设计模式七：状态模式深入解读：从精髓到实战

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2024-01-14 00:30:35

在软件开发中，设计模式提供了成熟的解决方案，帮助我们解决常见的编程问题。状态模式就是其中一种非常有用的模式，它通过状态对象管理对象的内部状态，从而实现对象行为的动态改变。

状态模式的精髓

状态模式的核心思想是将对象的内部状态和行为解耦，并封装在不同的状态对象中。这样，当对象的内部状态发生变化时，只需切换到相应的状态对象即可，从而改变对象的对外行为。

与策略模式不同，状态模式中的状态对象是平行的且不可替换的，它们共同管理着对象的完整行为集合。而策略模式中的策略对象是独立且可相互替换的，它们提供了一系列可供选择的算法或行为。

状态模式的结构

状态模式的结构通常包括以下几个组件：

上下文类： 负责维护当前状态对象并提供状态切换接口。
状态接口： 定义所有状态对象必须实现的公共接口。
具体状态类： 实现状态接口并定义与特定状态相关的行为。

状态模式的优缺点

优点：

行为封装： 将对象的内部状态和行为封装在不同的状态对象中，提高了代码的可读性和可维护性。
行为隔离： 状态对象之间的行为相互独立，避免了行为之间的耦合和冲突。
状态管理： 提供了一个集中管理对象状态的机制，简化了状态切换和状态转移的处理。

缺点：

状态爆炸： 当对象的内部状态非常复杂时，可能导致状态对象的数量急剧增加，增加代码维护的难度。
状态切换成本： 状态切换操作可能会比较耗时，特别是当对象处于复杂状态时。

实战案例：自动售货机

为了加深对状态模式的理解，我们以自动售货机为例，进行一个实战分析。

自动售货机具有以下几个状态：

待机状态： 售货机处于空闲状态，等待用户操作。
投币状态： 用户已投币，但尚未选择商品。
选择状态： 用户已选择商品，但尚未投递商品。
售罄状态： 售货机中的某件商品已售罄。

我们可以使用状态模式来管理自动售货机的状态切换和行为：

public class VendingMachine {
    private State currentState;

    public VendingMachine() {
        this.currentState = new IdleState();
    }

    public void insertCoin() {
        currentState.insertCoin();
    }

    public void selectProduct(String product) {
        currentState.selectProduct(product);
    }

    public void dispenseProduct() {
        currentState.dispenseProduct();
    }

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

    public State getCurrentState() {
        return currentState;
    }
}

public interface State {
    void insertCoin();

    void selectProduct(String product);

    void dispenseProduct();
}

public class IdleState implements State {
    @Override
    public void insertCoin() {
        // 切换到投币状态
        vendingMachine.setState(new InsertCoinState());
    }

    @Override
    public void selectProduct(String product) {
        // 无效操作
    }

    @Override
    public void dispenseProduct() {
        // 无效操作
    }
}

public class InsertCoinState implements State {
    @Override
    public void insertCoin() {
        // 无效操作
    }

    @Override
    public void selectProduct(String product) {
        // 切换到选择状态
        vendingMachine.setState(new SelectProductState());
    }

    @Override
    public void dispenseProduct() {
        // 无效操作
    }
}

public class SelectProductState implements State {
    @Override
    public void insertCoin() {
        // 无效操作
    }

    @Override
    public void selectProduct(String product) {
        // 无效操作
    }

    @Override
    public void dispenseProduct() {
        // 切换到售罄状态或待机状态
        vendingMachine.setState(vendingMachine.getProduct(product).isSoldOut() ? new SoldOutState() : new IdleState());
    }
}

public class SoldOutState implements State {
    @Override
    public void insertCoin() {
        // 无效操作
    }

    @Override
    public void selectProduct(String product) {
        // 无效操作
    }

    @Override
    public void dispenseProduct() {
        // 无效操作
    }
}