状态设计模式（State Pattern）[论点:概念、相关角色、图示、示例代码、框架中的运用、适用场景]

概念

        状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，用于解决对象在不同状态下的行为问题。它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。状态模式主要包含三个部分：上下文（Context）、状态接口（State）和具体状态实现类（ConcreteState）。

组成角色

1. 状态接口（State）：定义一个接口，用于封装与上下文类的一个特定状态相关的行为。
2. 具体状态实现类（ConcreteState）：实现状态接口，定义与该状态相关的行为。
3. 上下文（Context）：维护一个 State 类型的对象实例，该实例定义当前的状态。

相关图示

代码示例

//状态接口
interface State {
    void handle(Context context);
}


//具体状态实现类ConcreteStateA、ConcreteStateB
class ConcreteStateA implements State {
    @Override
    public void handle(Context context) {
        System.out.println("当前状态是 A.");
      	//设置下一个执行状态节点
        context.setState(new ConcreteStateB());
    }
}

class ConcreteStateB implements State {
    @Override
    public void handle(Context context) {
        System.out.println("当前状态是 B.");
      	//设置下一个执行状态节点
        context.setState(new ConcreteStateA());
    }
}

//上下文对象
class Context {
  	
  	//当前执行节点
    private State state;

    public Context(State state) {
        this.state = state;
    }

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

    public State getState() {
        return state;
    }
		
  	//执行节点逻辑
    public void request() {
        state.handle(this);
    }
}

public class StatePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        State initialState = new ConcreteStateA();
        Context context = new Context(initialState);
	
		//状态节点流转 A -> B -> A			
        context.request(); // 输出：当前状态是 A.
        context.request(); // 输出：当前状态是 B.
        context.request(); // 输出：当前状态是 A.
    }
}

框架中的应用

        一个常见的使用状态设计模式的例子是Java线程的状态管理。Java的Thread类使用了状态模式来表示线程的不同状态，例如：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING和TERMINATED。这些状态之间的转换由Thread类和相关的方法控制。

Thread.State枚举，它定义了Java线程的各种状态：

public enum State {
    NEW,
    RUNNABLE,
    BLOCKED,
    WAITING,
    TIMED_WAITING,
    TERMINATED;
}

线程状态之间的转换：

1. NEW：当线程刚创建时，它处于NEW状态。在这个状态下，线程还没有开始执行。
2. RUNNABLE：当调用线程的start()方法后，线程进入RUNNABLE状态。此时，线程已经开始执行或者准备执行，等待操作系统分配资源。
3. BLOCKED：当线程试图获取一个已被其他线程锁定的对象的监视器（即进入synchronized块）时，线程进入BLOCKED状态。一旦锁被释放，线程将重新进入RUNNABLE状态。
4. WAITING：当线程调用wait()、join()或LockSupport.park()方法时，线程进入WAITING状态。这表示线程正在等待另一个线程的通知或中断。当线程收到通知或中断时，它将重新进入RUNNABLE状态。
5. TIMED_WAITING：当线程调用wait(long timeout)、sleep(long millis)、join(long millis)或LockSupport.parkNanos()等方法时，线程进入TIMED_WAITING状态。这表示线程正在等待另一个线程的通知、中断或超时。当线程收到通知、中断或超时时，它将重新进入RUNNABLE状态。
6. TERMINATED：当线程执行完成或被中断时，它进入TERMINATED状态。在这个状态下，线程已经结束，不能再次启动。

状态切换图

适用场景

1. 对象的行为随其状态改变而改变：当一个对象的行为因其内部状态而改变时，可以考虑使用状态模式。状态模式将对象的状态和行为分离，使得状态和行为可以独立地变化，提高了代码的灵活性和可维护性。
2. 避免大量条件语句：状态模式可以减少因状态判断而导致的大量条件语句。通过使用状态模式，可以将状态相关的行为分散到各个状态类中，降低了代码的复杂性。
3. 状态转换清晰：当一个对象的状态转换逻辑复杂且需要明确表示时，状态模式可以使状态转换更加清晰。状态模式将状态转换逻辑封装在状态类中，有助于理解和维护状态转换逻辑。

以下是一些使用状态设计模式的实际场景：

1. 线程状态管理：Java线程状态管理是状态设计模式的一个典型应用。线程的状态（如新建、运行、阻塞等）由Thread.State枚举表示，状态之间的转换由Thread类及其相关方法控制。
2. 工作流引擎：工作流引擎通常需要处理多个状态和状态之间的转换。状态模式可以帮助设计一个灵活的工作流引擎，使得状态和行为可以独立地变化。
3. 游戏角色状态：在游戏开发中，角色可能有多种状态（如站立、行走、攻击等），并且状态之间可以相互转换。使用状态模式可以使游戏角色的状态管理更加清晰。
4. 订单状态管理：在电商系统中，订单可能有多个状态（如待付款、待发货、已发货等），并且状态之间有一定的转换逻辑。状态模式可以帮助设计一个易于维护的订单状态管理系统。