状态模式(State Pattern)是一种非常巧妙的行为型设计模式。它的核心思想可以用一句话概括:当一个对象的内部状态发生改变时,它的行为也跟着改变。
听起来有点抽象?其实它最厉害的地方在于,它让对象看起来就像是修改了它的类一样。这通常是因为我们将"状态"封装成了独立的类。
为了帮你彻底理解,我将从核心逻辑、代码结构、优缺点到实际应用为你详细拆解。
1. 核心逻辑:告别"面条代码"
在没有使用状态模式的传统编程中,我们通常会用大量的 if-else 或 switch-case 语句来判断对象的状态,并执行不同的逻辑46。
例如,一个订单对象可能有"待支付"、"已支付"、"已发货"等状态。如果用传统方式写,代码可能会长这样:
java
if (state == "待支付") {
// 执行支付逻辑
} else if (state == "已支付") {
// 执行发货逻辑
} else if ... // 后面可能还有几十行
随着状态增多,这段代码会变得极其臃肿、难以维护(俗称"面条代码")。
状态模式的解法是:
把每一个状态都封装成一个独立的类。每个类只负责自己状态下的行为。环境类(Context)不需要知道当前是什么状态,它只需要把请求"委托"给当前的状态对象去处理即可。
2. 核心角色
状态模式通常包含以下三个角色:
- Context(环境类/上下文):
它是用户直接打交道的类。
它持有一个 State 接口的引用。
它将状态相关的请求委托给当前的状态对象来处理。
- State(抽象状态类):
定义了一个接口,封装了与 Context 状态相关的行为。
- ConcreteState(具体状态类):
实现 State 接口。
每一个子类实现一个与 Context 状态相关的行为(例如 PendingPaymentState、PaidState)。
3. 代码示例(简化版)
我们继续用订单的例子来演示:
第一步:定义状态接口
java
// 抽象状态接口
public interface OrderState {
void pay(); // 支付
void ship(); // 发货
}
第二步:实现具体状态
java
// 待支付状态
public class PendingPaymentState implements OrderState {
@Override
public void pay() {
System.out.println("订单支付成功");
// 这里可以改变环境类的状态为"已支付"
}
@Override
public void ship() {
System.out.println("错误:请先支付订单");
}
}
// 已支付状态
public class PaidState implements OrderState {
@Override
public void pay() {
System.out.println("错误:订单已支付");
}
@Override
public void ship() {
System.out.println("订单发货成功");
}
}
第三步:环境类(订单)
java
public class Order {
private OrderState currentState;
// 构造函数,默认为待支付状态
public Order() {
this.currentState = new PendingPaymentState();
}
// 委托给状态对象处理
public void pay() {
currentState.pay();
}
public void ship() {
currentState.ship();
}
// 提供给状态类修改自身状态的方法
public void setState(OrderState state) {
this.currentState = state;
}
}
第四步:客户端调用
java
Order order = new Order();
order.ship(); // 输出:错误:请先支付订单
order.pay(); // 输出:订单支付成功
order.ship(); // 此时状态已变,输出:订单发货成功
4. 优缺点分析
✅ 优点:
封装性好:将特定状态的行为局部化,符合"单一职责原则"。
消除条件语句:去掉了庞大的 if-else 或 switch,代码结构更清晰。
易于扩展:如果要增加新的状态,只需要新增一个具体状态类,无需修改现有代码(开闭原则)。
❌ 缺点:
类数量增多:每一个状态都要一个类,如果状态很多,系统类的数量会急剧增加。
切换逻辑复杂:状态之间的转换逻辑(从A状态怎么跳到B状态)如果处理不好,可能会导致代码混乱。有时需要在状态类内部维护对 Context 的引用,或者使用状态机来管理,增加了复杂度。
5. 适用场景
当你遇到以下情况时,应该优先考虑状态模式:
行为依赖状态:一个对象的行为取决于它的状态,并且状态在运行时经常改变。
复杂条件判断:代码中包含庞大的多分支 if-else 或 switch-case 语句,这些分支逻辑非常复杂。
状态流转明确:对象有明确的生命周期或状态流转路径(如:开始 -> 运行 -> 暂停 -> 结束)。
常见案例:
订单系统(待支付、已支付、退款中、已完成)。
游戏开发(角色的行走、攻击、防御、死亡状态)。
工作流引擎(任务的待处理、处理中、已完成)。
UI 控件(按钮的可用、禁用、按下状态)