深入理解設計模式之：狀態模式（State Pattern）

一、什么是狀態模式？

狀態模式（State Pattern）是一種行為型設計模式。它允許一個對象在其內部狀態發生改變時，改變其行為（即表現出不同的行為）。狀態模式將與狀態相關的行為封裝到獨立的狀態類中，并通過狀態切換來改變對象的行為。

核心思想：
將狀態的切換和行為的變化解耦，使得狀態切換變得靈活，代碼結構清晰，易于擴展和維護。

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二、狀態模式的應用場景

• 對象的行為依賴于它的狀態，并且在運行時根據狀態發生改變
• 代碼中包含大量與狀態相關的條件語句（如 if-else 或 switch-case）
• 狀態切換頻繁，且狀態行為復雜

常見例子：

• 工作流引擎（如訂單狀態：待支付、已支付、已發貨、已完成等）
• TCP 連接狀態（CLOSED、LISTEN、SYN_SENT、ESTABLISHED 等）
• 游戲角色狀態（待機、攻擊、防御、死亡等）

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三、狀態模式的結構

• Context（環境類）：持有當前狀態對象，負責狀態切換
• State（抽象狀態）：定義所有具體狀態的公共接口
• ConcreteState（具體狀態）：實現具體狀態對應的行為

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四、UML 類圖

+----------------+        +---------------------+
|    Context     |<>----->|     State           |
+----------------+        +---------------------+
| state: State   |        | + handle()          |
| + setState()   |        +---------------------+
| + request()    |                /_\
+----------------+                 ||+------------------+------------------+|                                     |+---------------------+             +---------------------+| ConcreteStateA      |             | ConcreteStateB      |+---------------------+             +---------------------+| + handle()          |             | + handle()          |+---------------------+             +---------------------+

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五、Java 實現代碼示例

1. 抽象狀態接口

public interface State {void handle(Context context);
}

2. 具體狀態類

public class StateA implements State {@Overridepublic void handle(Context context) {System.out.println("當前狀態：A，切換到狀態B");context.setState(new StateB());}
}public class StateB implements State {@Overridepublic void handle(Context context) {System.out.println("當前狀態：B，切換到狀態A");context.setState(new StateA());}
}

3. 環境類

public class Context {private State state;public Context(State state) {this.state = state;}public void setState(State state) {this.state = state;}public void request() {state.handle(this);}
}

4. 客戶端調用

public class Main {public static void main(String[] args) {Context context = new Context(new StateA());context.request(); // 輸出：當前狀態：A，切換到狀態Bcontext.request(); // 輸出：當前狀態：B，切換到狀態Acontext.request(); // 輸出：當前狀態：A，切換到狀態B}
}

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六、實際應用案例：訂單狀態流轉

以電商訂單為例，訂單有“待支付”、“已支付”、“已發貨”、“已完成”四種狀態，每種狀態下允許的操作不同。

1. 狀態接口

public interface OrderState {void next(OrderContext ctx);void prev(OrderContext ctx);String getStatus();
}

2. 具體狀態類

public class PendingState implements OrderState {public void next(OrderContext ctx) {ctx.setState(new PaidState());}public void prev(OrderContext ctx) {System.out.println("已是初始狀態，不能回退");}public String getStatus() {return "待支付";}
}public class PaidState implements OrderState {public void next(OrderContext ctx) {ctx.setState(new ShippedState());}public void prev(OrderContext ctx) {ctx.setState(new PendingState());}public String getStatus() {return "已支付";}
}public class ShippedState implements OrderState {public void next(OrderContext ctx) {ctx.setState(new CompletedState());}public void prev(OrderContext ctx) {ctx.setState(new PaidState());}public String getStatus() {return "已發貨";}
}public class CompletedState implements OrderState {public void next(OrderContext ctx) {System.out.println("訂單已完成，不能再前進");}public void prev(OrderContext ctx) {ctx.setState(new ShippedState());}public String getStatus() {return "已完成";}
}

3. 環境類

public class OrderContext {private OrderState state;public OrderContext() {state = new PendingState();}public void setState(OrderState state) {this.state = state;}public void next() {state.next(this);}public void prev() {state.prev(this);}public void printStatus() {System.out.println("當前訂單狀態：" + state.getStatus());}
}

4. 客戶端調用

public class Main {public static void main(String[] args) {OrderContext order = new OrderContext();order.printStatus(); // 待支付order.next();order.printStatus(); // 已支付order.next();order.printStatus(); // 已發貨order.next();order.printStatus(); // 已完成order.next();        // 訂單已完成，不能再前進order.prev();order.printStatus(); // 已發貨}
}

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七、狀態模式的優缺點

優點：

• 狀態切換邏輯清晰，易于擴展和維護
• 避免大量 if-else 或 switch-case
• 狀態行為封裝，符合開閉原則

缺點：

• 狀態類數量可能增多
• 結構相對復雜

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八、總結

狀態模式是處理對象狀態切換和行為變化的經典方案，廣泛應用于工作流、狀態機、游戲開發等場景。掌握狀態模式有助于編寫靈活、可擴展的代碼結構。

建議：

• 當對象行為依賴于狀態且狀態切換復雜時，優先考慮狀態模式
• 狀態模式與策略模式、命令模式等常結合使用

如需更多設計模式講解或源碼分析，歡迎留言交流！