状态模式（State Pattern）

状态模式（State Pattern）是面向对象设计模式中的一种行为模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。状态模式的核心意图是将状态相关的逻辑从主类中分离出来，使得每个状态都成为独立的对象，这样可以简化原本复杂的条件语句，并且提高代码的可维护性和扩展性。

意图

允许一个对象在其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。

• 将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来。
• 通过切换内部状态来改变对象的行为。
• 让状态转换显得更加明确和可控。

结构

状态模式包含以下几种角色：

• Context（环境类）：定义了客户端感兴趣的接口，并维护一个具体状态子类的实例，这个实例定义当前的状态。
• State（抽象状态角色）：定义了一个或一组接口，表示支持的所有状态所共有的行为。
• ConcreteState（具体状态角色）：每一个具体状态提供一个方法，该方法实现了在Context的一个特定状态下所表现的行为。

结构图

+-------------------+       +------------------+
|    Context        |-------|   State (抽象)   |
+-------------------+       +------------------+
| -state: State     |<------| + handle()       |
+-------------------+       +------------------+
| + request()       |       |                  |
+-------------------+       +------------------+
                            ^                 ^
                            |                 |
                            |                 |
                +-----------+-----------------+
                |                             |
+---------------v-------------+       +-------v---------+
| ConcreteStateA (具体状态A)  |       |ConcreteStateB  |
+----------------------------+       +---------------+
| + handle()                  |       | + handle()    |
+----------------------------+       +---------------+

在这个图中，Context持有一个State类型的引用，它可以指向任何具体的State子类。当Context的request()方法被调用时，实际上是由当前状态的handle()方法来处理请求。State接口定义了所有具体状态都需要实现的方法。

适用性

• 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它的行为时。
• 代码中存在大量与状态相关的条件语句（如if-else或者switch-case），这些语句难以维护和扩展。
• 当状态转换是复杂且具有约束时，状态模式可以帮助清晰地定义并控制状态之间的转换。

状态模式可以用来管理那些需要随时间而变化的对象行为，并且能够帮助我们避免大量的条件分支语句，让代码变得更加清晰和易于理解。在实际应用中，比如工作流引擎、游戏中的角色状态等场景下，状态模式都是十分有用的。

应用举例 （处理订单的状态变化）

状态模式在Java开发中有很多经典的应用场景，其中一个非常典型的例子是处理订单的状态变化。在电子商务系统中，一个订单可能会经历多种状态，如创建、支付、发货、完成和取消等。每个状态下可以执行的操作不同，并且从一种状态到另一种状态的转换规则也可能很复杂。使用状态模式可以很好地管理这种状态的变化。

场景描述

假设我们正在为一个在线购物网站开发后端服务。我们需要处理用户的订单，而订单可能有以下几种状态：

• 新创建（New）：用户刚刚下单。
• 已支付（Paid）：用户已经付款。
• 已发货（Shipped）：商品已经发出。
• 已完成（Completed）：用户收到商品并且确认收货。
• 已取消（Cancelled）：订单被取消。

对于每种状态，允许的操作是不同的。例如，在“新创建”状态下，用户可以选择支付或取消订单；而在“已支付”状态下，用户不能再次支付，但是可以等待发货或者申请退款。

状态模式实现

定义抽象状态接口

public interface OrderState {
    void handle(Order order);
}

实现具体状态

public class NewOrderState implements OrderState {
    @Override
    public void handle(Order order) {
        System.out.println("Order is in New state. Waiting for payment.");
        // 可以进行支付操作
        order.setState(new PaidOrderState());
    }
}

public class PaidOrderState implements OrderState {
    @Override
    public void handle(Order order) {
        System.out.println("Order is paid. Preparing to ship.");
        // 可以进行发货操作
        order.setState(new ShippedOrderState());
    }
}

// 其他状态类省略...

定义环境类（订单）

public class Order {
    private OrderState state;

    public Order() {
        this.state = new NewOrderState();  // 默认为新创建状态
    }

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

    public void request() {
        state.handle(this);
    }
}

使用示例

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Order order = new Order();
        order.request();  // 输出: Order is in New state. Waiting for payment.
        order.request();  // 输出: Order is paid. Preparing to ship.
        // 更多的状态转换...
    }
}

在这个简单的例子中，Order对象根据当前的状态来决定如何处理请求。当调用request()方法时，实际是由当前状态的handle()方法来处理逻辑。这样做的好处是可以将不同状态下的行为封装起来，避免了复杂的条件判断，并且易于添加新的状态或修改现有状态的行为。