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public class Lift implements ILift {private int state;Overridepublic void setState(int state) {this.state state;}//执行关门动作Overridepublic void close() {switch (this.state) {case OPENING_STATE:System.out.println(电梯关门了。。。);//只有开门状态可以关闭电梯门可以对应电梯状态表来看this.setState(CLOSING_STATE);//关门之后电梯就是关闭状态了break;case CLOSING_STATE://do nothing //已经是关门状态不能关门break;case RUNNING_STATE://do nothing //运行时电梯门是关着的不能关门break;case STOPPING_STATE://do nothing //停止时电梯也是关着的不能关门break;}}//执行开门动作Overridepublic void open() {switch (this.state) {case OPENING_STATE://门已经开了不能再开门了//do nothingbreak;case CLOSING_STATE://关门状态门打开:System.out.println(电梯门打开了。。。);this.setState(OPENING_STATE);break;case RUNNING_STATE://do nothing 运行时电梯不能开门break;case STOPPING_STATE:System.out.println(电梯门开了。。。);//电梯停了可以开门了this.setState(OPENING_STATE);break;}}//执行运行动作Overridepublic void run() {switch (this.state) {case OPENING_STATE://电梯不能开着门就走//do nothingbreak;case CLOSING_STATE://门关了可以运行了System.out.println(电梯开始运行了。。。);this.setState(RUNNING_STATE);//现在是运行状态break;case RUNNING_STATE://do nothing 已经是运行状态了break;case STOPPING_STATE:System.out.println(电梯开始运行了。。。);this.setState(RUNNING_STATE);break;}}//执行停止动作Overridepublic void stop() {switch (this.state) {case OPENING_STATE: //开门的电梯已经是是停止的了(正常情况下)//do nothingbreak;case CLOSING_STATE://关门时才可以停止System.out.println(电梯停止了。。。);this.setState(STOPPING_STATE);break;case RUNNING_STATE://运行时当然可以停止了System.out.println(电梯停止了。。。);this.setState(STOPPING_STATE);break;case STOPPING_STATE://do nothingbreak;}} }在没有使用状态模式的情况下通常会使用大量的if-else或switch-case语句来处理对象在不同状态下的行为。这种方式会带来以下问题 代码臃肿且难以维护当状态数量增加时if-else或switch-case语句会变得非常冗长。每次新增状态或修改状态转换逻辑时都需要修改这些条件语句容易引入错误。违反开闭原则开闭原则要求软件实体类、模块、函数等对扩展开放对修改关闭。使用条件语句时新增状态或修改行为需要修改现有代码而不是扩展。状态和行为耦合状态和行为逻辑通常混杂在一起导致代码难以理解和测试。如果需要复用某些状态的行为很难将其提取出来。难以扩展当状态转换逻辑变得复杂时例如某些状态的下一个状态有多个分支条件语句会变得更加混乱。新增状态或修改状态转换逻辑时可能会影响其他状态的逻辑。 怎样实现状态模式 状态模式的组成 Context上下文它定义了客户程序需要的接口维护一个当前状态并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理。State状态定义一个接口封装与Context的特定状态相关的行为。ConcreteState具体状态实现State接口定义与Context的某个状态相关的行为。 【案例】 电梯状态改进版 State状态)LiftState类 //抽象状态类 public abstract class LiftState {//定义一个环境角色也就是封装状态的变化引起的功能变化protected Context context;public void setContext(Context context) {this.context context;}//电梯开门动作public abstract void open();//电梯关门动作public abstract void close();//电梯运行动作public abstract void run();//电梯停止动作public abstract void stop(); }ConcreteState具体状态OpenningState类、RunningState类、StoppingState类和ClosingState类 //开启状态 public class OpenningState extends LiftState {//开启当然可以关闭了我就想测试一下电梯门开关功能Overridepublic void open() {System.out.println(电梯门开启…);}Overridepublic void close() {//状态修改super.context.setLiftState(Context.closeingState);//动作委托为CloseState来执行也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().close();}//电梯门不能开着就跑这里什么也不做Overridepublic void run() {//do nothing}//开门状态已经是停止的了Overridepublic void stop() {//do nothing} }//运行状态 public class RunningState extends LiftState {//运行的时候开电梯门你疯了电梯不会给你开的Overridepublic void open() {//do nothing}//电梯门关闭这是肯定了Overridepublic void close() {//虽然可以关门但这个动作不归我执行//do nothing}//这是在运行状态下要实现的方法Overridepublic void run() {System.out.println(电梯正在运行…);}//这个事绝对是合理的光运行不停止还有谁敢做这个电梯估计只有上帝了Overridepublic void stop() {super.context.setLiftState(Context.stoppingState);super.context.stop();} }//停止状态 public class StoppingState extends LiftState {//停止状态开门那是要的Overridepublic void open() {//状态修改super.context.setLiftState(Context.openningState);//动作委托为CloseState来执行也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().open();}Overridepublic void close() {//虽然可以关门但这个动作不归我执行//状态修改super.context.setLiftState(Context.closeingState);//动作委托为CloseState来执行也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().close();}//停止状态再跑起来正常的很Overridepublic void run() {//状态修改super.context.setLiftState(Context.runningState);//动作委托为CloseState来执行也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().run();}//停止状态是怎么发生的呢当然是停止方法执行了Overridepublic void stop() {System.out.println(电梯停止了…);} }//关闭状态 public class ClosingState extends LiftState {Override//电梯门关闭这是关闭状态要实现的动作public void close() {System.out.println(电梯门关闭…);}//电梯门关了再打开逗你玩呢那这个允许呀Overridepublic void open() {super.context.setLiftState(Context.openningState);super.context.open();}//电梯门关了就跑这是再正常不过了Overridepublic void run() {super.context.setLiftState(Context.runningState);super.context.run();}//电梯门关着我就不按楼层Overridepublic void stop() {super.context.setLiftState(Context.stoppingState);super.context.stop();} }Context上下文Context类 //环境角色 public class Context {//定义出所有的电梯状态public final static OpenningState openningState new OpenningState();//开门状态这时候电梯只能关闭public final static ClosingState closeingState new ClosingState();//关闭状态这时候电梯可以运行、停止和开门public final static RunningState runningState new RunningState();//运行状态这时候电梯只能停止public final static StoppingState stoppingState new StoppingState();//停止状态这时候电梯可以开门、运行//定义一个当前电梯状态private LiftState liftState;public LiftState getLiftState() {return this.liftState;}public void setLiftState(LiftState liftState) {//当前环境改变this.liftState liftState;//把当前的环境通知到各个实现类中this.liftState.setContext(this);}public void open() {this.liftState.open();}public void close() {this.liftState.close();}public void run() {this.liftState.run();}public void stop() {this.liftState.stop();} }测试类 //测试类 public class Client {public static void main(String[] args) {Context context new Context();context.setLiftState(new ClosingState());context.open();context.close();context.run();context.stop();} }二、状态模式在源码中的运用 Java线程管理 Java 的线程Thread生命周期就是一个典型的状态模式应用。线程的状态包括NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 和 TERMINATED。虽然 Java 线程的状态管理没有直接使用状态模式的设计但其设计思想与状态模式非常相似。 线程状态转换 NEW - RUNNABLE调用 start() 方法RUNNABLE - BLOCKED等待锁RUNNABLE - WAITING调用 wait() 方法RUNNABLE - TIMED_WAITING调用 sleep() 或 join() 方法RUNNABLE - TERMINATED线程执行完毕 如果使用状态模式来实现线程状态管理可以这样设计 interface ThreadState {void start(ThreadContext context);void run(ThreadContext context);void block(ThreadContext context);void terminate(ThreadContext context); }class NewState implements ThreadState {Overridepublic void start(ThreadContext context) {context.setState(new RunnableState());}Overridepublic void run(ThreadContext context) {throw new IllegalStateException(线程未启动无法运行。);}Overridepublic void block(ThreadContext context) {throw new IllegalStateException(线程未启动无法阻塞。);}Overridepublic void terminate(ThreadContext context) {throw new IllegalStateException(线程未启动无法终止。);} }class RunnableState implements ThreadState {Overridepublic void start(ThreadContext context) {throw new IllegalStateException(线程已启动无需再次启动。);}Overridepublic void run(ThreadContext context) {System.out.println(线程正在运行…);}Overridepublic void block(ThreadContext context) {context.setState(new BlockedState());}Overridepublic void terminate(ThreadContext context) {context.setState(new TerminatedState());} }class ThreadContext {private ThreadState state;public ThreadContext() {this.state new NewState();}public void setState(ThreadState state) {this.state state;}public void start() {state.start(this);}public void run() {state.run(this);}public void block() {state.block(this);}public void terminate() {state.terminate(this);} }Spring 状态机Spring State Machine Spring 提供了一个状态机框架Spring State Machine用于管理复杂的状态转换逻辑。它基于状态模式设计支持状态、事件、转换等概念。 Configuration EnableStateMachine public class StateMachineConfig extends StateMachineConfigurerAdapterString, String {Overridepublic void configure(StateMachineStateConfigurerString, String states) throws Exception {states.withStates().initial(SI) // 初始状态.state(S1) // 状态 S1.state(S2); // 状态 S2}Overridepublic void configure(StateMachineTransitionConfigurerString, String transitions) throws Exception {transitions.withExternal().source(SI).target(S1).event(E1) // 事件 E1 触发 SI - S1.and().withExternal().source(S1).target(S2).event(E2); // 事件 E2 触发 S1 - S2} }在这个例子中Spring State Machine 使用状态模式来管理状态和事件驱动的转换。 三、总结 状态模式的优点 消除复杂的条件语句状态模式将状态相关的行为分散到各个状态类中避免了大量的if-else或 switch-case语句使代码更加清晰。符合开闭原则新增状态时只需添加新的状态类而无需修改现有代码。修改某个状态的行为时只需修改对应的状态类不会影响其他状态。提高代码的可读性和可维护性状态和行为被封装在独立的类中代码结构更加清晰。每个状态类的职责单一易于理解和测试。简化上下文逻辑上下文Context只需维护当前状态的引用并将行为委托给状态对象逻辑更加简洁。支持复杂的状态转换状态模式可以轻松处理多分支的状态转换逻辑例如一个状态的下一个状态有多个可能。 状态模式的缺点 增加类的数量每个状态都需要一个单独的类可能会导致类的数量增加代码结构变得复杂。状态转换逻辑分散状态转换逻辑分散在各个状态类中可能会导致状态转换规则不够直观。不适合简单的状态管理如果状态数量很少且状态转换逻辑简单使用状态模式可能会显得过度设计。 状态模式的使用场景 对象的行为依赖于其状态且状态数量较多例如订单系统新建、已支付、已发货、已完成等状态。状态转换逻辑复杂例如游戏角色的状态站立、跑步、跳跃、攻击等每个状态的行为和转换条件不同。需要避免大量的条件语句例如线程状态管理新建、运行、阻塞、终止等使用状态模式可以避免复杂的条件判断。状态和行为需要动态切换例如TCP 连接状态建立连接、数据传输、关闭连接等状态模式可以灵活地管理状态转换。需要支持分层状态或子状态例如工作流引擎中的状态主状态和子状态状态模式可以很好地支持分层状态管理。 参考 黑马程序员Java设计模式详解 23种Java设计模式图解框架源码分析实战_哔哩哔哩_bilibili