22、设计模式之状态模式（State）

一、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发生改变时改变它的行为，简单地讲就是，一个拥有状态的context对象，在不同状态下，其行为会发生改变。

二、角色组成

上下文（Context）：定义客户端需要的接口，并且负责具体状态的切换。
抽象状态（Abstract State）：抽象状态类是所有具体状态类的基类或接口。负责定义该状态下的行为，可以一个或多个。
具体状态（Concrete State）：具体状态类实现了抽象状态类定义的接口，并根据当前状态决定上下文对象的行为。

三、优缺点
优点：

客户端只需要与上下文对象进行交互，而不需要了解具体状态对象的切换和行为实现细节。
状态模式遵循开闭原则，使系统更加可扩展。当需要增加新的状态时，只需添加新的具体状态类，而无需修改上下文对象或其他状态类。
避免了使用大量的条件语句来控制对象在不同状态下的行为。它将状态相关的代码分散到各个具体状态类中，使代码更加清晰、可读性更高，易于维护和扩展。
状态转换被封装在具体状态类中，可根据需求定义不同的状态切换规则，使得状态转换过程可控、灵活。
缺点：

状态模式增加了系统中类的数量，引入了更多的类，可能会增加代码的复杂性。
对于简单、直接的状态机，使用状态模式可能会显得过于繁琐，增加了代码的冗余。在这种情况下，可以采用简化的条件语句来处理状态转换。
四、应用场景
4.1 生活场景
自动售货机：自动售货机中的商品状态会随着库存量的变化而改变。当库存为0时，商品状态为"售罄"；当库存充足时，商品状态为"可购买"；
购物车状态：在线购物网站中，购物车可以有不同的状态，比如空、有商品、结算中等。每个状态下，购物车的显示内容和可用操作不同。

4.2 java场景

Thread类：线程有new、Runnable、Blocked、Waiting、Time_Waiting和Terminated状态。这些状态代表了线程在不同的执行阶段或操作中的不同状态。Thread类内部使用了状态模式来管理和切换线程的状态。
Connection接口：Connection接口表示与数据库的连接，它可能处于不同的状态，比如打开、关闭、空闲、繁忙等。Connection接口在不同的状态下提供了不同的操作方法，以便与数据库进行交互。

五、代码实现
下面以自动售卖机为例，解释一下状态模式。我们可以将售卖机分为三个部分：自动售卖机（Machine）类作为上下文（Context），状态（State）作为状态的抽象状态（Abstract State），售卖机的三个状态——未投币（NoCoinState）、已投币（HasCoinState）、出售中（SlodState）作为具体状态（Concrete State）

5.0 UML类图
在这里插入图片描述
5.1 State——抽象状态

/**** 1.抽象状态（Abstract State）：状态接口* 定义：定义该状态下的行为，可以一个或多个。*/
public interface State {//投币void insertCoin();//选择商品void selectProduct();//发放商品void dispense();
}

5.2 具体状态

/*** * 2.具体状态（Concrete State）:未投币状态* 定义：实现了抽象状态类定义的接口，并根据当前状态决定上下文对象的行为。*/
public class NoCoinState implements State{private Machine machine;public NoCoinState(Machine machine) {this.machine = machine;}@Overridepublic void insertCoin() {System.out.println("已投币");// 切换到已投币状态machine.setState(machine.getHasCoinState());}@Overridepublic void selectProduct() {System.out.println("请先投币");}@Overridepublic void dispense() {System.out.println("请先投币选择商品");}
}
/*** * 2.具体状态（Concrete State）:已投币状态* 定义：实现了抽象状态类定义的接口，并根据当前状态决定上下文对象的行为。*/
public class HasCoinState implements State{private Machine machine;public HasCoinState(Machine machine) {this.machine = machine;}@Overridepublic void insertCoin() {System.out.println("已投币，请勿重复投币");}@Overridepublic void selectProduct() {System.out.println("商品已选择");// 切换到出售状态machine.setState(machine.getSoldState());}@Overridepublic void dispense() {System.out.println("请先选择商品");}
}
/**** 2.具体状态（Concrete State）:出售状态* 定义：实现了抽象状态类定义的接口，并根据当前状态决定上下文对象的行为。*/
public class SoldState implements State{private Machine machine;public SoldState(Machine machine) {this.machine = machine;}@Overridepublic void insertCoin() {System.out.println("正在出售商品，请稍等");}@Overridepublic void selectProduct() {System.out.println("正在出售商品，请稍等");}@Overridepublic void dispense() {System.out.println("商品已发放");//切换到未投币状态machine.setState(machine.getNoCoinState());}
}

5.3 Machine——上下文

/** * 3.上下文（Context）：自动售卖机* 定义：定义客户端需要的接口，并且负责具体状态的切换。*/
public class Machine {//未投币状态private State noCoinState;//已投币状态private State hasCoinState;//出售状态private State soldState;//当前状态private State currentState;public Machine() {noCoinState = new NoCoinState(this);hasCoinState = new HasCoinState(this);soldState = new SoldState(this);currentState = noCoinState; // 初始状态为未投币状态}public void setState(State state) {currentState = state;}public State getNoCoinState() {return noCoinState;}public State getHasCoinState() {return hasCoinState;}public State getSoldState() {return soldState;}public void insertCoin() {currentState.insertCoin();}public void selectProduct() {currentState.selectProduct();}public void dispense() {currentState.dispense();}
}

5.4 testState

/**** 状态模式测试类*/
@SpringBootTest
public class TestState {@Testvoid testState(){//创建上下文对象（自动售卖机）Machine machine = new Machine();System.out.println("=======直接选择商品=======");machine.selectProduct();System.out.println("======投币--->选择商品--->发放商品=======");machine.insertCoin();machine.selectProduct();machine.dispense();System.out.println("=======投币--->发放商品=======");machine.insertCoin();machine.dispense();}
}

在这里插入图片描述
六、总结
熟悉策略模式的小伙伴可能会发现，状态模式和策略模式的UML类图几乎一摸一样，但这两中模式的应用场景是不一样的。策略模式的多种算法行为选择一种就能满足，彼此之间是独立的；而状态模式中各个状态间存在相互关系，彼此之间在一定条件下存在自动切换状态的效果，并且用户不能指定状态，只能设置初始状态。