作者：京東云開發(fā)者-京東科技孫揚威

說起 Spring 狀態(tài)機，大家很容易聯(lián)想到這個狀態(tài)機和設計模式中狀態(tài)模式的區(qū)別是啥呢？沒錯，Spring 狀態(tài)機就是狀態(tài)模式的一種實現(xiàn)，在介紹 Spring 狀態(tài)機之前，讓我們來看看設計模式中的狀態(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）是一種行為型設計模式，它允許對象在內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化時改變其行為。在狀態(tài)模式中，一個對象的行為取決于其當前狀態(tài)，而且可以隨時改變這個狀態(tài)。狀態(tài)模式將對象的狀態(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。當一個對象的狀態(tài)改變時，狀態(tài)模式會自動更新該對象的行為，而不需要在代碼中手動進行判斷和處理。

通常業(yè)務系統(tǒng)中會存在一些擁有狀態(tài)的對象，而且這些狀態(tài)之間可以進行轉換，并且在不同的狀態(tài)下會表現(xiàn)出不同的行為或者不同的功能，比如交通燈控制系統(tǒng)中會存在紅燈、綠燈和黃燈，再比如訂單系統(tǒng)中的訂單會存在已下單、待支付、待發(fā)貨、待收貨等狀態(tài)，這些狀態(tài)會通過不同的行為進行相互轉換，這時候在系統(tǒng)設計時就可以使用狀態(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)的實例，負責維護狀態(tài)實例，并將請求委托給當前的狀態(tài)對象。

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)都實現(xiàn)這個接口。

3、具體狀態(tài) (Concrete State) 角色：具體實現(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)模式實現(xiàn)紅綠燈狀態(tài)變更的一個簡單案例：

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：維護當前狀態(tài)對象，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();
    }
}

測試類

/**
 * @description: 測試狀態(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
    }
}

下面是對應的執(zhí)行結果

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，看到這里， 有些人可能會有疑問：狀態(tài)模式和策略模式的區(qū)別是什么呢？

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

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

2. Spring 狀態(tài)機

狀態(tài)機，也就是 State Machine ，不是指一臺實際機器，而是指一個數(shù)學模型。說白了，就是指一張狀態(tài)轉換圖。狀態(tài)機是狀態(tài)模式的一種應用，相當于上下文角色的一個升級版。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)機的子集和實現(xiàn)，封裝狀態(tài)的變化規(guī)則。Spring 也提供了一個很好的解決方案。Spring 中的組件名稱就叫作狀態(tài)機（StateMachine）。狀態(tài)機幫助開發(fā)者簡化狀態(tài)控制的開發(fā)過程，讓狀態(tài)機結構更加層次化。

通過定義，我們很容易分析得到狀態(tài)機應當具備一下幾個要素：

1.當前狀態(tài)：也就是狀態(tài)流轉的起始狀態(tài)。

2.觸發(fā)事件：引起狀態(tài)之間流轉的一些列動作。

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

4.目標狀態(tài)：狀態(tài)流轉的目標狀態(tài)。

對于組件化的狀態(tài)機，當前使用較多的主要是兩種：一種是 Spring 狀態(tài)機，一種是 COLA 狀態(tài)機，這兩種狀態(tài)機的對比如下表所示：

	Spring 狀態(tài)機	COLA 狀態(tài)機
API 調(diào)用	使用 Reactive 的 Mono、Flux 方式進行 API 調(diào)用	同步的 API 調(diào)用，如果有需要也可以將方法通過 消息隊列、定時任務、多線程等方式進行異步調(diào)用
代碼量	core 包 284 個接口和類	36 個接口和類
生態(tài)	非常豐富	較為貧瘠
定制化難度	困難	簡單

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

本文以 Spring 狀態(tài)機為例，展示如何在業(yè)務系統(tǒng)中使用狀態(tài)機。 為了便于大家了解 Spring 狀態(tài)機的實現(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，感興趣的同學可以閱讀閱讀。

3. Spring 狀態(tài)機實現(xiàn)訂單狀態(tài)流轉

對于狀態(tài)模式，Spring 封裝好了一個組件，就叫狀態(tài)機（StateMachine）。Spring 狀態(tài)機可以幫助我們開發(fā)者簡化狀態(tài)控制的開發(fā)過程，讓狀態(tài)機結構更加層次化。下面用 Spring 狀態(tài)機模擬一個訂單狀態(tài)流轉的過程。

3.1 環(huán)境準備

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

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

下面是簡化的訂單的定義，以及訂單狀態(tài)和訂單轉換行為的枚舉

/**
 * @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)轉換行為
 */
publicenumOrderStatusChangeEventEnum{
    //支付
    PAYED,
    //發(fā)貨
    DELIVERY,
    //收貨
    RECEIVED;
}

3.2 構造訂單狀態(tài)機

在引入 jar 包之后，需要構建一個針對訂單狀態(tài)流轉的狀態(tài)機 訂單狀態(tài)機配置類如下：

/**
 * @description: 訂單狀態(tài)機
 */
@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)轉換事件關系
     */
    @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 編寫狀態(tài)機監(jiān)聽器

監(jiān)聽狀態(tài)變更事件，完成狀態(tài)轉換。

/**
 * @description: 狀態(tài)監(jiān)聽
 */
@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)機反饋信息："+ message.getHeaders().toString());
        returntrue;
    }

}

3.4 編寫訂單服務類

模擬對訂單的一些業(yè)務操作

/**
 * @description: 訂單服務
 */
@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："+ 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："+ 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："+ 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："+ id);
        }
        return orders.get(id);
    }

    @Override
    publicOrderreceive(long id){
        Order order = orders.get(id);
        System.out.println(" 嘗試收貨，訂單號："+ 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："+ id);
        }
        return orders.get(id);
    }


    @Override
    publicMap getOrders(){
        return orders;
    }

    /**
     * 發(fā)送狀態(tài)轉換事件
     * @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 測試入口

這里編寫一個 controller 模擬 c 端用戶請求，為了便于展示，這里使用一個測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";
    }

}

下面是對應的執(zhí)行結果

??

可以看到 spring 狀態(tài)機很好的控制了訂單在各個狀態(tài)之間的流轉。

4. 思考與總結

思考：針對狀態(tài)機的特點，還有其他思路實現(xiàn)一個狀態(tài)機嗎？下面是一些常規(guī)思路，如果還有其他方法歡迎在評論區(qū)留言。

1. 消息隊列方式 訂單狀態(tài)的流轉可以通過 MQ 發(fā)布一個事件，消費者根據(jù)業(yè)務條件把訂單狀態(tài)進行流轉，可以根據(jù)不同的事件發(fā)送到不同的 Topic。

2. 定時任務驅動 每隔一段時間啟動一下 job，根據(jù)特定的狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫中拿對應的訂單記錄，然后判斷訂單是否有條件到達下一個狀態(tài)。

3. 規(guī)則引擎方式 業(yè)務團隊可以在規(guī)則引擎里編寫一系列的狀態(tài)及其對應的轉換規(guī)則，由規(guī)則引擎根據(jù)已經(jīng)加載的規(guī)則對輸入數(shù)據(jù)進行解析，根據(jù)解析的結果執(zhí)行相應的動作，完成狀態(tài)流轉。

總結： 本文主要介紹了設計模式中的狀態(tài)模式，并在此基礎上介紹了 Spring 狀態(tài)機相關的概念，并根據(jù)常見的訂單流轉場景，介紹了 Spring 狀態(tài)機的使用方式。文中如有不當之處，歡迎在評論區(qū)批評指正。