基于状态模式: 没有实践的理论都是扯淡！！！
定义
状态模式是一种面向对象的设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它对应的行为。状态模式的关键在于如何区分事物内部的状态，事物内部状态的改变往往会带来事物的行为的改变。- 通常我们谈到封装，一般都会优先封装对象的行为（比如，某个函数），而不是对象的状态。但在状态模式中恰好相反，
状态模式的关键是把事物的每种状态都封装成单独的类，跟状态有关的行为会被封装在这个类的内部。
之前读耗子叔文章时，看到过有句话说没有实践的理论都是扯淡，个人很赞同。那接下来让我们用代码说话，在实际应用中实践一下吧。
例子1：订单处理系统
- 在订单处理系统中，每个订单都可以处于不同的状态(待处理，已确认，已发货，已完成， 已取消)，且在每个状态下可执行不同的操作。
// 状态接口
class OrderState {
constructor(order) {
this.order = order;
}
// 定义状态方法
confirm() {
throw new Error("confirm() method must be implemented.");
}
cancel() {
throw new Error("cancel() method must be implemented.");
}
ship() {
throw new Error("ship() method must be implemented.");
}
}
// 具体状态类：待处理状态
class PendingState extends OrderState {
confirm() {
console.log("订单已确认");
this.order.setState(new ConfirmedState(this.order));
}
cancel() {
console.log("订单已取消");
this.order.setState(new CancelledState(this.order));
}
ship() {
console.log("无法发货，订单未确认");
}
}
// 具体状态类：已确认状态
class ConfirmedState extends OrderState {
confirm() {
console.log("订单已确认");
}
cancel() {
console.log("订单已取消");
this.order.setState(new CancelledState(this.order));
}
ship() {
console.log("订单已发货");
this.order.setState(new ShippedState(this.order));
}
}
// 具体状态类：已发货状态
class ShippedState extends OrderState {
confirm() {
console.log("无法确认，订单已发货");
}
cancel() {
console.log("无法取消，订单已发货");
}
ship() {
console.log("订单已发货");
}
}
// 具体状态类：已完成状态
class CompletedState extends OrderState {
confirm() {
console.log("无法确认，订单已完成");
}
cancel() {
console.log("无法取消，订单已完成");
}
ship() {
console.log("无法发货，订单已完成");
}
}
// 具体状态类：已取消状态
class CancelledState extends OrderState {
confirm() {
console.log("无法确认，订单已取消");
}
cancel() {
console.log("无法取消，订单已取消");
}
ship() {
console.log("无法发货，订单已取消");
}
}
// 上下文类：订单
class Order {
constructor() {
// 初始化状态
this.currentState = new PendingState(this);
}
// 设置当前状态
setState(state) {
this.currentState = state;
}
// 执行确认操作
confirm() {
this.currentState.confirm();
}
// 执行取消操作
cancel() {
this.currentState.cancel();
}
// 执行发货操作
ship() {
this.currentState.ship();
}
}
// 示例用法
const order = new Order();
order.confirm(); // 输出: 订单已确认
order.ship(); // 输出: 无法发货，订单未确认
order.cancel(); // 输出: 订单已取消
order.confirm(); // 输出: 订单已确认
order.ship(); // 输出: 订单已发货
order.confirm(); // 输出: 无法确认，订单已发货
order.cancel(); // 输出: 无法取消，订单已发货
order.ship(); // 输出: 订单已发货
order.confirm(); // 输出: 无法确认，订单已完成好了，我们可以来看下订单状态的流转过程：
- 初始状态(pending)：当订单被创建后，订单处于待处理状态。此时可进行两个操作：确认(confirm)、取消(cancel) 。确认操作后可使状态转变为已确认状态，取消操作后可使状态转变为已取消状态。
- 已确认状态(confirm): 订单被确认后，此时可进行两种操作：取消(cancel)、发货(ship)。取消操作可使状态转变为已取消状态，发货操作可使状态转变为已发货状态。
- 已发货状态(ship): 订单发货后，无法在进行确认(confirm)操作，因为订单已经在路上了。此时可进行两个操作：取消(cancel)、发货(ship)。取消(cancel)操作可使状态转变为已取消状态，发货操作可使订单转变为已完成状态。
- 已完成状态(complete): 订单成功支付后，进入已完成状态。此时无法进行以下操作：确认(confirm)、取消(cancel)、发货(ship)，因为订单已经完成
- 已取消状态(cancel): 订单被取消后，进入已取消状态，此时无法进行以下操作：确认(confirm)、取消(cancel)、发货(ship)，因为订单已经取消
例子2：交通信号灯
// 信号灯状态基类
class TrafficLightState {
constructor(light) {
this.light = light;
}
// 状态行为方法，子类需要实现具体逻辑
display() {}
stopBlinking() {}
}
// 红灯状态
class RedLightState extends TrafficLightState {
display() {
console.log("红灯亮起");
this.light.setState(new GreenLightState(this.light));
}
}
// 绿灯状态
class GreenLightState extends TrafficLightState {
display() {
console.log("绿灯亮起");
this.light.setState(new YellowLightState(this.light));
}
}
// 黄灯状态
class YellowLightState extends TrafficLightState {
display() {
console.log("黄灯亮起");
this.light.setState(new RedLightState(this.light));
}
}
// 闪烁状态
class BlinkingLightState extends TrafficLightState {
constructor(light) {
super(light);
this.intervalId = null;
}
display() {
console.log("闪烁灯亮起");
this.intervalId = setInterval(() => {
this.light.toggle();
}, 500);
}
stopBlinking() {
console.log("闪烁灯停止");
clearInterval(this.intervalId);
this.light.setState(new RedLightState(this.light));
}
}
// 信号灯类
class TrafficLight {
constructor() {
this.state = new RedLightState(this);
this.isLightOn = false;
}
setState(state) {
this.state = state;
}
display() {
this.state.display();
}
toggle() {
this.isLightOn = !this.isLightOn;
console.log(`灯光${this.isLightOn ? "亮起" : "熄灭"}`);
}
stopBlinking() {
this.state.stopBlinking();
}
}
// 使用示例
const trafficLight = new TrafficLight();
trafficLight.display(); // 红灯亮起
trafficLight.display(); // 绿灯亮起
trafficLight.display(); // 黄灯亮起
trafficLight.setState(new BlinkingLightState(trafficLight));
trafficLight.display();
/**
灯光亮起
灯光熄灭
灯光亮起
灯光熄灭
灯光亮起
*/
setTimeout(() => {
trafficLight.stopBlinking(); // 闪烁灯停止，变为红灯
}, 3000);这段代码的状态转移过程如下：
- 初始状态为红灯状态（RedLightState）。运行 trafficLight.display(); 会输出 "红灯亮起"，并将状态设置为绿灯状态。
- 绿灯状态（GreenLightState）是红灯状态的下一个状态。运行 trafficLight.display(); 会输出 "绿灯亮起"，并将状态设置为黄灯状态。
- 黄灯状态（YellowLightState）是绿灯状态的下一个状态。运行 trafficLight.display(); 会输出 "黄灯亮起"，并将状态设置为闪烁状态。
- 闪烁状态（BlinkingLightState）是黄灯状态的下一个状态。运行 trafficLight.display(); 会输出 "闪烁灯亮起"，并开始每隔 500 毫秒切换一次灯光状态，输出灯光状态信息。
- 在经过一定时间后，通过调用 trafficLight.stopBlinking(); 方法，闪烁状态会停止。输出 "闪烁灯停止"，并将状态设置为红灯状态。
实例3：音频播放器
// 状态接口
class AudioPlayerState {
constructor(audioPlayer) {
this.audioPlayer = audioPlayer;
}
play() {}
pause() {}
stop() {}
}
// 停止状态
class StopState extends AudioPlayerState {
play() {
console.log('开始播放音频');
// 切换到播放状态
this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.playState);
}
pause() {
console.log('音频已停止，无法暂停');
}
stop() {
console.log('音频已停止');
}
}
// 播放状态
class PlayState extends AudioPlayerState {
play() {
console.log('音频已经在播放中');
}
pause() {
console.log('音频已暂停');
// 切换到暂停状态
this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.pauseState);
}
stop() {
console.log('音频已停止');
// 切换到停止状态
this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.stopState);
}
}
// 暂停状态
class PauseState extends AudioPlayerState {
play() {
console.log('音频已经在播放中');
}
pause() {
console.log('音频已经暂停');
}
stop() {
console.log('音频已停止');
// 切换到停止状态
this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.stopState);
}
}
// 音频播放器类
class AudioPlayer {
constructor() {
// 初始化默认状态为停止状态
this.stopState = new StopState(this);
this.playState = new PlayState(this);
this.pauseState = new PauseState(this);
this.currentState = this.stopState;
}
setState(state) {
this.currentState = state;
}
play() {
this.currentState.play();
}
pause() {
this.currentState.pause();
}
stop() {
this.currentState.stop();
}
}
// 示例用法
const audioPlayer = new AudioPlayer();
audioPlayer.play(); // 开始播放音频
audioPlayer.pause(); // 音频已暂停
audioPlayer.play(); // 音频已经在播放中
audioPlayer.stop(); // 音频已停止
audioPlayer.stop(); // 音频已停止大家可根据上面的例子可自行推理一下这段代码的状态转移过程。
状态模式的优缺点
优点：
- 封装状态的变化：将每个状态封装成一个独立的类，使得状态转移的逻辑被封装在状态类中。这使得状态变化的逻辑与主体类分离，提高了代码的可维护性和可扩展性
- 简化条件语句：通过将状态判断和状态行为分离，避免了大量的条件语句。
- 符合开放——封闭原则：当添加新的状态时，不需要改变原有代码。
- 提高了代码的可扩展
缺点：
- 增加了类的数量：引入状态模式会增加系统中的类的数量，每个状态都需要一个独立的类来表示，这会导致类的数量过多，增加了系统的复杂性。
- 状态转移逻辑复杂
- 不适合状态过多的情况
状态模式的性能优化点
- 惰性初始化：延迟初始化对象可减少启动时的开销，可将状态对象的创建延迟到真正需要的时候再进行初始化，而不是在启动时创建所有可能的状态对象
- 缓存状态对象：频繁的创建和销毁会严重影响性能，可使用对象池或缓存来管理状态对象的创建和复用
- 状态判断的优化：如果状态判断的逻辑复杂，可考虑使用策略模式来优化状态判断的性能
- 状态转移的优化：在状态的转换逻辑中可能会比较复杂，涉及多个条件的判断和状态变量的更新。可使用状态机或状态转换表来优化性能和可读性
- 状态对象的粒度优化：根据业务需要进行优化，若状态对象过于庞大会导致创建和切换状态开销较大，若状态对象过小，会增加状态类的数量和管理的复杂性。
状态模式和策略模式的关系
- 两者就像一对双胞胎，都封装了一系列的算法或行为，他们看起来一模一样，但在意图上不同。
- 两者的相同点是：都有上下文，一些策略和状态类，上下文把请求委托给这些类来执行
- 区别是：在状态模式中，状态和状态对应的行为是早已被封装好的，状态之间的切换早已被规定完成，改变行为发生在状态模式的内部。而在策略模式中，他们之间没有任何联系，客户必须熟知这些策略类的作用，才能随时切换算法。