状态模式又称状态对象模式，属于行为型模式；状态模式允许一个对象在其内部状态改变的时候改变其行为，这个对象看上去就像是改变了它的类一样。状态模式把所研究的对象的行为包装在不同的状态对象里，每一个状态对象都属于一个抽象状态类的子类，状态模式的意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。

对这种有状态的对象编程，传统的解决方案是：将这些所有可能发生的情况全都考虑到，然后使用 if-else 或 switch-case 语句来做状态判断，再进行不同情况的处理。但是显然这种做法对复杂的状态判断存在天然弊端，条件判断语句会过于臃肿，可读性差，且不具备扩展性，维护难度也大。且增加新的状态时要添加新的 if-else 语句，这违背了“开闭原则”，不利于程序的扩展。

以上问题如果采用状态模式就能很好地得到解决。状态模式把相关“判断逻辑”提取出来，用各个不同的类进行表示，系统处于哪种情况，直接使用相应的状态类对象进行处理，这样能把原来复杂的逻辑判断简单化，消除了 if-else、switch-case 等冗余语句，代码更有层次性，并且具备良好的扩展力。

状态模式的UML类图如下：

如上图所示，状态模式涉及到抽象状态角色、具体状态角色、环境角色三种角色：

• 抽象状态角色：定义一个接口，用以封装环境对象的一个特定的状态所对应的行为
• 具体状态角色：每一个具体状态类都实现了环境的一个状态所对应的行为
• 环境角色：定义客户端所感兴趣的接口，并且保留一个具体状态类的实例，并负责具体状态的切换

java多线程状态转换的例子

我们都知道在java中，多线程有5种状态，分别为新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态和死亡状态。如下图所示：

例子的UML类图如下：

抽象状态角色：

package com.charon.state;

/**
 * @className: ThreadState
 * @description: 抽象状态类
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:20
 */
public abstract class ThreadState {

    /**
     * 线程状态名称
     */
    protected String stateName;

}

具体状态角色：

package com.charon.state;

/**
 * @className: New
 * @description:
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:30
 */
public class New extends ThreadState{

    public New() {
        stateName = "New";
        System.out.println("当前状态处于：新建状态.");
    }

    public void start(ThreadContext context){
        System.out.print("调用start()方法-->");
        if("New".equalsIgnoreCase(stateName)){
            context.setState(new Runnable());
        }else{
            System.out.println("当前状态不是新建状态，不能调用start()方法");
        }
    }
}

package com.charon.state;

/**
 * @className: Runnable
 * @description:
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:34
 */
public class Runnable extends ThreadState {

    public Runnable() {
        stateName = "Runnable";
        System.out.println("当前线程处于：就绪状态.");
    }

    public void getCPU(ThreadContext hj) {
        System.out.print("获得CPU时间-->");
        if (stateName.equals("Runnable")) {
            hj.setState(new Running());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是就绪状态，不能获取CPU.");
        }
    }
}

package com.charon.state;

/**
 * @className: Running
 * @description:
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:34
 */
public class Running extends ThreadState {

    public Running() {
        stateName = "Running";
        System.out.println("当前线程处于：运行状态.");
    }

    public void suspend(ThreadContext hj) {
        System.out.print("调用suspend()方法-->");
        if (stateName.equals("Running")) {
            hj.setState(new Blocked());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用suspend()方法.");
        }
    }

    public void stop(ThreadContext hj) {
        System.out.print("调用stop()方法-->");
        if (stateName.equals("Running")) {
            hj.setState(new Dead());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是运行状态，不能调用stop()方法.");
        }
    }
}

package com.charon.state;

/**
 * @className: Blocked
 * @description:
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:35
 */
public class Blocked extends ThreadState {
    public Blocked() {
        stateName = "Blocked";
        System.out.println("当前线程处于：阻塞状态.");
    }

    public void resume(ThreadContext hj) {
        System.out.print("调用resume()方法-->");
        if (stateName.equals("Blocked")) {
            hj.setState(new Runnable());
        } else {
            System.out.println("当前线程不是阻塞状态，不能调用resume()方法.");
        }
    }
}

package com.charon.state;

/**
 * @className: Dead
 * @description:
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:35
 */
public class Dead extends ThreadState {

    public Dead() {
        stateName = "Dead";
        System.out.println("当前线程处于：死亡状态.");
    }
}

环境角色:

package com.charon.state;

/**
 * @className: ThreadContext
 * @description:
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:32
 */
public class ThreadContext {
    private ThreadState state;

    ThreadContext() {
        state = new New();
    }

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

    public ThreadState getState() {
        return state;
    }

    public void start() {
        ((New) state).start(this);
    }

    public void getCPU() {
        ((Runnable) state).getCPU(this);
    }

    public void suspend() {
        ((Running) state).suspend(this);
    }

    public void stop() {
        ((Running) state).stop(this);
    }

    public void resume() {
        ((Blocked) state).resume(this);
    }
}

客户端测试：

package com.charon.state;

/**
 * @className: Client
 * @description:
 * @author: charon
 * @create: 2022-04-09 21:51
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        ThreadContext context = new ThreadContext();
        context.start();
        context.getCPU();
        context.suspend();
        context.resume();
        context.getCPU();
        context.stop();
    }

}

打印：
    当前状态处于：新建状态.
    调用start()方法-->当前线程处于：就绪状态.
    获得CPU时间-->当前线程处于：运行状态.
    调用suspend()方法-->当前线程处于：阻塞状态.
    调用resume()方法-->当前线程处于：就绪状态.
    获得CPU时间-->当前线程处于：运行状态.
    调用stop()方法-->当前线程处于：死亡状态.

状态模式的主要优点如下：

1. 结构清晰，状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
2. 将状态转换显示化，减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，且减少对象间的相互依赖。
3. 状态类职责明确，有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

状态模式的主要缺点如下：

1. 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
2. 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
3. 状态模式对开闭原则的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需要修改对应类的源码。

状态模式的使用场景

1. 一个对象的行为依赖于它所处的状态，并且对象的行为必须随着其状态的改变而改变
2. 对象在某个方法里依赖于一重或多重的条件转移语句，其中有大量的代码，状态模式把条件转移语句的每一个分支都包装到一个单独的类里，这使得这些条件转移分支能够以类的方式独立存在和演化，维护这些独立的类也就不在影响到系统的其他部分。