状态模式原理剖析

news2024/9/24 17:38:26

《状态模式原理剖析》

状态模式（State Pattern） 是一种行为设计模式，它允许对象在其内部状态改变时改变其行为。换句话说，当对象状态发生变化时，它的行为也会随之变化。

核心思想：

状态模式将对象的不同状态封装成独立的类，并让对象在不同的状态下有不同的行为。状态模式通过将状态的行为和逻辑封装在状态类中，使得状态之间的转换变得清晰、易扩展。

UML 类图：状态模式

在这里插入图片描述

角色说明：

  1. Context（上下文类）：
    • 持有一个 State 对象，表示当前的状态。
    • 负责将状态的转换委托给具体的状态类。
  2. State（抽象状态类）：
    • 定义了一个 handle() 方法，用于处理当前状态的逻辑。
  3. ConcreteState（具体状态类）：
    • 实现 State 接口，负责在具体状态下的行为。
    • 不同的具体状态类表示对象在不同状态下的不同行为。

案例：订单状态管理

场景描述：

在电商平台或者订餐系统中，订单的状态是一个典型的使用状态模式的场景。订单的状态通常包括以下几种：

  • 新订单（NewOrder）：订单刚创建。
  • 已付款（Paid）：订单已付款，等待发货。
  • 已发货（Shipped）：订单已经发货，等待确认收货。
  • 已完成（Completed）：订单交易完成。
  • 取消订单（Cancelled）：订单被取消。

每个订单的状态都会影响订单的行为。例如，只有在新订单状态下，用户才可以取消订单；在已付款状态下，用户不能取消订单，但可以查询发货状态；而在已完成或取消状态下，订单是不可修改的。

状态模式处理的好处：

  1. 避免复杂的 if-else 条件判断：不同状态下的订单行为各不相同，使用状态模式可以避免在代码中出现大量的 if-else 条件判断（如：if(order.status == "paid") { ... } else if(order.status == "shipped") { ... }）。
  2. 状态行为封装：将每种状态的行为封装到相应的状态类中，使得状态切换清晰，便于维护和扩展。
  3. 提高扩展性：当需要新增或修改订单状态时，可以通过新增状态类而不影响现有代码逻辑，符合开闭原则。

代码实现：订单状态管理

Step 1: 定义状态接口

我们首先定义一个 OrderState 接口，声明了订单状态下的所有可能的行为，比如支付、发货、取消和完成

// 状态接口：订单状态
public interface OrderState {
    void pay(OrderContext context);
    void ship(OrderContext context);
    void cancel(OrderContext context);
    void complete(OrderContext context);
}

Step 2: 实现具体的状态类

新订单状态（NewOrderState）

当订单处于新订单状态时，可以进行支付或取消操作，但不能发货或完成。

// 具体状态类：新订单状态
public class NewOrderState implements OrderState {

    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("Order paid. Moving to Paid state.");
        context.setState(new PaidOrderState());
    }

    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot ship order. Order is not paid yet.");
    }

    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("Order cancelled.");
        context.setState(new CancelledOrderState());
    }

    @Override
    public void complete(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot complete order. Order is not paid yet.");
    }
}

已付款状态（PaidOrderState）

当订单处于已付款状态时，可以发货，但不能取消订单。

// 具体状态类：已付款状态
public class PaidOrderState implements OrderState {

    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("Order is already paid.");
    }

    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("Order shipped. Moving to Shipped state.");
        context.setState(new ShippedOrderState());
    }

    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot cancel. Order is already paid.");
    }

    @Override
    public void complete(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot complete order. Order is not shipped yet.");
    }
}

已发货状态（ShippedOrderState）

当订单处于已发货状态时，可以完成订单，但不能再发货或取消订单。

// 具体状态类：已发货状态
public class ShippedOrderState implements OrderState {

    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("Order is already paid and shipped.");
    }

    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("Order is already shipped.");
    }

    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot cancel. Order is already shipped.");
    }

    @Override
    public void complete(OrderContext context) {
        System.out.println("Order completed. Moving to Completed state.");
        context.setState(new CompletedOrderState());
    }
}

已完成状态（CompletedOrderState）

订单已经完成后，所有操作都无法再进行。

// 具体状态类：已完成状态
public class CompletedOrderState implements OrderState {

    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot pay. Order is already completed.");
    }

    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot ship. Order is already completed.");
    }

    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot cancel. Order is already completed.");
    }

    @Override
    public void complete(OrderContext context) {
        System.out.println("Order is already completed.");
    }
}

取消订单状态（CancelledOrderState）

订单被取消后，所有操作都无法再进行。

// 具体状态类：取消订单状态
public class CancelledOrderState implements OrderState {

    @Override
    public void pay(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot pay. Order is cancelled.");
    }

    @Override
    public void ship(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot ship. Order is cancelled.");
    }

    @Override
    public void cancel(OrderContext context) {
        System.out.println("Order is already cancelled.");
    }

    @Override
    public void complete(OrderContext context) {
        System.out.println("Cannot complete. Order is cancelled.");
    }
}

Step 3: 创建上下文类

OrderContext 持有订单的当前状态，并且通过调用当前状态的行为方法来执行操作。

// 上下文类：订单上下文
public class OrderContext {
    private OrderState currentState;

    public OrderContext() {
        this.currentState = new NewOrderState(); // 初始状态为新订单
    }

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

    public void pay() {
        currentState.pay(this);
    }

    public void ship() {
        currentState.ship(this);
    }

    public void cancel() {
        currentState.cancel(this);
    }

    public void complete() {
        currentState.complete(this);
    }
}

Step 4: 测试状态模式

public class OrderStatePatternDemo {

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

        // 订单状态：新订单
        order.pay();       // 支付订单
        order.ship();      // 发货订单
        order.complete();  // 完成订单

        // 尝试取消已完成订单
        order.cancel();    // 无法取消已完成订单
    }
}

输出结果：

Order paid. Moving to Paid state.
Order shipped. Moving to Shipped state.
Order completed. Moving to Completed state.
Cannot cancel. Order is already completed.

状态模式解决的问题

  1. 避免条件判断的复杂性：
    • 如果不使用状态模式，代码中会充满大量的 if-else 或 switch-case 条件判断。状态模式将这些判断逻辑分散到各个状态类中，避免了复杂的条件分支。
  2. 清晰的状态转换逻辑：
    • 状态模式将状态和行为封装在状态类中，所有的状态转换逻辑都非常清晰。状态的变化和行为的变化是分开的，彼此不干扰。
  3. 遵循开闭原则：
    • 新的状态和行为可以通过增加新的状态类实现，而不需要修改已有的状态逻辑，符合开闭原则，便于扩展。

总结

状态模式 是一种强大的设计模式，尤其适合在对象状态频繁变化、行为因状态不同而变化的场景中。在订单状态管理的案例中，状态模式帮助我们将订单在不同状态下的行为封装起来，使得代码更加灵活、清晰，同时提高了代码的可扩展性。

通过状态模式，开发者可以轻松应对复杂的状态转换逻辑，并在不修改已有代码的前提下添加新的状态，保证系统的灵活性和扩展性。

优点：

  1. 遵循开闭原则：
    • 新增状态类时，不需要修改现有的上下文类或状态类，可以轻松扩展系统的状态和行为。
  2. 清晰的状态转换：
    • 将状态转换的逻辑封装在各自的状态类中，使得状态之间的切换更加清晰且易于维护。
  3. 消除复杂的条件判断：
    • 通过状态模式，消除了通过 if-else 或 switch-case 来判断状态的需要。每个状态的行为封装在独立的类中。

缺点：

  1. 类的数量增加：
    • 每种状态都有一个对应的类，可能导致类的数量急剧增加，增加系统的复杂性。
  2. 状态切换逻辑可能复杂：
    • 如果系统中状态过多，且状态间的转换规则复杂，可能会增加状态管理的难度。

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