：

java 复制代码

public class Reward {
    private enum State {
        INACTIVE, ACTIVE, PAUSED, FINISHED
    }

    private State currentState;

    public Reward() {
        currentState = State.INACTIVE; // 初始状态为未激活
    }

    public void activate() {
        switch (currentState) {
            case INACTIVE:
                System.out.println("奖励已激活");
                currentState = State.ACTIVE;
                break;
            case ACTIVE:
                System.out.println("奖励已激活，无需再次激活");
                break;
            case PAUSED:
                System.out.println("奖励已激活");
                break;
            case FINISHED:
                System.out.println("奖励已结束，无法激活");
                break;
        }
    }

    public void pause() {
        switch (currentState) {
            case INACTIVE:
                System.out.println("奖励未激活，不能暂停");
                break;
            case ACTIVE:
                System.out.println("奖励已暂停");
                currentState = State.PAUSED;
                break;
            case PAUSED:
                System.out.println("奖励已暂停，无需再次暂停");
                break;
            case FINISHED:
                System.out.println("奖励已结束，无法暂停");
                break;
        }
    }

    public void finish() {
        switch (currentState) {
            case INACTIVE:
                System.out.println("奖励已结束");
                break;
            case ACTIVE:
                System.out.println("奖励已结束");
                currentState = State.FINISHED;
                break;
            case PAUSED:
                System.out.println("奖励已结束");
                currentState = State.FINISHED;
                break;
            case FINISHED:
                System.out.println("奖励已结束，无需再次结束");
                break;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Reward reward = new Reward();

        // 未激活状态
        reward.activate();
        reward.pause();
        reward.finish();

        // 激活状态
        reward.activate();
        reward.pause();
        reward.finish();

        // 暂停状态
        reward.pause();
        reward.finish();

        // 结束状态
        reward.finish();
        reward.activate();
        reward.pause();
        reward.finish();
    }
}

存在的问题：由于我们预先定义了枚举类的一些状态，后面会随着业务规则变动，又会增加状态以及状态之间的转换规则，则传统的if else结构，显得扩展性不足，代码会变得臃肿不好维护。

使用状态模式实现如下：

java 复制代码

public interface RewardState {
    void activate();
    void pause();
    void finish();
}
public class InactiveState implements RewardState{
    @Override
    public void activate() {
        System.out.println("奖励已激活");
    }
    @Override
    public void pause() {
        System.out.println("奖励未激活，不能暂停");
    }
    @Override
    public void finish() {
        System.out.println("奖励未激活，不能结束");
    }
}
public class ActiveState implements RewardState{
    @Override
    public void activate() {
        System.out.println("奖励已激活，无需再次激活");
    }
    @Override
    public void pause() {
        System.out.println("奖励已暂停");
    }
    @Override
    public void finish() {
        System.out.println("奖励已结束");
    }
}
public class PausedState implements RewardState{

    @Override
    public void activate() {
        System.out.println("奖励已激活");
    }
    @Override
    public void pause() {
        System.out.println("奖励已暂停，无需再次暂停");
    }
    @Override
    public void finish() {
        System.out.println("奖励已结束");
    }
}
public class FinishedState implements RewardState{
    @Override
    public void activate() {
        System.out.println("奖励已结束，无法再次激活");
    }
    @Override
    public void pause() {
        System.out.println("奖励已结束，无法暂停");
    }
    @Override
    public void finish() {
        System.out.println("奖励已结束，无需再次结束");
    }
}
public class RewardContext {
    private RewardState state;

    public RewardContext() {
        state = new InactiveState(); // 初始状态为未激活
    }

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

    public void activate() {
        state.activate();
    }

    public void pause() {
        state.pause();
    }

    public void finish() {
        state.finish();
    }
}

// Demo测试
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        RewardContext context = new RewardContext();

        // 未激活状态
        context.activate();
        context.pause();
        context.finish();

        // 激活状态
        context.setState(new ActiveState());
        context.activate();
        context.pause();
        context.finish();

        // 暂停状态
        context.setState(new PausedState());
        context.activate();
        context.pause();
        context.finish();

        // 结束状态
        context.setState(new FinishedState());
        context.activate();
        context.pause();
        context.finish();
    }
}

执行结果：

四、状态模式的应用

订单处理系统，订单可以处于不同的状态，如已下单、待支付、已支付、待发货、已发货、已完成等。状态模式可以用来管理订单之间状态的转换和对应的执行的操作。
工作流引擎，在工作流管理中，任务可以处于不同的状态，如待处理、处理中、处理完成等等。
游戏角色状态，游戏中的人物角色可以处于不同的状态，例如站立状态、行走状态、跑动状态、攻击状态等
电梯控制系统，电梯可以处于不同的状态，例如停止状态、运行状态、上行、下行、故障等等。

五、状态模式优缺点

优点：

代码可读性好，状态之间的转换封装到了具体类中，可以清晰管理状态之间的转换；
可维护性好，扩展性强，如添加和删除状态比较方便，不会影响原有状态类的代码；
符合开闭原则：状态模式使得状态类可以独立变化和扩展，符合开闭原则，对修改封闭，对扩展开放。

缺点：

. 增加代码中对象和类的个数，增加了系统实现的复杂性；
状态间的转换：状态之间的转换可能比较复杂，需要仔细设计状态之间的转换关系；
状态模式的适用场景有限：如果一个对象的状态很少改变，或者状态转换比较简单，使用状态模式可能会显得过于繁琐。

参考：订单及其状态机的设计实现