设计模式学习（十二）状态模式

ACGkaka_2025-11-05 10:22

目录

一、定义

1.1 什么是状态模式？

状态模式（State Pattern） 是一种 行为型 设计模式，对有状态的对象，把复杂的 "判断逻辑" 提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时，改变其行为。

1.2 状态模式的优缺点

状态模式的优点：

  1. 结构清晰 ：状态模式将与特定状态相关的行为局部化道一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足 "但一职责原则"。
  2. 将状态转换显示化：减少对象间的相互依赖，将不同的状态引入独立的对象中会是的状态转换变得更加明确，且减少对相见的相互依赖。
  3. 状态类职责明确：有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

状态模式的缺点：

  1. 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
  2. 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
  3. 状态模式对开闭原则的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需要修改对应类的源码。

1.3 状态模式的实现结构

状态模式把受环境改变的对象行为包装在不同的状态对象里，其意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。现在我们来分析其基本结构和实现方法。

状态模式主要包含三个角色：

  • Context（环境类）：定义客户端感兴趣的接口，维护一个 State 子类的实例，这个示例定义当前状态。
  • State（抽象状态类）：定义一个接口，用以封装 Context 的特定状态相关的行为。
  • ConcreteState（具体状态类）：每一个子类实现一个与 Context 的一个状态相关的行为。

二、适用场景

适用场景一：算法框架固定的场景

  • 适用原因：当多个相关类需要执行相同的工作流程或算法骨架，但其中某些具体步骤的实现各不相同。这些类共享一个通用的操作序列，只是在特定环节存在差异化实现。
  • 状态模式解决的问题：消除重复的过程控制代码，确保所有子类都遵循相同的执行顺序和流程规范。避免了在每个具体类中重复编写相同的流程控制逻辑，同时也防止了因流程修改需要在多个地方同步更新的维护负担。

适用场景二：代码复用的场景

  • 适用原因：系统中存在多个类包含大量相同的行为代码，只有部分核心逻辑存在差异。这些类在整体功能上高度相似，但在关键步骤上需要个性化实现。
  • 状态模式解决的问题：通过将公共代码提升到父类中，显著减少代码重复。当公公逻辑需要修改时，只需在父类中修改一处即可影响所有子类，大大提高了代码的可维护性和一致性。

适用场景三：控制子类扩展的场景

  • 适用原因：需要确保子类在扩展时不会破坏核心算法的结构，或者需要限制子类只能重写特定的操作步骤。系统要求对扩展行为进行规范化管理。
  • 解决的问题：防止子类随意修改关键流程，确保系统的稳定性和一致性。通过模板方法定义不可更改的算法骨架，既保证了扩展的灵活性，又维护了核心流程的稳定性。

三、代码示例：订单状态管理

3.1 背景介绍

在电商系统下，订单状态管理是一个典型的状态模式应用场景。订单会经历从创建到完成的多个状态，每个状态下可执行的操作各不相同。

3.2 问题分析

如果不使用状态模式，我们可能会写出这样的代码：

java 复制代码 
public class Order {
  private String state;
  
  public void handle() {
    if ("pending".equals(state)) {
      System.out.println("订单待支付，可以支付或取消");
    } else if ("paid".equals(state)) {
      System.out.println("订单已支付，可以发货");
    } else if ("shipped".equals(state)) {
      System.out.println("订单已发货，等待确认收货");
    } else if ("completed".equals(state)) {
      System.out.println("订单已取消，不能进行任何操作");
    }
  }
  
  public void pay() {
    if ("pending".equals(state)) {
      state = "paid";
      System.out.println("支付成功");
    } else {
      System.out.println("当前状态不能支付");
    }
  }
}

这种方式的缺点很明显：

  • 大量的 if-else 语句，代码臃肿；
  • 违反开闭原则，新增状态需要修改原有代码；
  • 状态转换逻辑分散在各个方法中，难以维护；

3.3 状态模式解决方案

代码 UML 如下：
CancelledState +handle(OrderContext) +cancel(OrderContext) +pay(OrderContext) +ship(OrderContext) +confirm(OrderContext) CompletedState +confirm(OrderContext) +cancel(OrderContext) +pay(OrderContext) +handle(OrderContext) +ship(OrderContext) OrderContext +confirm() +handle() +getState() +pay() +setState(OrderState) +getOrderId() +cancel() +ship() <<Interface>> OrderState +pay(OrderContext) +ship(OrderContext) +confirm(OrderContext) +handle(OrderContext) +cancel(OrderContext) PaidState +handle(OrderContext) +ship(OrderContext) +cancel(OrderContext) +confirm(OrderContext) +pay(OrderContext) PendingState +ship(OrderContext) +handle(OrderContext) +confirm(OrderContext) +cancel(OrderContext) +pay(OrderContext) ShippedState +pay(OrderContext) +ship(OrderContext) +confirm(OrderContext) +cancel(OrderContext) +handle(OrderContext) StatePatternDemo +main(String[])

1）定义状态接口
java 复制代码 
/**
 * 订单状态接口
 */
public interface OrderState {
    void handle(OrderContext context);
    void pay(OrderContext context);
    void ship(OrderContext context);
    void confirm(OrderContext context);
    void cancel(OrderContext context);
}
2）实现具体状态类
java 复制代码 
/**
 * 待支付状态
 */
public class PendingState implements OrderState {
    @Override
    public void handle(OrderContext context) {
        System.out.println("订单待支付，可以支付或取消");
    }
    
    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("支付成功，订单状态变为已支付");
        context.setState(new PaidState());
    }
    
    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("待支付状态不能发货");
    }
    
    @Override
    public void confirm(OrderContext context) {
        System.out.println("待支付状态不能确认收货");
    }
    
    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已取消");
        context.setState(new CancelledState());
    }
}

/**
 * 已支付状态
 */
public class PaidState implements OrderState {
    @Override
    public void handle(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已支付，可以发货或取消");
    }
    
    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已支付，无需重复支付");
    }
    
    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("发货成功，订单状态变为已发货");
        context.setState(new ShippedState());
    }
    
    @Override
    public void confirm(OrderContext context) {
        System.out.println("已支付状态不能确认收货");
    }
    
    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("取消订单，退款处理中");
        context.setState(new CancelledState());
    }
}

/**
 * 已发货状态
 */
public class ShippedState implements OrderState {
    @Override
    public void handle(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已发货，等待确认收货");
    }
    
    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("已发货状态不能支付");
    }
    
    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已发货，不能重复发货");
    }
    
    @Override
    public void confirm(OrderContext context) {
        System.out.println("确认收货，订单完成");
        context.setState(new CompletedState());
    }
    
    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("已发货状态不能取消，请联系客服");
    }
}

/**
 * 已完成状态
 */
public class CompletedState implements OrderState {
    @Override
    public void handle(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已完成，可以评价");
    }
    
    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已完成，不能支付");
    }
    
    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已完成，不能发货");
    }
    
    @Override
    public void confirm(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已完成，不能重复确认");
    }
    
    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已完成，不能取消");
    }
}

/**
 * 已取消状态
 */
public class CancelledState implements OrderState {
    @Override
    public void handle(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已取消，不能进行任何操作");
    }
    
    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已取消，不能支付");
    }
    
    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已取消，不能发货");
    }
    
    @Override
    public void confirm(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已取消，不能确认收货");
    }
    
    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("订单已取消，不能重复取消");
    }
}
3）定义环境类
java 复制代码 
/**
 * 订单上下文类
 */
public class OrderContext {
    private OrderState state;
    private String orderId;
    
    public OrderContext(String orderId) {
        this.orderId = orderId;
        // 初始状态为待支付
        this.state = new PendingState();
    }
    
    public void setState(OrderState state) {
        this.state = state;
    }
    
    public OrderState getState() {
        return state;
    }
    
    // 委托给状态对象处理
    public void handle() {
        state.handle(this);
    }
    
    public void pay() {
        state.pay(this);
    }
    
    public void ship() {
        state.ship(this);
    }
    
    public void confirm() {
        state.confirm(this);
    }
    
    public void cancel() {
        state.cancel(this);
    }
    
    public String getOrderId() {
        return orderId;
    }
}
4）客户端测试
java 复制代码 
/**
 * 测试类
 */
public class StatePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        OrderContext order = new OrderContext("ORDER001");
        
        // 初始状态
        order.handle();
        order.pay();
        
        // 已支付状态
        order.handle();
        order.ship();
        
        // 已发货状态
        order.handle();
        order.confirm();
        
        // 已完成状态
        order.handle();
        order.cancel();
        
        System.out.println("====================================");
        
        // 测试异常流程
        OrderContext order2 = new OrderContext("ORDER002");
        order2.ship(); // 待支付状态尝试发货
        order2.cancel(); // 取消订单
        order2.pay(); // 已取消状态尝试支付
    }
}
4）测试结果

执行 main() 之后，结果如下所示：

整理完毕，完结撒花～🌻

参考地址：

1.状态模式（State模式），https://blog.csdn.net/qq_35784669/article/details/121238278

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