23种设计模式-行为型模式之状态模式（Java版本）

Java 状态模式（State Pattern）详解

什么是状态模式？

状态模式是一种行为型设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变其行为，状态模式使得一个对象在其状态改变时会表现出不同的行为。通过将不同的状态封装成独立的类，并让对象根据状态来调用不同的类来实现状态的切换。

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使用场景

• 对象的行为依赖于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为
• 需要有多个状态和状态之间的切换
• 可以避免使用大量的 if-else 或 switch 语句

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️ 模式结构

• State（抽象状态类）：定义一个接口，声明与状态相关的行为
• ConcreteState（具体状态类）：实现抽象状态类，定义具体的状态行为
• Context（上下文）：维护一个 State 实例，负责在不同状态之间进行切换

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✅ 示例：电梯的工作状态

抽象状态类

public interface ElevatorState {
    void pressButton();
    void openDoor();
    void closeDoor();
    void move();
}

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具体状态类

public class MovingState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;

    public MovingState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }

    @Override
    public void pressButton() {
        System.out.println("电梯正在移动，不能按按钮！");
    }

    @Override
    public void openDoor() {
        System.out.println("电梯正在移动，不能开门！");
    }

    @Override
    public void closeDoor() {
        System.out.println("电梯正在移动，门已经关闭！");
    }

    @Override
    public void move() {
        System.out.println("电梯正在移动...");
    }
}

public class IdleState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;

    public IdleState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }

    @Override
    public void pressButton() {
        System.out.println("电梯停在楼层，开始移动...");
        elevator.setState(new MovingState(elevator));
    }

    @Override
    public void openDoor() {
        System.out.println("电梯开门...");
    }

    @Override
    public void closeDoor() {
        System.out.println("电梯门关闭...");
    }

    @Override
    public void move() {
        System.out.println("电梯停在当前楼层...");
    }
}

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上下文类

public class Elevator {
    private ElevatorState state;

    public Elevator() {
        this.state = new IdleState(this);  // 初始状态为待机状态
    }

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

    public void pressButton() {
        state.pressButton();
    }

    public void openDoor() {
        state.openDoor();
    }

    public void closeDoor() {
        state.closeDoor();
    }

    public void move() {
        state.move();
    }
}

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客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Elevator elevator = new Elevator();

        elevator.pressButton();  // 输出：电梯停在楼层，开始移动...
        elevator.move();         // 输出：电梯正在移动...
        elevator.openDoor();     // 输出：电梯正在移动，不能开门！

        elevator.setState(new IdleState(elevator));  // 切换到待机状态
        elevator.openDoor();     // 输出：电梯开门...
    }
}

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✅ 优点

• 可以避免使用复杂的 if-else 语句或状态机
• 易于添加新的状态和行为
• 状态间的切换变得更加清晰和明确

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⚠️ 缺点

• 增加了类的数量
• 状态模式的类设计可能显得较为繁琐

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使用建议

状态模式适用于对象的行为依赖于其状态，并且状态之间有明确的转换关系的场景。典型应用包括工作流、状态机、电梯控制系统等。