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spring狀態(tài)機(jī)模式使用小結(jié)

 更新時(shí)間:2024年10月11日 11:53:14   作者:京東云開發(fā)者  
說起Spring狀態(tài)機(jī),大家很容易聯(lián)想到這個(gè)狀態(tài)機(jī)和設(shè)計(jì)模式中狀態(tài)模式的區(qū)別是啥呢?沒錯(cuò),Spring狀態(tài)機(jī)就是狀態(tài)模式的一種實(shí)現(xiàn),在介紹Spring狀態(tài)機(jī)之前,讓我們來看看設(shè)計(jì)模式中的狀態(tài)模式,需要的朋友可以參考下

1. 狀態(tài)模式

狀態(tài)模式的定義如下:

狀態(tài)模式(State Pattern)是一種行為型設(shè)計(jì)模式,它允許對(duì)象在內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)改變其行為。在狀態(tài)模式中,一個(gè)對(duì)象的行為取決于其當(dāng)前狀態(tài),而且可以隨時(shí)改變這個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)模式將對(duì)象的狀態(tài)封裝在不同的狀態(tài)類中,從而使代碼更加清晰和易于維護(hù)。當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)改變時(shí),狀態(tài)模式會(huì)自動(dòng)更新該對(duì)象的行為,而不需要在代碼中手動(dòng)進(jìn)行判斷和處理。

通常業(yè)務(wù)系統(tǒng)中會(huì)存在一些擁有狀態(tài)的對(duì)象,而且這些狀態(tài)之間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并且在不同的狀態(tài)下會(huì)表現(xiàn)出不同的行為或者不同的功能,比如交通燈控制系統(tǒng)中會(huì)存在紅燈、綠燈和黃燈,再比如訂單系統(tǒng)中的訂單會(huì)存在已下單、待支付、待發(fā)貨、待收貨等狀態(tài),這些狀態(tài)會(huì)通過不同的行為進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換,這時(shí)候在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就可以使用狀態(tài)模式。

下面是狀態(tài)模式類圖:

可以看到狀態(tài)模式主要包含三種類型的角色:

1、上下文( Context )角色:封裝了狀態(tài)的實(shí)例,負(fù)責(zé)維護(hù)狀態(tài)實(shí)例,并將請(qǐng)求委托給當(dāng)前的狀態(tài)對(duì)象。

2、抽象狀態(tài)( State )角色:定義了表示不同狀態(tài)的接口,并封裝了該狀態(tài)下的行為。所有具體狀態(tài)都實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。

3、具體狀態(tài)( Concrete State )角色:具體實(shí)現(xiàn)了抽象狀態(tài)角色的接口,并封裝了該狀態(tài)下的行為。

下面是使用狀態(tài)模式實(shí)現(xiàn)紅綠燈狀態(tài)變更的一個(gè)簡(jiǎn)單案例:

抽象狀態(tài)類:

/**
 * @description: 抽象狀態(tài)類
 */
public abstract class MyState {
    abstract void handler();
}

具體狀態(tài)類A

/**
 * @description: 具體狀態(tài)A
 */
public class RedLightState extends MyState{

    @Override
    void handler() {
        System.out.println("紅燈停");
    }
}

具體狀態(tài)類B

/**
 * @description: 具體狀態(tài)B
 */
public class GreenLightState extends MyState{

    @Override
    void handler() {
        System.out.println("綠燈行");
    }
}

環(huán)境類:維護(hù)當(dāng)前狀態(tài)對(duì)象,并提供了切換狀態(tài)的方法。

/**
 * @description: 環(huán)境類
 */
public class MyContext {

    private MyState state;

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

    public void handler() {
        state.handler();
    }
}

測(cè)試類

/**
 * @description: 測(cè)試狀態(tài)模式
 */
public class TestStateModel {
    public static void main(String[] args) {
        MyContext myContext = new MyContext();

        RedLightState redLightState = new RedLightState();
        GreenLightState greenLightState = new GreenLightState();

        myContext.setState(redLightState);
        myContext.handler(); //紅燈停

        myContext.setState(greenLightState);
        myContext.handler(); //綠燈行
    }
}

下面是對(duì)應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果

可以發(fā)現(xiàn),使用狀態(tài)模式中的狀態(tài)類在一定程度上也消除了if-else邏輯校驗(yàn),看到這里, 有些人可能會(huì)有疑問:狀態(tài)模式和策略模式的區(qū)別是什么呢?

狀態(tài)模式更關(guān)注對(duì)象在不同狀態(tài)的行為和狀態(tài)之間的流轉(zhuǎn),而策略模式更關(guān)注對(duì)象不同策略的選擇。

上面我們介紹了設(shè)計(jì)模式中的狀態(tài)模式,接下來我們來看看Spring狀態(tài)機(jī)。

2. Spring狀態(tài)機(jī)

狀態(tài)機(jī),也就是 State Machine ,不是指一臺(tái)實(shí)際機(jī)器,而是指一個(gè)數(shù)學(xué)模型。說白了,就是指一張狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。狀態(tài)機(jī)是狀態(tài)模式的一種應(yīng)用,相當(dāng)于上下文角色的一個(gè)升級(jí)版。在工作流或游戲等各種系統(tǒng)中有大量使用,如各種工作流引擎,它幾乎是狀態(tài)機(jī)的子集和實(shí)現(xiàn),封裝狀態(tài)的變化規(guī)則。Spring也提供了一個(gè)很好的解決方案。Spring中的組件名稱就叫作狀態(tài)機(jī)(StateMachine)。狀態(tài)機(jī)幫助開發(fā)者簡(jiǎn)化狀態(tài)控制的開發(fā)過程,讓狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)更加層次化。

通過定義,我們很容易分析得到狀態(tài)機(jī)應(yīng)當(dāng)具備一下幾個(gè)要素:

1.當(dāng)前狀態(tài):也就是狀態(tài)流轉(zhuǎn)的起始狀態(tài)。

2.觸發(fā)事件: 引起狀態(tài)之間流轉(zhuǎn)的一些列動(dòng)作。

3.響應(yīng)函數(shù): 觸發(fā)事件到下一個(gè)狀態(tài)之間的規(guī)則。

4.目標(biāo)狀態(tài):狀態(tài)流轉(zhuǎn)的目標(biāo)狀態(tài)。

對(duì)于組件化的狀態(tài)機(jī),當(dāng)前使用較多的主要是兩種:一種是Spring 狀態(tài)機(jī),一種是COLA狀態(tài)機(jī),這兩種狀態(tài)機(jī)的對(duì)比如下表所示:

Spring 狀態(tài)機(jī)COLA 狀態(tài)機(jī)
API 調(diào)用使用 Reactive 的 Mono、Flux 方式進(jìn)行 API 調(diào)用同步的 API 調(diào)用,如果有需要也可以將方法通過 消息隊(duì)列、定時(shí)任務(wù)、多線程等方式進(jìn)行異步調(diào)用
代碼量core 包 284 個(gè)接口和類36 個(gè)接口和類
生態(tài)非常豐富較為貧瘠
定制化難度困難簡(jiǎn)單

可以看到,Spring狀態(tài)機(jī)鎖提供的內(nèi)容較為豐富,當(dāng)然對(duì)于自定義的支持就不如COLA狀態(tài)機(jī)好,如果對(duì)自定義的需求比較高,那建議使用COLA狀態(tài)機(jī)。

本文以Spring狀態(tài)機(jī)為例,展示如何在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中使用狀態(tài)機(jī)。

為了便于大家了解Spring狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)原理和使用方式以及其提供的功能,下面列出了官方文檔和源碼,感興趣的同學(xué)可以閱讀閱讀。

官方文檔: https://docs.spring.io/spring-statemachine/docs/4.0.0/reference/index.html#statemachine-config-states

源代碼: https://github.com/spring-projects/spring-statemachine

3. Spring狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)訂單狀態(tài)流轉(zhuǎn)

對(duì)于狀態(tài)模式,Spring封裝好了一個(gè)組件,就叫狀態(tài)機(jī)(StateMachine)。Spring狀態(tài)機(jī)可以幫助我們開發(fā)者簡(jiǎn)化狀態(tài)控制的開發(fā)過程,讓狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)更加層次化。下面用Spring狀態(tài)機(jī)模擬一個(gè)訂單狀態(tài)流轉(zhuǎn)的過程。

3.1 環(huán)境準(zhǔn)備

首先,如果要使用spring狀態(tài)機(jī),需要引入對(duì)應(yīng)的jar包,這里我的springboot版本是:2.2.1.RELEASE

<dependency>
    <groupId>org.springframework.statemachine</groupId>
    <artifactId>spring-statemachine-core</artifactId>
    <version>${springboot.version}</version>
</dependency>

下面是簡(jiǎn)化的訂單的定義,以及訂單狀態(tài)和訂單轉(zhuǎn)換行為的枚舉

/**
 * @description: 模擬訂單類
 */
@Data
public class Order {
    private Long orderId;
    private OrderStatusEnum orderStatus;
}

/**
 * @description: 訂單狀態(tài)
 */
public enum OrderStatusEnum {
    // 待支付
    WAIT_PAYMENT,
    // 待發(fā)貨
    WAIT_DELIVER,
    // 待收貨
    WAIT_RECEIVE,
    // 完成
    FINISH;
}

/**
 * @description:訂單狀態(tài)轉(zhuǎn)換行為
 */
public enum OrderStatusChangeEventEnum {
    //支付
    PAYED,
    //發(fā)貨
    DELIVERY,
    //收貨
    RECEIVED;
}

3.2 構(gòu)造訂單狀態(tài)機(jī)

在引入jar包之后,需要構(gòu)建一個(gè)針對(duì)訂單狀態(tài)流轉(zhuǎn)的狀態(tài)機(jī)

訂單狀態(tài)機(jī)配置類如下:

/**
 * @description: 訂單狀態(tài)機(jī)
 */
@Configuration
@EnableStateMachine
public class OrderStatusMachineConfig extends StateMachineConfigurerAdapter<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> {

    /**
     * 配置狀態(tài)
     */
    @Override
    public void configure(StateMachineStateConfigurer<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> states) throws Exception {
        states.withStates()
                .initial(OrderStatusEnum.WAIT_PAYMENT)
                .end(OrderStatusEnum.FINISH)
                .states(EnumSet.allOf(OrderStatusEnum.class));
    }

    /**
     * 配置狀態(tài)轉(zhuǎn)換事件關(guān)系
     */
    @Override
    public void configure(StateMachineTransitionConfigurer<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> transitions) throws Exception {
        transitions.withExternal().source(OrderStatusEnum.WAIT_PAYMENT).target(OrderStatusEnum.WAIT_DELIVER)
                .event(OrderStatusChangeEventEnum.PAYED)
                .and()
                .withExternal().source(OrderStatusEnum.WAIT_DELIVER).target(OrderStatusEnum.WAIT_RECEIVE)
                .event(OrderStatusChangeEventEnum.DELIVERY)
                .and()
                .withExternal().source(OrderStatusEnum.WAIT_RECEIVE).target(OrderStatusEnum.FINISH)
                .event(OrderStatusChangeEventEnum.RECEIVED);
    }
}

3.3 編寫狀態(tài)機(jī)監(jiān)聽器

監(jiān)聽狀態(tài)變更事件,完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

/**
 * @description: 狀態(tài)監(jiān)聽
 */
@Component
@WithStateMachine
@Transactional
public class OrderStatusListener {
    @OnTransition(source = "WAIT_PAYMENT", target = "WAIT_DELIVER")
    public boolean payTransition(Message message) {
        Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");
        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.WAIT_DELIVER);
        System.out.println("支付,狀態(tài)機(jī)反饋信息:" + message.getHeaders().toString());
        return true;
    }

    @OnTransition(source = "WAIT_DELIVER", target = "WAIT_RECEIVE")
    public boolean deliverTransition(Message message) {
        Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");
        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.WAIT_RECEIVE);
        System.out.println("發(fā)貨,狀態(tài)機(jī)反饋信息:" + message.getHeaders().toString());
        return true;
    }

    @OnTransition(source = "WAIT_RECEIVE", target = "FINISH")
    public boolean receiveTransition(Message message) {
        Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");
        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.FINISH);
        System.out.println("收貨,狀態(tài)機(jī)反饋信息:" + message.getHeaders().toString());
        return true;
    }

}

3.4 編寫訂單服務(wù)類

模擬對(duì)訂單的一些業(yè)務(wù)操作

/**
 * @description: 訂單服務(wù)
 */
@Service
public class OrderServiceImpl implements OrderService {

    @Resource
    private StateMachine<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> orderStateMachine;

    private long id = 1L;

    private Map<Long, Order> orders = Maps.newConcurrentMap();

    @Override
    public Order create() {
        Order order = new Order();
        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.WAIT_PAYMENT);
        order.setOrderId(id++);
        orders.put(order.getOrderId(), order);
        System.out.println("訂單創(chuàng)建成功:" + order.toString());
        return order;
    }

    @Override
    public Order pay(long id) {
        Order order = orders.get(id);
        System.out.println("嘗試支付,訂單號(hào):" + id);
        Message message = MessageBuilder.withPayload(OrderStatusChangeEventEnum.PAYED).
                setHeader("order", order).build();
        if (!sendEvent(message)) {
            System.out.println(" 支付失敗, 狀態(tài)異常,訂單號(hào):" + id);
        }
        return orders.get(id);
    }

    @Override
    public Order deliver(long id) {
        Order order = orders.get(id);
        System.out.println(" 嘗試發(fā)貨,訂單號(hào):" + id);
        if (!sendEvent(MessageBuilder.withPayload(OrderStatusChangeEventEnum.DELIVERY)
                .setHeader("order", order).build())) {
            System.out.println(" 發(fā)貨失敗,狀態(tài)異常,訂單號(hào):" + id);
        }
        return orders.get(id);
    }

    @Override
    public Order receive(long id) {
        Order order = orders.get(id);
        System.out.println(" 嘗試收貨,訂單號(hào):" + id);
        if (!sendEvent(MessageBuilder.withPayload(OrderStatusChangeEventEnum.RECEIVED)
                .setHeader("order", order).build())) {
            System.out.println(" 收貨失敗,狀態(tài)異常,訂單號(hào):" + id);
        }
        return orders.get(id);
    }


    @Override
    public Map<Long, Order> getOrders() {
        return orders;
    }

    /**
     * 發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)換事件
     * @param message
     * @return
     */
    private synchronized boolean sendEvent(Message<OrderStatusChangeEventEnum> message) {
        boolean result = false;
        try {
            orderStateMachine.start();
            result = orderStateMachine.sendEvent(message);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (Objects.nonNull(message)) {
                Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");
                if (Objects.nonNull(order) && Objects.equals(order.getOrderStatus(), OrderStatusEnum.FINISH)) {
                    orderStateMachine.stop();
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

3.5 測(cè)試入口

這里編寫一個(gè)controller模擬c端用戶請(qǐng)求,為了便于展示,這里使用一個(gè)測(cè)試方法完成所有的操作

@RestController
public class OrderController {

    @Resource
    private OrderService orderService;

    @RequestMapping("/testOrderStatusChange")
    public String testOrderStatusChange(){
        orderService.create();
        orderService.create();
        orderService.pay(1L);
        orderService.deliver(1L);
        orderService.receive(1L);
        orderService.pay(2L);
        orderService.deliver(2L);
        orderService.receive(2L);
        System.out.println("全部訂單狀態(tài):" + orderService.getOrders());
        return "success";
    }

}

下面是對(duì)應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果

可以看到spring狀態(tài)機(jī)很好的控制了訂單在各個(gè)狀態(tài)之間的流轉(zhuǎn)。

4. 思考與總結(jié)

思考:針對(duì)狀態(tài)機(jī)的特點(diǎn),還有其他思路實(shí)現(xiàn)一個(gè)狀態(tài)機(jī)嗎?下面是一些常規(guī)思路,如果還有其他方法歡迎在評(píng)論區(qū)留言。

1. 消息隊(duì)列方式

訂單狀態(tài)的流轉(zhuǎn)可以通過MQ發(fā)布一個(gè)事件,消費(fèi)者根據(jù)業(yè)務(wù)條件把訂單狀態(tài)進(jìn)行流轉(zhuǎn),可以根據(jù)不同的事件發(fā)送到不同的Topic。

2. 定時(shí)任務(wù)驅(qū)動(dòng)

每隔一段時(shí)間啟動(dòng)一下job,根據(jù)特定的狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫(kù)中拿對(duì)應(yīng)的訂單記錄,然后判斷訂單是否有條件到達(dá)下一個(gè)狀態(tài)。

3. 規(guī)則引擎方式

業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)可以在規(guī)則引擎里編寫一系列的狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換規(guī)則,由規(guī)則引擎根據(jù)已經(jīng)加載的規(guī)則對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,根據(jù)解析的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作,完成狀態(tài)流轉(zhuǎn)。

總結(jié):

本文主要介紹了設(shè)計(jì)模式中的狀態(tài)模式,并在此基礎(chǔ)上介紹了Spring狀態(tài)機(jī)相關(guān)的概念,并根據(jù)常見的訂單流轉(zhuǎn)場(chǎng)景,介紹了Spring狀態(tài)機(jī)的使用方式。文中如有不當(dāng)之處,歡迎在評(píng)論區(qū)批評(píng)指正。

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