Java實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的推薦方案分享
一、背景
平時(shí)工作開發(fā)過(guò)程中,難免會(huì)用到狀態(tài)機(jī)(狀態(tài)的流轉(zhuǎn))。
如獎(jiǎng)學(xué)金審批流程、請(qǐng)假審批流程、競(jìng)標(biāo)流程等,都需要根據(jù)不同行為轉(zhuǎn)到不同的狀態(tài)。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬狀態(tài)機(jī):
有些同學(xué)會(huì)選擇將狀態(tài)定義為常量,使用 if else 來(lái)流轉(zhuǎn)狀態(tài),不太優(yōu)雅。
有些同學(xué)會(huì)考慮將狀態(tài)定義為枚舉。
但是定義為枚舉之后,大多數(shù)同學(xué)會(huì)選擇使用 switch 來(lái)流轉(zhuǎn)狀態(tài):
import lombok.Getter; public enum State { STATE_A("A"), STATE_B("B"), STATE_C("C"), STATE_D("D"); @Getter private final String value; State(String value) { this.value = value; } public static State getByValue(String value) { for (State state : State.values()) { if (state.getValue().equals(value)) { return state; } } return null; } /** * 批準(zhǔn)后的狀態(tài) */ public static State getApprovedState(State currentState) { switch (currentState) { case STATE_A: return STATE_B; case STATE_B: return STATE_C; case STATE_C: return STATE_D; case STATE_D: default: throw new IllegalStateException("當(dāng)前已終態(tài)"); } } /** * 拒絕后的狀態(tài) */ public static State getRejectedState(State currentState) { switch (currentState) { case STATE_A: throw new IllegalStateException("當(dāng)前狀態(tài)不支持拒絕"); case STATE_B: case STATE_C: case STATE_D: default: return STATE_A; } } }
上面這種寫法有幾個(gè)弊端:
(1) getByValue 每次獲取枚舉值都要循環(huán)一次當(dāng)前枚舉的所有常量,時(shí)間復(fù)雜度是
O(N),雖然耗時(shí)非常小,但總有些別扭,作為有追求的程序員,應(yīng)該盡量想辦法優(yōu)化掉。
(2) 總感覺(jué)使用 switch-case 實(shí)現(xiàn)狀態(tài)流轉(zhuǎn),更多的是面向過(guò)程的產(chǎn)物。雖然可以實(shí)現(xiàn)功能,但沒(méi)那么“面向?qū)ο蟆保热?State 枚舉就是用來(lái)表示狀態(tài),如果同意和拒絕可以通過(guò) State 對(duì)象的方法獲取就會(huì)更直觀一些。
二、推薦方式
2.1 自定義的枚舉
通常狀態(tài)流轉(zhuǎn)有兩種方向,一種是贊同,一種是拒絕,分別流向不同的狀態(tài)。
由于本文討論的是有限狀態(tài),我們可以將狀態(tài)定義為枚舉比較契合,除非初態(tài)和終態(tài),否則贊同和拒絕都會(huì)返回一個(gè)狀態(tài)。
下面只是一個(gè)DEMO, 實(shí)際編碼時(shí)可以自由發(fā)揮。
該 Demo 的好處是:
1 使用 CACHE緩存,避免每次通過(guò) value 獲取 State都循環(huán) State 枚舉數(shù)組
2 定義【同意】和【拒絕】抽象方法,每個(gè) State 通過(guò)實(shí)現(xiàn)該方法來(lái)流轉(zhuǎn)狀態(tài)。
3 狀態(tài)的定義和轉(zhuǎn)換都收攏在一個(gè)枚舉中,更容易維護(hù)
雖然代碼看似更多一些,但是更“面向?qū)ο蟆币恍?/p>
package basic; import lombok.Getter; import java.util.Arrays; import java.util.Map; import java.util.function.Function; import java.util.stream.Collectors; public enum State { /** * 定義狀態(tài),并實(shí)現(xiàn)同意和拒絕的流轉(zhuǎn) */ STATE_A("A") { @Override State getApprovedState() { return STATE_B; } @Override State getRejectedState() { throw new IllegalStateException("STATE_A 不支持拒絕"); } }, STATE_B("B") { @Override State getApprovedState() { return STATE_C; } @Override State getRejectedState() { return STATE_A; } }, STATE_C("C") { @Override State getApprovedState() { return STATE_D; } @Override State getRejectedState() { return STATE_A; } }, STATE_D("D") { @Override State getApprovedState() { throw new IllegalStateException("當(dāng)前已終態(tài)"); } @Override State getRejectedState() { return STATE_A; } }; @Getter private final String value; State(String value) { this.value = value; } private static final Map<String, State> CACHE; static { CACHE = Arrays.stream(State.values()).collect(Collectors.toMap(State::getValue, Function.identity())); } public static State getByValue(String value) { return CACHE.get(value); } /** * 批準(zhǔn)后的狀態(tài) */ abstract State getApprovedState(); /** * 拒絕后的狀態(tài) */ abstract State getRejectedState(); }
測(cè)試代碼
package basic; import static basic.State.STATE_B; public class StateDemo { public static void main(String[] args) { State state = State.STATE_A; // 一直贊同 State approvedState; do { approvedState = state.getApprovedState(); System.out.println(state + "-> approved:" + approvedState); state = approvedState; } while (state != State.STATE_D); // 獲取某個(gè)狀態(tài)的贊同和拒絕后的狀態(tài) System.out.println("STATE_B approved ->" + STATE_B.getApprovedState()); System.out.println("STATE_C reject ->" + State.getByValue("C").getRejectedState()); System.out.println("STATE_D reject ->" + State.getByValue("D").getRejectedState()); } }
輸出結(jié)果:
STATE_A-> approved:STATE_B
STATE_B-> approved:STATE_C
STATE_C-> approved:STATE_D
-----
STATE_B approved ->STATE_C
STATE_C reject ->STATE_A
STATE_D reject ->STATE_A
本質(zhì)上通過(guò)不同的方法調(diào)用實(shí)現(xiàn)自身的流轉(zhuǎn),而且贊同和拒絕定義為抽象類,可以“強(qiáng)迫”讓狀態(tài)的定義方明確自己的狀態(tài)流轉(zhuǎn)。
整體邏輯比較內(nèi)聚,狀態(tài)的定義和流轉(zhuǎn)都在 State 類中完成。
2.2 外部枚舉
假如該枚舉是外部提供,只提供枚舉常量的定義,不提供狀態(tài)流轉(zhuǎn),怎么辦?
我們依然可以采用 switch 的方式實(shí)現(xiàn)狀態(tài)流轉(zhuǎn):
import static basic.State.*; public class StateUtils { /** * 批準(zhǔn)后的狀態(tài) */ public static State getApprovedState(State currentState) { switch (currentState) { case STATE_A: return STATE_B; case STATE_B: return STATE_C; case STATE_C: return STATE_D; case STATE_D: default: throw new IllegalStateException("當(dāng)前已經(jīng)是終態(tài)"); } } /** * 拒絕后的狀態(tài) */ public static State getRejectedState(State currentState) { switch (currentState) { case STATE_A: throw new IllegalStateException("當(dāng)前狀態(tài)不支持拒絕"); case STATE_B: case STATE_C: case STATE_D: default: return STATE_A; } } }
還有更通用、更容易理解的編程方式呢(不用 switch)?
狀態(tài)機(jī)的每次轉(zhuǎn)換是一個(gè) State 到另外一個(gè) State 的映射,每個(gè)狀態(tài)都應(yīng)該維護(hù)贊同和拒絕后的下一個(gè)狀態(tài)。
因此,我們很容易會(huì)聯(lián)想到使用【鏈表】來(lái)存儲(chǔ)這種關(guān)系 。
由于這里是外部枚舉,無(wú)法將狀態(tài)流轉(zhuǎn)在枚舉內(nèi)部完成(定義),就意味著我們還需要自定義狀態(tài)節(jié)點(diǎn)來(lái)表示流轉(zhuǎn),如:
import lombok.Data; @Data public class StateNode<T> { private T state; private StateNode<T> approveNode; private StateNode<T> rejectNode; }
這樣構(gòu)造好鏈表以后,還需在工具類中要構(gòu)造 State 到 StateNode 的映射(因?yàn)閷?duì)于外部來(lái)說(shuō),只應(yīng)該感知 State 類,不應(yīng)該再去理解 StateNode ) , 提供贊同和拒絕方法,內(nèi)部通過(guò)拿到贊同和拒絕對(duì)應(yīng)的 StateNode 之后拿到對(duì)應(yīng)的 State 返回即可。
偽代碼如下:
public class StateUtils{ // 構(gòu)造 StateNode 鏈表,和構(gòu)造 cache Map 略 private Map<State, StateNode<State>> cache ; public State getApproveState(State current){ StateNode<State> node = cache.get(current); return node == null? null: return node.getApproveNode().getState(); } public State getRejectState(State current){ StateNode<State> node = cache.get(current); return node == null? null: return node.getRejectNode().getState(); } }
整體比較曲折,不如直接將贊同和拒絕定義在 State 枚舉內(nèi)更直觀。
下面給出一種 “狀態(tài)鏈模式” 的解決方案。
贊同和拒絕底層分別使用兩個(gè) Map 存儲(chǔ)。
為了更好地表達(dá)每次狀態(tài)的方向(即 Map 中的 key 和 value),每一個(gè)映射定義為 from 和 to 。
為了避免只有 from 沒(méi)有 to ,定義一個(gè)中間類型 SemiData,只有調(diào)用 to 之后才可以繼續(xù)鏈?zhǔn)骄幊滔氯ィ罱K構(gòu)造出狀態(tài)鏈。
以下結(jié)合 Map 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),結(jié)合升級(jí)版的 Builder 設(shè)計(jì)模式,實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)骄幊?/u>:
package basic; import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class StateChain<T> { private final Map<T, T> chain; private StateChain(Map<T, T> chain) { this.chain = chain; } public T getNextState(T t) { return chain.get(t); } public static <V> Builder<V> builder() { return new Builder<V>(); } static class Builder<T> { private final Map<T, T> data = new HashMap<>(); public SemiData<T> from(T state) { return new SemiData<>(this, state); } public StateChain<T> build() { return new StateChain<T>(data); } public static class SemiData<T> { private final T key; private final Builder<T> parent; private SemiData(Builder<T> builder, T key) { this.parent = builder; this.key = key; } public Builder<T> to(T value) { parent.data.put(key, value); return parent; } } } }
使用案例:
package basic; import static basic.State.*; public class StateUtils { private static final StateChain<State> APPROVE; private static final StateChain<State> REJECT; static { APPROVE = StateChain.<State>builder().from(STATE_A).to(STATE_B).from(STATE_B).to(STATE_C).from(STATE_C).to(STATE_D).build(); REJECT = StateChain.<State>builder().from(STATE_B).to(STATE_A).from(STATE_C).to(STATE_A).from(STATE_D).to(STATE_A).build(); } /** * 批準(zhǔn)后的狀態(tài) */ public static State getApprovedState(State currentState) { State next = APPROVE.getNextState(currentState); if(next == null){ throw new IllegalStateException("當(dāng)前已經(jīng)終態(tài)"); } return next; } /** * 拒絕后的狀態(tài) */ public static State getRejectedState(State currentState) { State next = REJECT.getNextState(currentState); if(next == null){ throw new IllegalStateException("當(dāng)前狀態(tài)不支持駁回"); } return next; } }
測(cè)試方法
import static basic.State.STATE_B; public class StateDemo { public static void main(String[] args) { State state = State.STATE_A; // 一直贊同 State approvedState; do { approvedState = StateUtils.getApprovedState(state); System.out.println(state + "-> approved:" + approvedState); state = approvedState; } while (state != State.STATE_D); System.out.println("-------"); // 獲取某個(gè)狀態(tài)的贊同和拒絕后的狀態(tài) System.out.println("STATE_B approved ->" + StateUtils.getApprovedState(STATE_B)); System.out.println("STATE_C reject ->" + StateUtils.getRejectedState(State.getByValue("C"))); System.out.println("STATE_D reject ->" + StateUtils.getRejectedState(State.getByValue("D"))); } }
輸出結(jié)果
STATE_A-> approved:STATE_B
STATE_B-> approved:STATE_C
STATE_C-> approved:STATE_D
----
STATE_B approved ->STATE_C
STATE_C reject ->STATE_A
STATE_D reject ->STATE_A
這種方式更加靈活,可定義多條狀態(tài)鏈,實(shí)現(xiàn)每個(gè)鏈的狀態(tài)各自流轉(zhuǎn)。而且性能非常好。
巧妙地將狀態(tài)的轉(zhuǎn)換定義和 Map 的定義合二為一,既能夠表意(from,to 比較明確),又能獲得很好的性能(獲取贊同和拒絕后的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為
通過(guò) key 取 Map 中的 value ),還有不錯(cuò)的編程體驗(yàn)(鏈?zhǔn)骄幊蹋?/p>
以上只是 DEMO,實(shí)際編碼時(shí),可自行優(yōu)化。
可能還有一些開源的包提供狀態(tài)機(jī)的功能,但核心原理大同小異。
三、總結(jié)
本文結(jié)合自己的理解,給出一種推薦的有限狀態(tài)機(jī)的寫法。
給出了自有狀態(tài)枚舉和外部狀態(tài)枚舉的解決方案,希望對(duì)大家有幫助。
通過(guò)本文,大家也可以看出,簡(jiǎn)單的問(wèn)題深入思考,也可以得到不同的解法。
希望大家不要滿足現(xiàn)有方案,可以靈活運(yùn)用所學(xué)來(lái)解決實(shí)踐問(wèn)題。
到此這篇關(guān)于Java實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的推薦方案的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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