引言

狀態模式（State Pattern）是一種行為型設計模式，它允許對象在其內部狀態改變時改變它的行為，使對象看起來似乎修改了它的類。狀態模式將狀態轉移邏輯和狀態相關行為封裝在獨立的狀態類中，完美解決了復雜條件判斷問題。本文將深入解析狀態模式的核心思想、實現方式及典型應用場景。

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1. 狀態模式的核心概念

1.1 什么是狀態模式？

狀態模式通過以下三個角色管理狀態轉換：

• Context（上下文）：維護當前狀態實例

• State（抽象狀態）：定義狀態接口

• ConcreteState（具體狀態）：實現特定狀態行為

1.2 典型應用場景

• 訂單狀態流轉（待支付、已發貨、已完成等）

• 游戲角色狀態（站立、奔跑、跳躍等）

• 工作流引擎

• UI控件狀態管理（禁用/啟用、活躍/非活躍）

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2. 狀態模式的實現方式

2.1 基礎實現模板

// 狀態接口
interface State {void handle(Context context);
}// 具體狀態A
class ConcreteStateA implements State {@Overridepublic void handle(Context context) {System.out.println("處理狀態A的行為");context.setState(new ConcreteStateB()); // 狀態轉移}
}// 具體狀態B
class ConcreteStateB implements State {@Overridepublic void handle(Context context) {System.out.println("處理狀態B的行為");context.setState(new ConcreteStateA()); // 狀態轉移}
}// 上下文
class Context {private State currentState;public Context(State initialState) {this.currentState = initialState;}public void setState(State state) {this.currentState = state;}public void request() {currentState.handle(this); // 委托給當前狀態}
}// 使用示例
public class Client {public static void main(String[] args) {Context context = new Context(new ConcreteStateA());context.request(); // 輸出A行為，切換到Bcontext.request(); // 輸出B行為，切換回A}
}

2.2 進階實現技巧

1. 狀態共享：無內部狀態的具體狀態可設計為單例

2. 狀態創建管理：使用工廠方法管理狀態實例

3. 狀態轉移表：用Map維護狀態轉移規則

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3. 狀態模式的最佳實踐

3.1 與策略模式的區別

• 狀態模式：狀態間知曉彼此，自動觸發狀態轉移

• 策略模式：策略相互獨立，由客戶端指定策略

3.2 性能優化

• 狀態對象復用：對無狀態的狀態對象使用享元模式

• 延遲初始化：按需創建狀態對象

3.3 設計原則

• 開閉原則：新增狀態無需修改現有代碼

• 單一職責：每個狀態類只關注特定狀態行為

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4. 狀態模式的實際應用

4.1 電商訂單系統

// 訂單狀態接口
interface OrderState {void confirm(OrderContext context);void cancel(OrderContext context);void ship(OrderContext context);
}// 具體狀態：待支付
class UnpaidState implements OrderState {@Overridepublic void confirm(OrderContext context) {System.out.println("訂單支付成功");context.setState(new PaidState());}@Overridepublic void cancel(OrderContext context) {System.out.println("訂單已取消");context.setState(new CancelledState());}@Overridepublic void ship(OrderContext context) {System.out.println("訂單未支付不能發貨");}
}// 上下文類
class OrderContext {private OrderState currentState;public OrderContext() {this.currentState = new UnpaidState(); // 初始狀態}// 委托方法...
}// 使用示例
OrderContext order = new OrderContext();
order.confirm(); // 支付成功，狀態轉為PaidState

4.2 交通信號燈系統

// 狀態接口
interface TrafficLightState {void change(TrafficLight light);String getColor();
}// 具體狀態
class RedLight implements TrafficLightState {@Overridepublic void change(TrafficLight light) {light.setState(new GreenLight());}@Overridepublic String getColor() {return "紅色";}
}// 上下文類
class TrafficLight {private TrafficLightState state;public void change() {state.change(this);}public void show() {System.out.println("當前信號燈：" + state.getColor());}
}

4.3 播放器狀態控制

// 播放器狀態接口
interface PlayerState {void play(MediaPlayer player);void pause(MediaPlayer player);void stop(MediaPlayer player);
}// 具體狀態：播放中
class PlayingState implements PlayerState {@Overridepublic void play(MediaPlayer player) {System.out.println("已在播放狀態");}@Overridepublic void pause(MediaPlayer player) {System.out.println("暫停播放");player.setState(new PausedState());}@Overridepublic void stop(MediaPlayer player) {System.out.println("停止播放");player.setState(new StoppedState());}
}// 上下文類
class MediaPlayer {private PlayerState state;public void play() {state.play(this);}public void changeState(PlayerState newState) {this.state = newState;}
}

5. 狀態模式的優缺點分析

5.1 優勢

• 消除條件分支：用多態代替復雜的狀態判斷

• 易于擴展：新增狀態只需添加新類

• 集中狀態邏輯：每個狀態的行為局部化

5.2 局限性

• 類數量增加：每個狀態對應一個類

• 狀態轉換不直觀：轉移邏輯分散在各狀態類中

• 不適合簡單狀態機：簡單場景可能過度設計

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結語

狀態模式是管理復雜狀態轉換的利器，特別適合行為隨狀態改變而顯著變化的場景。通過將每種狀態封裝為獨立類，代碼變得清晰可維護。在實際應用中，可以結合備忘錄模式實現狀態歷史記錄，或與觀察者模式實現狀態變更通知，構建更強大的系統架構。