Java行为型模式(状态模式)实现方式与测试方法

一、状态模式实现方式

  1. 核心结构
  • 状态接口(State):定义状态相关的行为方法。
  • 具体状态类(ConcreteState):实现状态接口,封装特定状态下的逻辑。
  • 上下文类(Context):维护当前状态引用,委托请求给当前状态对象处理。
  1. 基础实现示例(以电梯控制为例)
java 复制代码
// 状态接口
public interface ElevatorState {
    void handle(ElevatorContext context);
}
// 具体状态类:停止状态
public class StopState implements ElevatorState {
    @Override
    public void handle(ElevatorContext context) {
        System.out.println("电梯已停止");
        context.setState(new RunningState()); // 切换状态
    }
}
// 上下文类
public class ElevatorContext {
    private ElevatorState state;
    
    public ElevatorContext(ElevatorState initialState) {
        this.state = initialState;
    }
    
    public void setState(ElevatorState state) {
        this.state = state;
    }
    
    public void request() {
        state.handle(this); // 委托处理
    }
}
  1. 高级实现技巧
  • 状态内部维护上下文:允许状态类直接操作上下文属性(如订单状态流转)。
  • 状态工厂优化:集中管理状态对象,避免重复创建。
  • 状态共享(单例模式):适用于无状态对象(如红绿灯状态)。

二、测试方法与策略

  1. 测试目标
  • 验证状态切换的正确性(如订单从"待支付"到"已发货")。
  • 确保每个状态下的行为符合预期(如电梯停止时禁止移动)。
  1. 单元测试工具
    使用Mockito框架模拟依赖对象,隔离测试环境:
java 复制代码
import static org.mockito.Mockito.*;
// 测试订单状态切换
public class OrderTest {
    @Test
    public void testOrderStateTransition() {
        Order order = new Order();
        OrderState initialState = mock(NewState.class);
        order.setState(initialState);
        // 模拟支付操作触发状态切换
        order.pay();
        verify(initialState).next(order); // 验证状态转换
        assertEquals(PaidState.class, order.getState().getClass());
    }
}
  1. 关键测试场景

  2. 状态转换验证
    使用verify()检查状态切换方法是否按预期调用。

    java 复制代码
    verify(context, times(1)).setState(any(RunningState.class));
  3. 行为逻辑验证
    结合断言(JUnit/Hamcrest)验证输出结果:

    java 复制代码
    assertThat(outputStream.toString(), containsString("电梯已停止"));
  4. 异常处理测试
    模拟非法状态操作(如未支付时尝试发货):

    java 复制代码
    assertThrows(IllegalStateException.class, () -> order.deliver());
  5. 参数化测试
    覆盖所有状态组合,减少重复代码:

java 复制代码
@ParameterizedTest
@EnumSource(ElevatorState.class)
void testAllStates(ElevatorState state) {
    ElevatorContext context = new ElevatorContext(state);
    context.request();
    // 验证状态转换逻辑
}

三、测试最佳实践

  1. 独立性:每个测试用例初始化独立上下文,避免状态污染。
  2. 模拟外部依赖:用Mockito替代数据库或网络请求(如模拟订单支付接口)。
  3. 覆盖率:确保覆盖所有状态转换路径(如红灯→绿灯→黄灯→红灯)。

四、常见问题与解决方案

问题 解决方案
状态切换未触发 检查状态类是否正确调用context.setState()
测试用例间依赖 使用@Before注解重置上下文状态。
状态转换逻辑遗漏 通过状态机工具(如Spring StateMachine)可视化验证转换规则。

五、总结

状态模式通过对象化状态与委托机制实现了行为与状态的解耦,而单元测试则通过模拟框架与断言验证确保了状态转换的可靠性。实际开发中,结合Mockito进行隔离测试,可显著提升代码质量与维护效率。

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