状态设计模式（State Pattern）[论点:概念、相关角色、图示、示例代码、框架中的运用、适用场景]

青旅半醒 2024-04-22 07:11 41阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  概念
 *  组成角色
 *  相关图示
 *  代码示例
 *  框架中的应用
 *  适用场景

## 概念 ##

`状态模式`（State Pattern）是一种行为型设计模式，用于解决对象在不同状态下的行为问题。它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。状态模式主要包含三个部分：`上下文`（Context）、`状态接口`（State）和`具体状态实现类`（ConcreteState）。

## 组成角色 ##

1.  状态接口（State）：定义一个接口，用于封装与上下文类的一个特定状态相关的行为。
2.  具体状态实现类（ConcreteState）：实现状态接口，定义与该状态相关的行为。
3.  上下文（Context）：维护一个 State 类型的对象实例，该实例定义当前的状态。

## 相关图示 ##

图片来自:https://refactoringguru.cn/design-patterns/state  
![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XRtTYCD1-1681376543697)(/Users/dasouche/Library/Application Support/typora-user-images/image-20230413112815810.png)\]][img-XRtTYCD1-1681376543697_Users_dasouche_Library_Application Support_typora-user-images_image-20230413112815810.png]

## 代码示例 ##

//状态接口
    interface State {
        
        void handle(Context context);
    }
    
    
    //具体状态实现类ConcreteStateA、ConcreteStateB
    class ConcreteStateA implements State {
        
        @Override
        public void handle(Context context) {
        
            System.out.println("当前状态是 A.");
          	//设置下一个执行状态节点
            context.setState(new ConcreteStateB());
        }
    }
    
    class ConcreteStateB implements State {
        
        @Override
        public void handle(Context context) {
        
            System.out.println("当前状态是 B.");
          	//设置下一个执行状态节点
            context.setState(new ConcreteStateA());
        }
    }
    
    //上下文对象
    class Context {
        
      	
      	//当前执行节点
        private State state;
    
        public Context(State state) {
        
            this.state = state;
        }
    
        public void setState(State state) {
        
            this.state = state;
        }
    
        public State getState() {
        
            return state;
        }
    		
      	//执行节点逻辑
        public void request() {
        
            state.handle(this);
        }
    }
    
    public class StatePatternDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            State initialState = new ConcreteStateA();
            Context context = new Context(initialState);
    	
    		//状态节点流转 A -> B -> A			
            context.request(); // 输出：当前状态是 A.
            context.request(); // 输出：当前状态是 B.
            context.request(); // 输出：当前状态是 A.
        }
    }

## 框架中的应用 ##

一个常见的使用状态设计模式的例子是Java线程的状态管理。Java的Thread类使用了状态模式来表示线程的不同状态，例如：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED\_WAITING和TERMINATED。这些状态之间的转换由Thread类和相关的方法控制。

**Thread.State枚举，它定义了Java线程的各种状态：**

public enum State {
        
        NEW,
        RUNNABLE,
        BLOCKED,
        WAITING,
        TIMED_WAITING,
        TERMINATED;
    }

**线程状态之间的转换：**

1.  NEW：当线程刚创建时，它处于NEW状态。在这个状态下，线程还没有开始执行。
2.  RUNNABLE：当调用线程的start()方法后，线程进入RUNNABLE状态。此时，线程已经开始执行或者准备执行，等待操作系统分配资源。
3.  BLOCKED：当线程试图获取一个已被其他线程锁定的对象的监视器（即进入synchronized块）时，线程进入BLOCKED状态。一旦锁被释放，线程将重新进入RUNNABLE状态。
4.  WAITING：当线程调用wait()、join()或LockSupport.park()方法时，线程进入WAITING状态。这表示线程正在等待另一个线程的通知或中断。当线程收到通知或中断时，它将重新进入RUNNABLE状态。
5.  TIMED\_WAITING：当线程调用wait(long timeout)、sleep(long millis)、join(long millis)或LockSupport.parkNanos()等方法时，线程进入TIMED\_WAITING状态。这表示线程正在等待另一个线程的通知、中断或超时。当线程收到通知、中断或超时时，它将重新进入RUNNABLE状态。
6.  TERMINATED：当线程执行完成或被中断时，它进入TERMINATED状态。在这个状态下，线程已经结束，不能再次启动。

**状态切换图**

![在这里插入图片描述][dde5eda6e370408bbc329458b5d5d5dd.png_pic_center]

## 适用场景 ##

1.  对象的行为随其状态改变而改变：当一个对象的行为因其内部状态而改变时，可以考虑使用状态模式。状态模式将对象的状态和行为分离，使得状态和行为可以独立地变化，提高了代码的灵活性和可维护性。
2.  避免大量条件语句：状态模式可以减少因状态判断而导致的大量条件语句。通过使用状态模式，可以将状态相关的行为分散到各个状态类中，降低了代码的复杂性。
3.  状态转换清晰：当一个对象的状态转换逻辑复杂且需要明确表示时，状态模式可以使状态转换更加清晰。状态模式将状态转换逻辑封装在状态类中，有助于理解和维护状态转换逻辑。

**以下是一些使用状态设计模式的实际场景：**

1.  线程状态管理：Java线程状态管理是状态设计模式的一个典型应用。线程的状态（如新建、运行、阻塞等）由Thread.State枚举表示，状态之间的转换由Thread类及其相关方法控制。
2.  工作流引擎：工作流引擎通常需要处理多个状态和状态之间的转换。状态模式可以帮助设计一个灵活的工作流引擎，使得状态和行为可以独立地变化。
3.  游戏角色状态：在游戏开发中，角色可能有多种状态（如站立、行走、攻击等），并且状态之间可以相互转换。使用状态模式可以使游戏角色的状态管理更加清晰。
4.  订单状态管理：在电商系统中，订单可能有多个状态（如待付款、待发货、已发货等），并且状态之间有一定的转换逻辑。状态模式可以帮助设计一个易于维护的订单状态管理系统。

[img-XRtTYCD1-1681376543697_Users_dasouche_Library_Application Support_typora-user-images_image-20230413112815810.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/22/b3c545bc7d6543e5bdce1e1c4f9c8bb6.png
[dde5eda6e370408bbc329458b5d5d5dd.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/22/61d965a8f8d54142b85602157d63626b.png