状态模式是一种行为设计模式，允许对象在其内部状态改变时动态调整行为，将不同状态下的逻辑分离到独立的状态类中，该模式通过消除庞大的条件语句，使代码更易维护和扩展，尤其适用于复杂状态流转的场景（如订单流程、游戏角色行为），核心结构包括：定义统一接口的抽象状态类（State）、实现具体行为的状态子类（ConcreteState），以及维护当前状态引用的上下文类（Context），当上下文触发请求时，实际行为会委托给当前状态对象处理，状态变更通过切换状态引用来实现，状态模式遵循开闭原则，新增状态无需修改既有代码，但可能增加类数量，典型应用包括工作流引擎、UI控件交互等需要弹性管理状态切换的系统。

在软件开发中,对象的行为往往依赖于其内部状态的变化，电梯的运行模式（开门、关门、上升、下降）取决于当前的状态；订单的处理流程（待支付、已支付、已发货、已完成）也随着状态的不同而变化，如果使用大量的条件分支（如 if-else 或 switch-case）来处理这些状态转换，代码会变得臃肿且难以维护。状态模式（State Pattern） 提供了一种优雅的解决方案。

本文将深入探讨状态模式的概念、结构、实现方式及其优缺点，并通过实际案例展示如何应用该模式优化代码设计。

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什么是状态模式？

状态模式是一种行为型设计模式，它允许对象在其内部状态改变时改变其行为，使得对象看起来像是修改了它的类，换句话说，状态模式将对象的行为封装在不同的状态类中，并通过切换状态对象来改变其行为，而不是通过条件语句硬编码。

1 状态模式的核心思想

• 将状态抽象为独立类：每个状态对应一个类，封装该状态下的行为。
• 上下文（Context）委托行为给当前状态：上下文类维护一个当前状态的引用，并将请求委托给状态对象处理。
• 状态转换由状态类或上下文类控制：状态变化时，上下文切换到新的状态对象。

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状态模式的结构

状态模式主要包含以下角色：

角色	说明
Context（上下文）	维护一个 State 对象的引用，定义客户端所需的接口，并将行为委托给当前状态。
State（抽象状态）	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，定义该状态下的具体行为，并在必要时切换 Context 的状态。

1 UML 类图

+----------------+       +----------------+
|    Context     |       |     State      |
+----------------+       +----------------+
| -state: State |<>---->| +handle(): void|
+----------------+       +----------------+
       ^                          ^
       |                          |
+----------------+       +----------------+
|   Client       |       | ConcreteStateA |
+----------------+       +----------------+
                         | +handle(): void|
                         +----------------+

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状态模式的实现

1 示例：电梯控制系统

假设我们设计一个电梯控制系统,电梯有以下状态：

• 开门（OpenState）
• 关门（ClosedState）
• 运行（RunningState）
• 停止（StoppedState）

（1）定义抽象状态接口

public interface ElevatorState {
    void open();
    void close();
    void run();
    void stop();
}

（2）实现具体状态类

public class OpenState implements ElevatorState {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门已经是开着的");
    }
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门关闭");
        // 切换到 ClosedState
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯门开着，不能运行");
    }
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯已经是停止状态");
    }
}
public class RunningState implements ElevatorState {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯运行中，不能开门");
    }
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门已经是关着的");
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯已经在运行");
    }
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止");
        // 切换到 StoppedState
    }
}

（3）定义上下文类（电梯）

public class Elevator {
    private ElevatorState currentState;
    public Elevator() {
        this.currentState = new StoppedState(); // 初始状态
    }
    public void setState(ElevatorState state) {
        this.currentState = state;
    }
    public void open() {
        currentState.open();
    }
    public void close() {
        currentState.close();
    }
    public void run() {
        currentState.run();
    }
    public void stop() {
        currentState.stop();
    }
}

（4）客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Elevator elevator = new Elevator();
        elevator.open();  // 初始状态是停止，可以开门
        elevator.close(); // 切换到关门状态
        elevator.run();   // 切换到运行状态
        elevator.stop();  // 停止
    }
}

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状态模式的优缺点

1 优点

✅ 消除条件分支：避免大量的 if-else 或 switch-case 语句，提高代码可读性。
✅ 符合开闭原则：新增状态只需添加新的状态类，无需修改现有代码。
✅ 状态转换逻辑集中管理：状态切换由状态类或上下文类控制，便于维护。

2 缺点

❌ 可能增加类的数量：每个状态都需要一个类，可能导致类膨胀。
❌ 状态转换逻辑可能复杂：如果状态转换逻辑分散在各状态类中，可能难以追踪。

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状态模式的应用场景

• 对象行为依赖状态：如订单状态、游戏角色状态、线程状态等。
• 需要动态切换行为：如 UI 控件在不同状态下的交互方式。
• 避免条件分支过多：当 if-else 逻辑过于复杂时，状态模式可优化代码结构。

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状态模式通过将状态封装成独立类,使得状态转换更加清晰，代码更易于扩展和维护，它特别适用于行为随状态变化而变化的场景，如工作流引擎、游戏开发、自动化控制系统等。

在实际开发中,合理使用状态模式可以大幅提升代码的可维护性和灵活性，减少因状态逻辑混乱导致的 Bug，如果你发现代码中存在大量与状态相关的条件判断，不妨尝试用状态模式重构，体验其带来的优雅设计！