🌈 个人主页：danci_
🔥 系列专栏：《设计模式》
💪🏻 制定明确可量化的目标，并且坚持默默的做事。
探索设计模式的魅力：状态模式揭秘-如何优雅地处理复杂状态转换
一、案例场景🔍
1.1 经典的运用场景
状态模式是一种行为设计模式，它允许对象在其内部状态改变时改变它的行为。这个模式使得对象看起来好像修改了它的类。以下是几个状态模式的经典场景：
- ✨订单处理系统： 在电商系统中，订单的状态可能会经历多个阶段，如“待支付”、“已支付”、“待发货”、“已发货”、“已完成”等。每个状态对应不同的行为，比如“待支付”状态下可以进行支付操作，“已发货”状态下可以查询物流信息等。通过状态模式，我们可以清晰地管理订单的状态转换和相关行为。
- ✨交通信号灯控制系统： 交通信号灯有红、黄、绿三种状态，每种状态下信号灯的行为是不同的。比如红灯亮时，车辆需要停止；绿灯亮时，车辆可以通行；黄灯亮时，车辆需要准备停止。通过状态模式，我们可以方便地实现信号灯的状态转换和控制逻辑。
- ✨用户登录状态管理： 在用户登录系统中，用户的状态可以分为“未登录”、“已登录”等。不同状态下，用户的权限和操作是不同的。比如未登录状态下，用户只能浏览部分页面；已登录状态下，用户可以访问更多功能和页面。通过状态模式，我们可以实现用户登录状态的管理和权限控制。
下面我们来实现✨订单处理系统。
1.2 一坨坨代码实现😻
使用一个简单的状态机和状态枚举来实现这个场景。下面是一个基于Java的简单实现示例：
- 首先，定义一个表示订单状态的枚举：
public enum OrderStatus {
PENDING_PAYMENT("待支付"),
PAYMENT_RECEIVED("已支付"),
SHIPPED("已发货"),
COMPLETED("已完成");
private final String displayName;
OrderStatus(String displayName) {
this.displayName = displayName;
}
public String getDisplayName() {
return displayName;
}
// 可以根据需要添加更多方法，比如判断是否可以转换到某个状态等
}
- 接下来，我们定义一个Order类来表示订单及其状态转换的逻辑：
public class Order {
private OrderStatus status;
private String orderId;
public Order(String orderId) {
this.orderId = orderId;
this.status = OrderStatus.PENDING_PAYMENT; // 初始状态为待支付
}
public String getOrderId() {
return orderId;
}
public OrderStatus getStatus() {
return status;
}
// 状态转换方法
public void pay() {
if (status == OrderStatus.PENDING_PAYMENT) {
status = OrderStatus.PAYMENT_RECEIVED;
System.out.println("Order " + orderId + " status changed to: " + status.getDisplayName());
} else {
System.out.println("Cannot pay for order " + orderId + " in its current state.");
}
}
public void ship() {
if (status == OrderStatus.PAYMENT_RECEIVED) {
status = OrderStatus.SHIPPED;
System.out.println("Order " + orderId + " status changed to: " + status.getDisplayName());
} else {
System.out.println("Cannot ship order " + orderId + " in its current state.");
}
}
public void complete() {
if (status == OrderStatus.SHIPPED) {
status = OrderStatus.COMPLETED;
System.out.println("Order " + orderId + " status changed to: " + status.getDisplayName());
} else {
System.out.println("Cannot complete order " + orderId + " in its current state.");
}
}
// 可以根据需要添加更多方法和逻辑
}
- 现在，你可以通过创建一个Order对象并调用其状态转换方法来模拟订单的状态变化：
public class OrderProcessingDemo {
public static void main(String[] args) {
Order order = new Order("12345");
System.out.println("Current order status: " + order.getStatus().getDisplayName());
order.pay();
System.out.println("Current order status: " + order.getStatus().getDisplayName());
order.ship();
System.out.println("Current order status: " + order.getStatus().getDisplayName());
order.complete();
System.out.println("Current order status: " + order.getStatus().getDisplayName());
// 尝试在非法状态下进行状态转换
order.pay(); // 应该不会成功，因为订单已经完成
}
}
在这个实现中，我们直接在Order类中处理了状态转换的逻辑。每个状态转换方法（pay、ship、complete）都会检查当前状态是否允许进行转换，并相应地更新状态或打印错误消息。虽然这个实现很简单，但它缺乏一些设计模式所提供的灵活性和可扩展性。在实际项目中，你可能会考虑使用状态模式、策略模式或模板方法模式等来实现更复杂的状态管理逻辑。然而，根据题目的要求，这里提供了一个不使用设计模式的简单实现。
1.3 痛点
上述实现确实存在一些缺点，下面逐一分析：
-
硬编码的状态转换逻辑：
在上述实现中，状态转换的逻辑是直接硬编码在Order类中的pay、ship和complete方法里。这意味着如果未来需要添加新的状态或更改现有的状态转换逻辑，我们必须修改Order类的源代码。这违反了开闭原则（Open-Closed Principle），即软件实体应该对扩展开放，对修改关闭。 -
缺乏灵活性：
由于状态转换逻辑是固定的，系统无法轻松适应新的业务规则或变化。例如，如果引入了一个新的状态“部分发货”，或者某些状态下允许退款操作，现有的代码结构将难以应对这些变化。 -
状态和行为紧密耦合：
在上述实现中，状态和与状态相关的行为（即状态转换）是紧密耦合的。这导致了高内聚低耦合的设计原则的违反。理想情况下，状态应该只表示数据，而行为应该由独立的组件（如状态机）来管理。 -
可维护性问题：
随着业务逻辑的增长和复杂性的增加，直接在Order类中管理状态转换将变得越来越困难。代码将变得难以理解和维护，特别是当多个开发人员参与项目时。 -
错误处理不足：
在当前实现中，错误处理仅限于打印错误消息到控制台。在实际的生产环境中，通常需要更复杂的错误处理机制，如回滚操作、日志记录、通知用户或管理员等。 -
可扩展性问题：
由于状态转换逻辑直接嵌入在Order类中，因此添加新的状态或转换逻辑需要修改现有的类结构。这可能会引入新的错误并破坏现有功能的稳定性。此外，每次添加新功能时都需要重新测试和验证整个系统。
二、解决方案
使用状态模式可以有效地解决上述提到的一些缺点。状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，使得对象看起来好像修改了它的类。在状态模式中，我们定义状态和状态之间的转换，将状态转换的逻辑封装在状态对象自身中，而不是将其分散在多个条件语句中。
2.1 定义
| 状态模式（State Pattern）是一种行为设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。状态模式把与特定状态相关的行为封装到一个个的类中，当对象的状态改变时，它的行为也会随着改变。 |
2.2 案例分析🧐
2.3 状态模式结构图及说明
主要组件：
- Context（上下文）：它定义了客户感兴趣的接口，并且维护一个具体状态对象的实例，这个具体状态对象定义了当前状态。
- State（抽象状态）：这是一个抽象类，它定义了状态转换的接口，这个接口由具体状态类实现。
- ConcreteState（具体状态）：具体状态类实现了抽象状态定义的接口，从而实现状态转换和具体行为。
说明：
- 封装了状态的转换逻辑：状态模式将状态转换逻辑封装在状态类中，而不是散布在多个条件语句中。这有助于减少代码的复杂性，并使状态转换逻辑更易于理解和维护。
- 增加新的状态或行为变得更容易：由于状态和行为都被封装在单独的类中，因此添加新的状态或行为只需要添加新的状态类，而不需要修改其他代码。这符合开闭原则，即对扩展开放，对修改封闭。
- 状态转换的显式化：状态模式使得状态转换变得显式化，因为状态的转换是通过调用状态对象的方法来实现的，而不是通过修改上下文的状态变量来实现的。这使得状态转换更加清晰和可预测。
- 过多的状态类可能导致类爆炸：如果一个对象有很多状态，并且每个状态的行为差异很大，那么可能需要为每个状态创建一个单独的类。这可能会导致类数量过多，增加系统的复杂性。
2.4 使用状态模式重构示例
使用状态模式来实现上述场景时，首先需要定义状态接口和具体的状态类，然后在上下文类（如Order）中维护一个对当前状态的引用。状态类将封装与特定状态相关的行为，包括状态转换。
下面是一个使用状态模式实现的订单处理系统的示例：
- 状态接口
public interface OrderState {
void pay(Order order);
void ship(Order order);
void complete(Order order);
// 可能还需要其他方法，如退款、部分发货等
}
- 具体的状态类
public class CreatedState implements OrderState {
@Override
public void pay(Order order) {
// 处理支付逻辑
System.out.println("Order paid.");
order.setState(new PaidState());
}
@Override
public void ship(Order order) {
System.out.println("Cannot ship order in Created state.");
}
@Override
public void complete(Order order) {
System.out.println("Cannot complete order in Created state.");
}
}
public class PaidState implements OrderState {
@Override
public void pay(Order order) {
System.out.println("Order already paid.");
}
@Override
public void ship(Order order) {
// 处理发货逻辑
System.out.println("Order shipped.");
order.setState(new ShippedState());
}
@Override
public void complete(Order order) {
System.out.println("Cannot complete order before it is shipped.");
}
}
public class ShippedState implements OrderState {
@Override
public void pay(Order order) {
System.out.println("Order already paid and shipped.");
}
@Override
public void ship(Order order) {
System.out.println("Order already shipped.");
}
@Override
public void complete(Order order) {
// 处理完成订单逻辑
System.out.println("Order completed.");
order.setState(new CompletedState());
}
}
public class CompletedState implements OrderState {
@Override
public void pay(Order order) {
System.out.println("Cannot pay for a completed order.");
}
@Override
public void ship(Order order) {
System.out.println("Cannot ship a completed order.");
}
@Override
public void complete(Order order) {
System.out.println("Order already completed.");
}
}
- 上下文类
public class Order {
private OrderState state;
public Order() {
this.state = new CreatedState(); // 初始状态
}
public void setState(OrderState state) {
this.state = state;
}
public void pay() {
state.pay(this);
}
public void ship() {
state.ship(this);
}
public void complete() {
state.complete(this);
}
// 可能还有其他与订单相关的方法和属性
}
- 使用示例
public class StatePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Order order = new Order();
order.pay(); // 当前状态为CreatedState，调用pay会转移到PaidState
order.ship(); // 当前状态为PaidState，调用ship会转移到ShippedState
order.complete(); // 当前状态为ShippedState，调用complete会转移到CompletedState
order.pay(); // 当前状态为CompletedState，不能再支付
order.ship(); // 当前状态为CompletedState，不能再发货
order.complete(); // 当前状态为CompletedState，订单已完成
}
}
在这个示例中，Order类代表上下文，它有一个state字段来保存当前状态，并且提供了pay、ship和complete等方法来触发状态转换。每个具体的状态类（如CreatedState、PaidState等）都实现了OrderState接口，并定义了在当前状态下这些方法的行为。
注：这只是一个简单的示例，实际应用中可能还需要处理更多的状态和行为，并且状态转换的逻辑可能会更加复杂。此外，为了提高代码的可维护性和可读性，还可以考虑使用枚举类型来定义状态，或者使用状态机框架来管理状态转换。
2.5 重构后解决的问题
使用状态模式可以有效地解决 1.3 痛点 中提到的一些缺点。状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，使得对象看起来好像修改了它的类。在状态模式中，我们定义状态和状态之间的转换，将状态转换的逻辑封装在状态对象自身中，而不是将其分散在多个条件语句中。
以下是状态模式如何解决上述缺点的原因：
-
解耦状态和行为：
在状态模式中，状态和行为被封装在单独的状态类中。这意味着Order类不再需要直接处理状态转换的逻辑。每个状态类负责定义在当前状态下允许的行为以及状态转换的规则。这大大减少了Order类的复杂性，并且使得状态和行为之间的关系更加清晰和易于管理。 -
提高灵活性和可扩展性：
由于状态转换逻辑被封装在状态类中，添加新的状态或更改现有状态的行为变得相对容易。我们只需要定义新的状态类并实现相应的行为即可，而不需要修改使用状态模式的上下文类（在本例中是Order类）。这符合开闭原则，即软件实体应该对扩展开放，对修改关闭。 -
更好的错误处理：
在状态模式中，状态类可以定义自己的错误处理逻辑。例如，如果尝试在不合适的状态下执行某个操作，状态类可以抛出异常或返回错误码，而不是在上下文类中打印错误消息。这提供了更好的错误处理机制，并使得错误处理更加集中和一致。 -
提高可维护性：
将状态和行为封装在单独的状态类中使得代码更加模块化和可维护。每个状态类只关注自己的行为和转换规则，这使得代码更加清晰、易于理解和测试。此外，由于状态类之间是松耦合的，因此可以独立地修改和测试它们，而不会影响到其他状态类或使用它们的上下文类。 -
支持复杂的业务逻辑：
状态模式能够轻松地支持复杂的业务逻辑和状态转换规则。通过定义更多的状态类和转换逻辑，我们可以实现更加精细和灵活的状态管理。此外，状态模式还可以与其他设计模式（如策略模式、观察者模式等）结合使用，以构建更加复杂和强大的软件系统。
通过使用状态模式可以解决硬编码的状态转换逻辑、缺乏灵活性、状态和行为紧密耦合、可维护性问题以及错误处理不足等缺点。通过将状态和行为封装在单独的状态类中，我们实现了状态与行为的解耦，提高了系统的灵活性、可扩展性和可维护性。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-839987.html
转载文章只截取部分内容
详请跳转原文：https://blog.csdn.net/danci_/article/details/136367657文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-839987.html
到了这里，关于状态模式揭秘-如何优雅地处理复杂状态转换的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
