状态机设计模式
好的 👍，我们来系统且详细地介绍状态机设计模式（State Pattern，状态模式），并结合 Kotlin 示例讲解。
一、状态机设计模式的核心思想
1. 定义
**状态模式（State Pattern）**是一种行为型设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。
换句话说：状态模式将对象的行为封装到不同的状态类中，使得对象在不同状态下表现出不同的行为，而不是通过冗长的 if-else 或 when 来硬编码状态切换。
2. 适用场景
- 对象有多种状态，并且在不同状态下表现不同行为。
- 状态转换逻辑复杂，代码中出现了大量 if-else 或 switch/when 分支。
- 希望 状态切换和行为解耦，避免在主逻辑类中堆积过多状态逻辑。
- 希望新增状态时不修改原有代码，只需扩展新的状态类（符合开闭原则）。
常见应用：
- 播放器（播放、暂停、停止）
- 订单流程（待支付、已支付、发货中、完成）
- 工作流引擎（草稿、审核中、已发布）
- 网络连接（连接中、已连接、断开）
3. 优点
- 清晰可维护：避免状态相关的大量条件分支。
- 扩展性好：新增状态只需增加一个类。
- 职责单一：每个状态类只关心自己的行为和状态转换。
4. 缺点
- 类数量增加：每个状态对应一个类，状态过多时会膨胀。
- 状态类间耦合：某些状态需要了解其他状态类的存在。
二、状态模式的结构
UML 类图
┌───────────────┐
│ Context │
│ (环境类) │
│ - state:State │
│ + request() │
└───────▲───────┘
│
┌───────┴────────┐
│ │
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ State │ │ ConcreteState│
│ (抽象状态) │ │ (具体状态) │
│ + handle() │ │ + handle() │
└─────────────┘ └─────────────┘
- Context（环境类）：持有当前状态对象，外部调用入口。
- State（抽象状态）：定义状态接口。
- ConcreteState（具体状态）：实现不同状态下的行为逻辑。
三、Kotlin 示例
我们以 音乐播放器（播放、暂停、停止） 为例。
1. 定义状态接口
// 状态接口
interface PlayerState {
fun play(context: MusicPlayer)
fun pause(context: MusicPlayer)
fun stop(context: MusicPlayer)
}
2. 具体状态类
// 播放状态
class PlayingState : PlayerState {
override fun play(context: MusicPlayer) {
println("已经在播放，无需重复播放")
}
override fun pause(context: MusicPlayer) {
println("暂停播放")
context.changeState(PausedState())
}
override fun stop(context: MusicPlayer) {
println("停止播放")
context.changeState(StoppedState())
}
}
// 暂停状态
class PausedState : PlayerState {
override fun play(context: MusicPlayer) {
println("继续播放")
context.changeState(PlayingState())
}
override fun pause(context: MusicPlayer) {
println("已经暂停")
}
override fun stop(context: MusicPlayer) {
println("从暂停状态停止播放")
context.changeState(StoppedState())
}
}
// 停止状态
class StoppedState : PlayerState {
override fun play(context: MusicPlayer) {
println("开始播放")
context.changeState(PlayingState())
}
override fun pause(context: MusicPlayer) {
println("无法暂停，当前已停止")
}
override fun stop(context: MusicPlayer) {
println("已经停止")
}
}
3. 环境类（Context）
class MusicPlayer {
private var state: PlayerState = StoppedState() // 初始为停止状态
fun changeState(newState: PlayerState) {
state = newState
}
fun play() = state.play(this)
fun pause() = state.pause(this)
fun stop() = state.stop(this)
}
4. 使用示例
fun main() {
val player = MusicPlayer()
player.play() // 开始播放
player.pause() // 暂停播放
player.play() // 继续播放
player.stop() // 停止播放
player.pause() // 无法暂停，当前已停止
}
四、Kotlin 中的改进写法
由于 Kotlin 支持 sealed class / sealed interface，我们可以让状态定义更简洁，避免过多类文件。
使用
sealed class
重写
sealed class PlayerState {
abstract fun play(context: MusicPlayer)
abstract fun pause(context: MusicPlayer)
abstract fun stop(context: MusicPlayer)
object Playing : PlayerState() {
override fun play(context: MusicPlayer) = println("已经在播放")
override fun pause(context: MusicPlayer) {
println("暂停播放")
context.changeState(Paused)
}
override fun stop(context: MusicPlayer) {
println("停止播放")
context.changeState(Stopped)
}
}
object Paused : PlayerState() {
override fun play(context: MusicPlayer) {
println("继续播放")
context.changeState(Playing)
}
override fun pause(context: MusicPlayer) = println("已经暂停")
override fun stop(context: MusicPlayer) {
println("从暂停状态停止播放")
context.changeState(Stopped)
}
}
object Stopped : PlayerState() {
override fun play(context: MusicPlayer) {
println("开始播放")
context.changeState(Playing)
}
override fun pause(context: MusicPlayer) = println("无法暂停，当前已停止")
override fun stop(context: MusicPlayer) = println("已经停止")
}
}
class MusicPlayer {
private var state: PlayerState = PlayerState.Stopped
fun changeState(newState: PlayerState) {
state = newState
}
fun play() = state.play(this)
fun pause() = state.pause(this)
fun stop() = state.stop(this)
}
这种写法优点：
- 所有状态集中管理，避免类文件过多。
- 编译器检查：sealed class 让状态扩展受限，避免遗漏。
五、对比 if-else 的优势
如果用传统写法：
class MusicPlayer {
private var state = "stopped"
fun play() {
when (state) {
"playing" -> println("已经在播放")
"paused" -> {
println("继续播放")
state = "playing"
}
"stopped" -> {
println("开始播放")
state = "playing"
}
}
}
// 省略 pause, stop...
}
缺点：
- 状态逻辑分散在 when/if 中，维护困难。
- 新增状态需要修改多个地方。
- 容易遗漏状态分支。
六、总结
- 状态模式定义：通过将状态封装为类，使对象在不同状态下行为不同，避免复杂条件分支。
- 核心角色：Context（环境类）、State（抽象状态）、ConcreteState（具体状态）。
- Kotlin 实现方式：
- 传统接口 + 多个状态类。
- sealed class 集中式实现。
- 适用场景：流程控制、播放器、订单、工作流等。
- 优点：简化逻辑、可扩展性强、职责清晰。