设计模式二十一：状态模式（State Pattern）

一个对象的内部状态发生变化时，允许对象改变其行为。这种模式使得一个对象看起来好像在运行时改变了它的类，主要目的是将状态的行为从主要对象中分离出来，使得主要对象不必包含所有状态的逻辑，而是将每个状态的行为封装在独立的类中。这有助于减少代码的重复，提高代码的可维护性和可扩展性。

状态模式的使用场景

1. 对象的行为随着其内部状态的改变而改变
   如果一个对象的行为取决于其内部的状态，并且在运行时可能会频繁地改变状态，那么状态模式可以使得对象的行为更加灵活和易于管理。
2. 对象有多个状态，每个状态有不同的行为
   当一个对象具有多个状态，并且不同状态下有不同的行为时，状态模式可以帮助将这些不同的行为分离到不同的状态类中，从而保持代码的清晰度和可维护性。
3. 避免条件语句的过多嵌套
   状态模式可以减少代码中的条件语句嵌套，使代码更加易读，更易于扩展和维护。
4. 状态转换的规则复杂且多变
   如果对象的状态转换规则非常复杂，可能会随着需求的变化而频繁修改，那么状态模式可以将状态转换逻辑集中到具体的状态类中，减少对主要对象的影响。
5. 对象的状态可以在运行时动态改变
   状态模式允许对象在运行时切换状态，而且可以相对容易地添加新的状态类。
6. 避免在主要对象中堆积大量的条件逻辑
   使用状态模式可以将每个状态的逻辑封装在独立的状态类中，避免在主要对象中堆积大量的状态相关的条件逻辑。

状态模式的主要角色

状态模式涉及三个主要角色：Context（上下文）、State（状态）、ConcreteState（具体状态）。状态模式的基本思想是将对象的状态封装成独立的状态类，使得对象的行为可以根据其状态的变化而改变。Context对象通过委托当前状态的行为，实现了在不同状态下的不同行为。
在使用状态模式时，Context对象通常会持有一个当前状态的引用，该引用会在运行时改变。当Context的行为需要根据状态变化而变化时，它会调用当前状态对象的方法，从而实现相应的行为。状态对象之间的切换可以在Context内部进行，或者由外部控制

1. Context（上下文）
   Context是拥有状态的对象，它维护一个指向当前状态的引用。在状态模式中，Context的行为会随着其内部状态的改变而改变。Context类在使用状态模式时负责将请求委托给当前状态对象。它也可以提供一些方法来允许状态对象改变Context的当前状态。
2. State（状态）
   State是一个抽象类或接口，定义了具体状态类需要实现的方法。这些方法代表了在特定状态下对象可能执行的行为。Context通过调用这些方法来委托实际的行为给当前状态对象。
3. ConcreteState（具体状态）
   具体状态类是State的子类，实现了State接口中定义的方法。每个具体状态类都代表Context在特定状态下的行为。通过具体状态类，可以封装和维护特定状态下的行为逻辑。

状态模式java代码实例

假设我们有一个文档编辑器，可以处于三种状态：编辑状态、只读状态和锁定状态。每种状态下，文档编辑器的行为不同。
State接口

public interface EditorState {
    void type(String content);
}

具体状态

public class EditingState implements EditorState{
    @Override
    public void type(String content) {
        System.out.println("当前处于编辑状态，编辑中......"+content);
    }

}

public class LockedState implements EditorState{
    @Override
    public void type(String content) {
        System.out.println("当前处于锁定状态，无法编辑");
    }
}

public class ReadOnlyState implements  EditorState{
    @Override
    public void type(String content) {
        System.out.println("当前处于仅阅读状态，无法编辑");
    }
}

上下文

public class Editor {
    private EditorState currentState;

    public Editor() {
        this.currentState = new EditingState(); // 初始状态为编辑状态
    }

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

    public void type(String content) {
        currentState.type(content);
    }
}

客户端

public class State {

    public static void main(String[] args) {
        Editor editor = new Editor();
        editor.type("七夕快乐！");
        editor.setState(new ReadOnlyState());
        editor.type("七夕快乐！");
        editor.setState(new LockedState());
        editor.type("七夕快乐！");
    }

}

输出

当前处于编辑状态，编辑中......七夕快乐！
当前处于仅阅读状态，无法编辑
当前处于锁定状态，无法编辑

状态模式的优缺点

状态模式作为一种设计模式，具有一些优点和缺点，下面是它们的总结：
优点：

1. 清晰的状态管理：状态模式将不同状态的行为封装在独立的状态类中，使得状态之间的转换变得清晰，减少了代码的混乱和重复。
2. 可维护性和扩展性：由于每个状态都是一个独立的类，当需要添加新的状态时，只需要新增一个状态类，而不需要修改现有的代码。这有助于提高系统的可维护性和可扩展性。
3. 消除大量的条件语句：状态模式可以消除大量的条件语句，从而使代码更加简洁和易于理解。状态切换的逻辑被封装在状态类内部，避免了在主要对象中堆积复杂的条件判断。
4. 符合开闭原则：添加新的状态类不会影响到已有的代码，符合开闭原则，即对扩展开放，对修改关闭。

缺点：

1. 增加了类的数量：引入状态模式会增加系统中的类的数量，尤其在状态较多时，可能会导致类的数量过多，增加代码量。
2. 可能引起混乱：当状态较多时，可能会增加代码的复杂性，需要仔细管理状态之间的转换逻辑，以避免出现混乱。
3. 不适用于简单情况：对于仅有几种状态且状态转换逻辑简单的情况，引入状态模式可能会过于复杂，不切实际。
4. 态之间的耦合：虽然状态模式将状态之间的行为分离，但状态之间的切换仍然存在一定的耦合，需要通过Context类来进行状态的切换，可能会影响一定的灵活性。