状态模式（State Pattern）

概述

状态模式是一种行为设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。这种模式主要用于当一个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。

目的

• 封装状态转换逻辑：将不同状态下对象的行为封装在不同的状态类中，使得状态转换的逻辑清晰且易于维护。

• 简化复杂的条件逻辑：避免使用大量的if-else或switch-case语句来处理各种状态下的行为，使代码更加结构化和易于理解。

• 增加可扩展性：新增状态时，只需添加新的状态类，不需要修改现有类的代码，符合开闭原则。

角色

• Context（环境类）：定义客户端感兴趣的接口，并且维护一个ConcreteState子类的实例，这个实例定义当前的状态。

• State（状态接口）：定义一个所有具体状态类都需要实现的接口，封装与Context的特定状态相关的行为。

• ConcreteState（具体状态类）：每个具体状态类实现State接口定义的一个行为，负责在Context处于该状态时的行为。

代码示例

假设我们正在设计一个简单的自动售货机系统，其状态包括“无硬币”、“有硬币”、“售出商品”等。我们可以使用状态模式来设计这个系统。

接口定义

public interface State {
    void insertCoin();
    void ejectCoin();
    void dispense();
}

具体状态实现

public class NoCoinState implements State {
    public void insertCoin() {
        System.out.println("You inserted a coin.");
    }

    public void ejectCoin() {
        System.out.println("You haven't inserted a coin.");
    }

    public void dispense() {
        System.out.println("You need to pay first.");
    }
}

// 类似的，可以定义 HasCoinState 和 SoldOutState 等其他状态类

环境类

public class VendingMachine {
    private State state;

    public VendingMachine() {
        this.state = new NoCoinState();
    }

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

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

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

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

客户端代码

VendingMachine vm = new VendingMachine();
vm.insertCoin(); // 输出 "You inserted a coin."
vm.dispense();  // 输出 "You need to pay first."

应用场景

• 当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变行为时。

• 当一个类中包含大量条件分支语句来处理不同状态时，这些条件分支可以被状态模式中的不同状态类替代。

• 需要让多个环境对象共享相同的状态对象，从而减少系统中对象的个数时。

状态模式通过将状态相关的逻辑分布到单独的状态类中，提高了代码的可读性和可维护性，是处理复杂状态变化逻辑的有效手段。