状态模式的理解和实践

在软件开发中，我们经常遇到需要根据对象的不同状态执行不同行为的情况。如果直接将这些状态判断和行为逻辑写在同一个类中，会导致该类变得臃肿且难以维护。为了解决这个问题，状态模式（State Pattern）应运而生。状态模式是一种行为设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变它的行为，避免了大量的条件分支语句，使代码更加清晰和易于管理。

一、状态模式的基本概念

状态模式的核心思想是将对象的行为封装在不同的状态对象中，每个状态对象都有一个共同的抽象状态基类。对象的行为随着其内部状态的改变而改变，而状态的改变是通过状态对象之间的转换来实现的。

状态模式包含以下几个角色：

Context（环境类）：持有当前状态对象的引用，可以维护一个状态对象，并在需要的时候委托状态对象处理请求。
State（抽象状态类）：定义一个接口，用于封装与Context的一个特定状态相关的行为。
ConcreteState（具体状态类）：实现抽象状态类，每个具体状态类对应Context的一个具体状态，并在其中实现与该状态相关的行为。

二、状态模式的优点

结构清晰：将状态相关的行为封装在状态类中，避免了大量的条件分支语句，使代码更加清晰。
易于扩展：新增状态或修改状态行为时，只需新增或修改状态类，无需修改Context类。
符合开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。

三、状态模式的缺点

类数目增多：状态类数目较多，增加了系统的复杂性。
状态转换逻辑复杂：如果状态转换逻辑复杂，状态类之间的依赖关系可能会变得复杂。

四、状态模式的实践

下面我们以一个简单的例子来演示状态模式的应用。假设我们有一个订单系统，订单有不同的状态：待支付、已支付、已发货、已完成。每个状态下订单的行为是不同的，例如待支付状态下可以支付，已支付状态下可以发货，已发货状态下可以确认收货等。

1. 定义抽象状态类

首先，我们定义一个抽象状态类OrderState，它包含一个处理请求的方法handle。

public abstract class OrderState {
    protected OrderContext orderContext;

    public OrderState(OrderContext orderContext) {
        this.orderContext = orderContext;
    }

    public abstract void handle(String request);
}

2. 定义具体状态类

然后，我们为每个状态定义一个具体状态类，例如PendingPaymentState、PaidState、ShippedState和CompletedState。

public class PendingPaymentState extends OrderState {
    public PendingPaymentState(OrderContext orderContext) {
        super(orderContext);
    }

    @Override
    public void handle(String request) {
        if ("pay".equals(request)) {
            System.out.println("Order is being paid...");
            orderContext.setState(new PaidState(orderContext));
            System.out.println("Order has been paid.");
        } else {
            System.out.println("Invalid request for this state: " + request);
        }
    }
}

public class PaidState extends OrderState {
    public PaidState(OrderContext orderContext) {
        super(orderContext);
    }

    @Override
    public void handle(String request) {
        if ("ship".equals(request)) {
            System.out.println("Order is being shipped...");
            orderContext.setState(new ShippedState(orderContext));
            System.out.println("Order has been shipped.");
        } else {
            System.out.println("Invalid request for this state: " + request);
        }
    }
}

public class ShippedState extends OrderState {
    public ShippedState(OrderContext orderContext) {
        super(orderContext);
    }

    @Override
    public void handle(String request) {
        if ("confirm".equals(request)) {
            System.out.println("Order is being confirmed...");
            orderContext.setState(new CompletedState(orderContext));
            System.out.println("Order has been completed.");
        } else {
            System.out.println("Invalid request for this state: " + request);
        }
    }
}

public class CompletedState extends OrderState {
    public CompletedState(OrderContext orderContext) {
        super(orderContext);
    }

    @Override
    public void handle(String request) {
        System.out.println("Order is already completed. No further actions can be taken.");
    }
}

3. 定义环境类

接下来，我们定义环境类OrderContext，它持有当前状态对象的引用，并在需要的时候委托状态对象处理请求。

public class OrderContext {
    private OrderState state;

    public OrderContext() {
        this.state = new PendingPaymentState(this);
    }

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

    public void handle(String request) {
        state.handle(request);
    }

    public static void main(String[] args) {
        OrderContext orderContext = new OrderContext();

        orderContext.handle("pay");
        orderContext.handle("ship");
        orderContext.handle("confirm");
        orderContext.handle("confirm"); // Invalid request for this state
    }
}

4. 运行结果

运行OrderContext的main方法，输出结果如下：

Order is being paid...
Order has been paid.
Order is being shipped...
Order has been shipped.
Order is being confirmed...
Order has been completed.
Invalid request for this state: confirm