状态模式（State Pattern）

状态模式（State Pattern）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，对象看起来似乎修改了它的类。以下从多个方面详细介绍状态模式。

模式结构与角色

状态模式主要包含以下几个角色：

抽象状态（State）：定义了一个接口，封装了与上下文的一个特定状态相关的行为。通常包含多个方法，这些方法对应着上下文在该状态下可能执行的操作。
具体状态（Concrete State）：实现了抽象状态接口，每个具体状态类都封装了特定状态下的行为逻辑。当上下文的状态改变时，会委托给相应的具体状态类来处理。
上下文（Context）：维护一个对抽象状态对象的引用，负责根据业务逻辑切换状态。上下文将请求委托给当前的状态对象来处理。

代码示例

以下是一个简单的状态模式示例，模拟一个电梯系统，电梯有开门、关门、运行、停止四种状态：

// 抽象状态
interface ElevatorState {
    void open();
    void close();
    void run();
    void stop();
}

// 具体状态：开门状态
class OpenState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;

    public OpenState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }

    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯已经开门，无需重复开门");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门关闭");
        elevator.setState(elevator.getCloseState());
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯门未关闭，不能运行");
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯已经开门，处于停止状态");
    }
}

// 具体状态：关门状态
class CloseState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;

    public CloseState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }

    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门打开");
        elevator.setState(elevator.getOpenState());
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门已经关闭，无需重复关门");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯开始运行");
        elevator.setState(elevator.getRunState());
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯还未运行，无需停止");
    }
}

// 具体状态：运行状态
class RunState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;

    public RunState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }

    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯正在运行，不能开门");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯正在运行，门已经关闭");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯正在运行，无需重复启动");
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯停止运行");
        elevator.setState(elevator.getStopState());
    }
}

// 具体状态：停止状态
class StopState implements ElevatorState {
    private Elevator elevator;

    public StopState(Elevator elevator) {
        this.elevator = elevator;
    }

    @Override
    public void open() {
        System.out.println("电梯门打开");
        elevator.setState(elevator.getOpenState());
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("电梯门已经关闭，无需重复关门");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("电梯开始运行");
        elevator.setState(elevator.getRunState());
    }

    @Override
    public void stop() {
        System.out.println("电梯已经停止，无需重复停止");
    }
}

// 上下文：电梯
class Elevator {
    private ElevatorState openState;
    private ElevatorState closeState;
    private ElevatorState runState;
    private ElevatorState stopState;
    private ElevatorState currentState;

    public Elevator() {
        openState = new OpenState(this);
        closeState = new CloseState(this);
        runState = new RunState(this);
        stopState = new StopState(this);
        currentState = closeState;
    }

    public ElevatorState getOpenState() {
        return openState;
    }

    public ElevatorState getCloseState() {
        return closeState;
    }

    public ElevatorState getRunState() {
        return runState;
    }

    public ElevatorState getStopState() {
        return stopState;
    }

    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();
    }
}

// 客户端代码
public class StatePatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        Elevator elevator = new Elevator();

        elevator.open();
        elevator.close();
        elevator.run();
        elevator.stop();
        elevator.open();
    }
}

代码解释

抽象状态 ElevatorState：定义了电梯的四个操作方法 open()、close()、run() 和 stop()，具体状态类需要实现这些方法。
具体状态类（OpenState、CloseState、RunState、StopState）：实现了 ElevatorState 接口，每个类都封装了电梯在相应状态下的行为逻辑，并且在合适的操作后会改变电梯的状态。
上下文 Elevator：维护了四个具体状态对象的引用，以及当前的状态 currentState。通过 setState() 方法可以切换状态，并且将电梯的操作委托给当前状态对象来处理。
客户端代码：创建了电梯对象，并依次调用电梯的开门、关门、运行、停止和开门操作，观察电梯在不同状态下的行为。

优点

可维护性和可扩展性：将不同状态的行为封装在各自的具体状态类中，使得代码结构清晰，易于维护。当需要添加新的状态时，只需要创建新的具体状态类，符合开闭原则。
消除条件判断：避免了使用大量的 if - else 或 switch - case 语句来处理不同状态的情况，使代码更加简洁和可读。
状态转换清晰：状态模式明确了状态之间的转换关系，每个状态类只负责自己状态下的行为和状态转换逻辑，使状态转换更加清晰和易于理解。