作者：京東云開(kāi)發(fā)者-京東科技孫揚(yáng)威

說(shuō)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(méi)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(lái)看看設(shè)計(jì)模式中的狀態(tài)模式。

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(guò)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)模式的類圖：

??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
 */
publicabstractclassMyState{
    abstractvoidhandler();
}

具體狀態(tài)類 A

/**
 * @description: 具體狀態(tài)A
 */
publicclassRedLightStateextendsMyState{

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

具體狀態(tài)類 B

/**
 * @description: 具體狀態(tài)B
 */
publicclassGreenLightStateextendsMyState{

    @Override
    voidhandler(){
        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
 */
publicclassMyContext{

    privateMyState state;

    publicvoidsetState(MyState state){
        this.state = state;
    }

    publicvoidhandler(){
        state.handler();
    }
}

測(cè)試類

/**
 * @description: 測(cè)試狀態(tài)模式
 */
publicclassTestStateModel{
    publicstaticvoidmain(String[] args){
        MyContext myContext =newMyContext();

        RedLightState redLightState =newRedLightState();
        GreenLightState greenLightState =newGreenLightState();

        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(wèn)：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(lái)我們來(lái)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(shuō)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(kāi)發(fā)者簡(jiǎn)化狀態(tài)控制的開(kāi)發(fā)過(guò)程，讓狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)更加層次化。

通過(guò)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(guò) 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。

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(kāi)發(fā)者簡(jiǎn)化狀態(tài)控制的開(kāi)發(fā)過(guò)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(guò)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

    org.springframework.statemachine
    spring-statemachine-core
    ${springboot.version}

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
publicclassOrder{
    privateLong orderId;
    privateOrderStatusEnum orderStatus;
}

/**
 * @description: 訂單狀態(tài)
 */
publicenumOrderStatusEnum{
    // 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
 */
publicenumOrderStatusChangeEventEnum{
    //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
publicclassOrderStatusMachineConfigextendsStateMachineConfigurerAdapter {

    /**
     * 配置狀態(tài)
     */
    @Override
    publicvoidconfigure(StateMachineStateConfigurer states)throwsException{
        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
    publicvoidconfigure(StateMachineTransitionConfigurer transitions)throwsException{
        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(xiě)狀態(tài)機(jī)監(jiān)聽(tīng)器

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

/**
 * @description: 狀態(tài)監(jiān)聽(tīng)
 */
@Component
@WithStateMachine
@Transactional
publicclassOrderStatusListener{
    @OnTransition(source ="WAIT_PAYMENT", target ="WAIT_DELIVER")
    publicbooleanpayTransition(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());
        returntrue;
    }

    @OnTransition(source ="WAIT_DELIVER", target ="WAIT_RECEIVE")
    publicbooleandeliverTransition(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());
        returntrue;
    }

    @OnTransition(source ="WAIT_RECEIVE", target ="FINISH")
    publicbooleanreceiveTransition(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());
        returntrue;
    }

}

3.4 編寫(xiě)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
publicclassOrderServiceImplimplementsOrderService{

    @Resource
    privateStateMachine orderStateMachine;

    privatelong id =1L;

    privateMap orders =Maps.newConcurrentMap();

    @Override
    publicOrdercreate(){
        Order order =newOrder();
        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
    publicOrderpay(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
    publicOrderdeliver(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
    publicOrderreceive(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
    publicMap getOrders(){
        return orders;
    }

    /**
     * 發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)換事件
     * @param message
     * @return
     */
    privatesynchronizedbooleansendEvent(Message 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(xiě)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
publicclassOrderController{

    @Resource
    privateOrderService orderService;

    @RequestMapping("/testOrderStatusChange")
    publicStringtestOrderStatusChange(){
        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(guò) 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(xiě)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(jiàn)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。