基于状态模式: 没有实践，再多的理论都是扯淡！！！

作者：控心つcrazy

2023-09-03
广东
本文字数：5232 字
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基于状态模式: 没有实践的理论都是扯淡！！！

定义

状态模式是一种面向对象的设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它对应的行为。
状态模式的关键在于如何区分事物内部的状态，事物内部状态的改变往往会带来事物的行为的改变。
通常我们谈到封装，一般都会优先封装对象的行为（比如，某个函数），而不是对象的状态。但在状态模式中恰好相反，状态模式的关键是把事物的每种状态都封装成单独的类，跟状态有关的行为会被封装在这个类的内部。

之前读耗子叔文章时，看到过有句话说`没有实践的理论都是扯淡`，个人很赞同。那接下来让我们用代码说话，在实际应用中实践一下吧。

例子 1：订单处理系统

在订单处理系统中，每个订单都可以处于不同的状态(待处理，已确认，已发货，已完成，已取消)，且在每个状态下可执行不同的操作。

// 状态接口class OrderState {    constructor(order) {        this.order = order;    }
    // 定义状态方法    confirm() {        throw new Error("confirm() method must be implemented.");    }
    cancel() {        throw new Error("cancel() method must be implemented.");    }
    ship() {        throw new Error("ship() method must be implemented.");    }}
// 具体状态类：待处理状态class PendingState extends OrderState {    confirm() {        console.log("订单已确认");        this.order.setState(new ConfirmedState(this.order));    }
    cancel() {        console.log("订单已取消");        this.order.setState(new CancelledState(this.order));    }
    ship() {        console.log("无法发货，订单未确认");    }}
// 具体状态类：已确认状态class ConfirmedState extends OrderState {    confirm() {        console.log("订单已确认");    }
    cancel() {        console.log("订单已取消");        this.order.setState(new CancelledState(this.order));    }
    ship() {        console.log("订单已发货");        this.order.setState(new ShippedState(this.order));    }}
// 具体状态类：已发货状态class ShippedState extends OrderState {    confirm() {        console.log("无法确认，订单已发货");    }
    cancel() {        console.log("无法取消，订单已发货");    }
    ship() {        console.log("订单已发货");    }}
// 具体状态类：已完成状态class CompletedState extends OrderState {    confirm() {        console.log("无法确认，订单已完成");    }
    cancel() {        console.log("无法取消，订单已完成");    }
    ship() {        console.log("无法发货，订单已完成");    }}
// 具体状态类：已取消状态class CancelledState extends OrderState {    confirm() {        console.log("无法确认，订单已取消");    }
    cancel() {        console.log("无法取消，订单已取消");    }
    ship() {        console.log("无法发货，订单已取消");    }}
// 上下文类：订单class Order {    constructor() {        // 初始化状态        this.currentState = new PendingState(this);    }
    // 设置当前状态    setState(state) {        this.currentState = state;    }
    // 执行确认操作    confirm() {        this.currentState.confirm();    }
    // 执行取消操作    cancel() {        this.currentState.cancel();    }
    // 执行发货操作    ship() {        this.currentState.ship();    }}
// 示例用法const order = new Order();order.confirm(); // 输出: 订单已确认order.ship(); // 输出: 无法发货，订单未确认order.cancel(); // 输出: 订单已取消order.confirm(); // 输出: 订单已确认order.ship(); // 输出: 订单已发货order.confirm(); // 输出: 无法确认，订单已发货order.cancel(); // 输出: 无法取消，订单已发货order.ship(); // 输出: 订单已发货order.confirm(); // 输出: 无法确认，订单已完成

复制代码

好了，我们可以来看下订单状态的流转过程：
初始状态(pending)：当订单被创建后，订单处于待处理状态。此时可进行两个操作：确认(confirm)、取消(cancel) 。确认操作后可使状态转变为已确认状态，取消操作后可使状态转变为已取消状态。
已确认状态(confirm): 订单被确认后，此时可进行两种操作：取消(cancel)、发货(ship)。取消操作可使状态转变为已取消状态，发货操作可使状态转变为已发货状态。
已发货状态(ship): 订单发货后，无法在进行确认(confirm)操作，因为订单已经在路上了。此时可进行两个操作：取消(cancel)、发货(ship)。取消(cancel)操作可使状态转变为已取消状态，发货操作可使订单转变为已完成状态。
已完成状态(complete): 订单成功支付后，进入已完成状态。此时无法进行以下操作：确认(confirm)、取消(cancel)、发货(ship)，因为订单已经完成
已取消状态(cancel): 订单被取消后，进入已取消状态，此时无法进行以下操作：确认(confirm)、取消(cancel)、发货(ship)，因为订单已经取消

例子 2：交通信号灯

// 信号灯状态基类class TrafficLightState {    constructor(light) {        this.light = light;    }
    // 状态行为方法，子类需要实现具体逻辑    display() {}    stopBlinking() {}}
// 红灯状态class RedLightState extends TrafficLightState {    display() {        console.log("红灯亮起");        this.light.setState(new GreenLightState(this.light));    }}
// 绿灯状态class GreenLightState extends TrafficLightState {    display() {        console.log("绿灯亮起");        this.light.setState(new YellowLightState(this.light));    }}
// 黄灯状态class YellowLightState extends TrafficLightState {    display() {        console.log("黄灯亮起");        this.light.setState(new RedLightState(this.light));    }}
// 闪烁状态class BlinkingLightState extends TrafficLightState {    constructor(light) {        super(light);        this.intervalId = null;    }
    display() {        console.log("闪烁灯亮起");        this.intervalId = setInterval(() => {            this.light.toggle();        }, 500);    }
    stopBlinking() {        console.log("闪烁灯停止");        clearInterval(this.intervalId);        this.light.setState(new RedLightState(this.light));    }}
// 信号灯类class TrafficLight {    constructor() {        this.state = new RedLightState(this);        this.isLightOn = false;    }
    setState(state) {        this.state = state;    }
    display() {        this.state.display();    }
    toggle() {        this.isLightOn = !this.isLightOn;        console.log(`灯光${this.isLightOn ? "亮起" : "熄灭"}`);    }
    stopBlinking() {        this.state.stopBlinking();    }}
// 使用示例const trafficLight = new TrafficLight();trafficLight.display(); // 红灯亮起trafficLight.display(); // 绿灯亮起trafficLight.display(); // 黄灯亮起trafficLight.setState(new BlinkingLightState(trafficLight));trafficLight.display();/**灯光亮起灯光熄灭灯光亮起灯光熄灭灯光亮起 */setTimeout(() => {    trafficLight.stopBlinking(); // 闪烁灯停止，变为红灯}, 3000);

复制代码

这段代码的状态转移过程如下：
初始状态为红灯状态（RedLightState）。运行 trafficLight.display(); 会输出 "红灯亮起"，并将状态设置为绿灯状态。
绿灯状态（GreenLightState）是红灯状态的下一个状态。运行 trafficLight.display(); 会输出 "绿灯亮起"，并将状态设置为黄灯状态。
黄灯状态（YellowLightState）是绿灯状态的下一个状态。运行 trafficLight.display(); 会输出 "黄灯亮起"，并将状态设置为闪烁状态。
闪烁状态（BlinkingLightState）是黄灯状态的下一个状态。运行 trafficLight.display(); 会输出 "闪烁灯亮起"，并开始每隔 500 毫秒切换一次灯光状态，输出灯光状态信息。
在经过一定时间后，通过调用 trafficLight.stopBlinking(); 方法，闪烁状态会停止。输出 "闪烁灯停止"，并将状态设置为红灯状态。

实例 3：音频播放器

// 状态接口class AudioPlayerState {    constructor(audioPlayer) {        this.audioPlayer = audioPlayer;    }
    play() {}
    pause() {}
    stop() {}}
// 停止状态class StopState extends AudioPlayerState {    play() {        console.log('开始播放音频');        // 切换到播放状态        this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.playState);    }
    pause() {        console.log('音频已停止，无法暂停');    }
    stop() {        console.log('音频已停止');    }}
// 播放状态class PlayState extends AudioPlayerState {    play() {        console.log('音频已经在播放中');    }
    pause() {        console.log('音频已暂停');        // 切换到暂停状态        this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.pauseState);    }
    stop() {        console.log('音频已停止');        // 切换到停止状态        this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.stopState);    }}
// 暂停状态class PauseState extends AudioPlayerState {    play() {        console.log('音频已经在播放中');    }
    pause() {        console.log('音频已经暂停');    }
    stop() {        console.log('音频已停止');        // 切换到停止状态        this.audioPlayer.setState(this.audioPlayer.stopState);    }}
// 音频播放器类class AudioPlayer {    constructor() {        // 初始化默认状态为停止状态        this.stopState = new StopState(this);        this.playState = new PlayState(this);        this.pauseState = new PauseState(this);        this.currentState = this.stopState;    }
    setState(state) {        this.currentState = state;    }
    play() {        this.currentState.play();    }
    pause() {        this.currentState.pause();    }
    stop() {        this.currentState.stop();    }}
// 示例用法const audioPlayer = new AudioPlayer();
audioPlayer.play(); // 开始播放音频audioPlayer.pause(); // 音频已暂停audioPlayer.play(); // 音频已经在播放中audioPlayer.stop(); // 音频已停止audioPlayer.stop(); // 音频已停止

复制代码

大家可根据上面的例子可自行推理一下这段代码的状态转移过程。

状态模式的优缺点

优点：
封装状态的变化：将每个状态封装成一个独立的类，使得状态转移的逻辑被封装在状态类中。这使得状态变化的逻辑与主体类分离，提高了代码的可维护性和可扩展性
简化条件语句：通过将状态判断和状态行为分离，避免了大量的条件语句。
符合开放——封闭原则：当添加新的状态时，不需要改变原有代码。
提高了代码的可扩展
缺点：
增加了类的数量：引入状态模式会增加系统中的类的数量，每个状态都需要一个独立的类来表示，这会导致类的数量过多，增加了系统的复杂性。
状态转移逻辑复杂
不适合状态过多的情况

状态模式的性能优化点

惰性初始化：延迟初始化对象可减少启动时的开销，可将状态对象的创建延迟到真正需要的时候再进行初始化，而不是在启动时创建所有可能的状态对象
缓存状态对象：频繁的创建和销毁会严重影响性能，可使用对象池或缓存来管理状态对象的创建和复用
状态判断的优化：如果状态判断的逻辑复杂，可考虑使用策略模式来优化状态判断的性能
状态转移的优化：在状态的转换逻辑中可能会比较复杂，涉及多个条件的判断和状态变量的更新。可使用状态机或状态转换表来优化性能和可读性
状态对象的粒度优化：根据业务需要进行优化，若状态对象过于庞大会导致创建和切换状态开销较大，若状态对象过小，会增加状态类的数量和管理的复杂性。

状态模式和策略模式的关系

两者就像一对双胞胎，都封装了一系列的算法或行为，他们看起来一模一样，但在意图上不同。
两者的相同点是：都有上下文，一些策略和状态类，上下文把请求委托给这些类来执行
区别是：在状态模式中，状态和状态对应的行为是早已被封装好的，状态之间的切换早已被规定完成，改变行为发生在状态模式的内部。而在策略模式中，他们之间没有任何联系，客户必须熟知这些策略类的作用，才能随时切换算法。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/a7aae17afd51dab83da46ee49】。

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例子 1：订单处理系统

例子 2：交通信号灯

实例 3：音频播放器

状态模式的优缺点

状态模式的性能优化点

状态模式和策略模式的关系

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