基于状态模式: 没有实践的理论都是扯淡！！！

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

• 好了，我们可以来看下订单状态的流转过程：
  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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
  5. 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);

• 这段代码的状态转移过程如下：
  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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

• 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：
  1. 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
  2. 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。
  3. 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。
  4. 提高了代码的可扩展
• 缺点：
  1. 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。
  2. 状态转移逻辑复杂
  3. 不适合状态过多的情况

状态模式的性能优化点

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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。