状态机简介：

状态机是有限状态自动机的简称，是现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。【规则的抽象】

有限状态机一般都有以下特点：

（1）可以用状态来描述事物，并且任一时刻，事物总是处于一种状态；

（2）事物拥有的状态总数是有限的；

（3）通过触发事物的某些行为，可以导致事物从一种状态过渡到另一种状态；

（4）事物状态变化是有规则的，A状态可以变换到B，B可以变换到C，A却不一定能变换到C；

（5）同一种行为，可以将事物从多种状态变成同种状态，但是不能从同种状态变成多种状态。

状态机这种描述客观世界的方式就是将事物抽象成若干状态，然后所有的事件和规则导致事物在这些状态中游走。最终使得事物“自圆其说”。

很多通信协议的开发都必须用到状态机；一个健壮的状态机可以让你的程序，不论发生何种突发事件都不会突然进入一个不可预知的程序分支。

状态机示例：

四大概念：

状态（state）

一个状态机至少要包含两个状态。

分为：现态（源状态）、次态（目标状态）

状态可以理解为一种结果，一种稳态形式，没有扰动会保持不变的。

状态命名形式：

1.副词+动词；例如：待审批、待支付、待收货

这种命名方式体现了：状态机就是事件触发状态不断迁徙的本质。表达一种待触发的感觉。

2.动词+结果；例如：审批完成、支付完成

3.已+动词形式；例如：已发货、已付款

以上两种命名方式体现了：状态是一种结果或者稳态的本质。表达了一种已完成的感觉。

角色很多的时候，为了表示清晰，可以加上角色名：例如：待财务审批、主管批准

命名考虑从用户的理解的角度出发。

事件（event）

or

触发条件

又称为“条件”，就是某个操作动作的触发条件或者口令。当一个条件满足时，就会触发一个动作，或者执行一次状态迁徙

这个事件可以是外部调用、监听到消息、或者各种定时到期等触发的事件。

对于灯泡，“打开开关”就是一个事件。

条件命名形式：动词+结果；例如：支付成功、下单时间>5分钟

动作（action）

事件发生以后要执行动作。例如：事件=“打开开关指令”，动作=“开灯”。一般就对应一个函数。

条件满足后执行动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。

动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。

那么如何区分“动作”和“状态”？

“动作”是不稳定的，即使没有条件的触发，“动作”一旦执行完毕就结束了；

而“状态”是相对稳定的，如果没有外部条件的触发，一个状态会一直持续下去。

变换（transition）

即从一个状态变化到另外一个状态

例如：“开灯过程”就是一个变化

状态机其他表达方式：

状态机的设计：

信息系统中有很多状态机，例如：业务订单的状态。

状态机的设计存在的问题：什么是状态？到底有多少个状态？要细分到什么程度？

　　信息系统是现实世界的一种抽象和描述。而业务领域中那些已经发生的事件就是事实，信息系统就是将这些事实以信息的形式存储到数据库中，即：信息就是一组事实

信息系统就是存储这些事实，对这些事实进行管理与追踪，进而起到提高工作效率的作用。

信息系统就是记录已经发生的事实，信息系统中的状态基本和事实匹配。即：标识某个事实的完成度。

业务系统，根据实际业务，具体会有哪些发生的事实需要记录，基本上这些事实就至少对应一个状态。需要记录的事实就是一种稳态，一种结果。

例如：【待支付】->【已支付】->【已收货】->【已评价】

这些都是系统需要记录的已发生的客观事实。而这些事实就对应了状态，而发生这些事实的事件就对应了触发状态机的转换的事件。

根据自己的业务实际进行分析，并画出状态图即可。

状态机实现方式：状态模式

下面是经典的自动贩卖机例子来说明状态模式的用法，状态图如下：

分析一个这个状态图：

a、包含4个状态（我们使用4个int型常量来表示）

b、包含3个暴露在外的方法（投币、退币、转动手柄、(发货动作是内部方法，售卖机未对外提供方法，售卖机自动调用)）

c、我们需要处理每个状态下，用户都可以触发这三个动作。

我们可以做没有意义的事情，在【未投币】状态，试着退币，或者同时投币两枚，此时机器会提示我们不能这么做。

实现逻辑：

　　　　任何一个可能的动作，我们都要检查，看看我们所处的状态和动作是否合适。

状态机使用if-else或switch实现

测试自动售卖机

使用if-else/switch的方式实现状态有如下问题：

没有遵守【开闭】原则，没有【封装变化】，所以没有弹性，应对需求变更非常吃力。

　　 例如：现在增加一个状态。每个方法都需要添加if-else语句。

状态如何转换看得不是很清楚，隐藏在if-else/switch逻辑中。

升级策略：

【封装变化】，局部化每个状态的行为，将每个状态的行为放到各自类中，每个状态只要实现自己的动作就可以了。

贩卖机只要将动作委托给代表当前状态的状态对象即可。

public interface State{    /**     * 放钱     */    public void insertMoney();    /**     * 退钱     */    public void backMoney();    /**     * 转动曲柄     */    public void turnCrank();    /**     * 出商品     */    public void dispense();}

public class NoMoneyState implements State{     private VendingMachine machine;     public NoMoneyState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;            }        @Override    public void insertMoney()    {        System.out.println("投币成功");        machine.setState(machine.getHasMoneyState());    }     @Override    public void backMoney()    {        System.out.println("您未投币，想退钱？...");    }     @Override    public void turnCrank()    {        System.out.println("您未投币，想拿东西么？...");    }     @Override    public void dispense()    {        throw new IllegalStateException("非法状态！");    } }

public class HasMoneyState implements State{     private VendingMachine machine;     public HasMoneyState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }     @Override    public void insertMoney()    {        System.out.println("您已经投过币了，无需再投....");    }     @Override    public void backMoney()    {        System.out.println("退币成功");            machine.setState(machine.getNoMoneyState());    }     @Override    public void turnCrank()    {        System.out.println("你转动了手柄");        machine.setState(machine.getSoldState());    }     @Override    public void dispense()    {        throw new IllegalStateException("非法状态！");    } }    

public class SoldOutState implements State{     private VendingMachine machine;     public SoldOutState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }     @Override    public void insertMoney()    {        System.out.println("投币失败，商品已售罄");    }     @Override    public void backMoney()    {        System.out.println("您未投币，想退钱么？...");    }     @Override    public void turnCrank()    {        System.out.println("商品售罄，转动手柄也木有用");    }     @Override    public void dispense()    {        throw new IllegalStateException("非法状态！");    } }

public class SoldState implements State{     private VendingMachine machine;     public SoldState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }     @Override    public void insertMoney()    {        System.out.println("正在出货，请勿投币");    }     @Override    public void backMoney()    {        System.out.println("正在出货，没有可退的钱");    }     @Override    public void turnCrank()    {        System.out.println("正在出货，请勿重复转动手柄");    }     @Override    public void dispense()    {        machine.releaseBall();        if (machine.getCount() > 0)        {            machine.setState(machine.getNoMoneyState());        } else        {            System.out.println("商品已经售罄");            machine.setState(machine.getSoldOutState());        }    }}

public class VendingMachine{    private State noMoneyState;    private State hasMoneyState;    private State soldState;    private State soldOutState;    private State winnerState ;     private int count = 0;    private State currentState = noMoneyState;     public VendingMachine(int count)    {        noMoneyState = new NoMoneyState(this);        hasMoneyState = new HasMoneyState(this);        soldState = new SoldState(this);        soldOutState = new SoldOutState(this);        winnerState = new WinnerState(this);               if (count > 0)             {            this.count = count;            currentState = noMoneyState;             }    }        //将这些动作委托给当前状态.    public void insertMoney()    {        currentState.insertMoney();    }     public void backMoney()    {        currentState.backMoney();    }               // 机器不用提供dispense动作,因为这是一个内部动作.用户不可以直         //接要求机器发放糖果.我们在状态对象的turnCrank()方法中调用         //dispense方法;       //dispense无论如何，即使在nomoney状态也会被执行.       //让不合法的情形下，dispense抛出异常处理。    public void turnCrank()    {        currentState.turnCrank();            currentState.dispense();    }     public void releaseBall()    {        System.out.println("发出一件商品...");        if (count != 0)        {            count -= 1;        }    }     public void setState(State state)    {        this.currentState = state;    }     //getter setter omitted ... }

我们之前说过，if-else/switch实现方式没有弹性，那现在按照这种实现模式，需求变更修改起来会轻松点吗？

红色部分标记了我们的需求变更：当用户每次转动手柄的时候，有10%的几率赠送一瓶。

实现方式：

我们遵守了【开闭】原则，只要新建一个WinnerState的类即可。然后有限的修改has_money的转向即可。

为什么WinnerState要独立成一个状态，其实它和sold状态一模一样。我把代码写在SoldState中不行吗？

第一个原因就是上面说的信息系统的本质就是记录【事实】，中奖是需要记录的事实，它应该是一个状态。第二个原因：【单一职责】问题，我们一个类的责任是明确的。

　　　如果sold需求变化不一定影响到winner代码实现，winner需求变化时，也不一定要修改sold，比如促销方案结束了，中奖概率变了等。

　　　如果他们的变化不是一定互相影响到彼此的，那我们就该将他们分离，即是【隔离变化】也是遵守【单一职责】的原则。

public class WinnerState implements State{     private VendingMachine machine;     public WinnerState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }     @Override    public void insertMoney()    {        throw new IllegalStateException("非法状态");    }     @Override    public void backMoney()    {        throw new IllegalStateException("非法状态");    }     @Override    public void turnCrank()    {        throw new IllegalStateException("非法状态");    }     @Override    public void dispense()    {        System.out.println("你中奖了，恭喜你，将得到2件商品");        machine.releaseBall();     if (machine.getCount() == 0)    {        System.out.println("商品已经售罄");        machine.setState(machine.getSoldOutState());    } else    {        machine.releaseBall();        if (machine.getCount() > 0)        {            machine.setState(machine.getNoMoneyState());        } else        {            System.out.println("商品已经售罄");            machine.setState(machine.getSoldOutState());        }            }     } }

public class HasMoneyState implements State{     private VendingMachine machine;    private Random random = new Random();     public HasMoneyState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }     @Override    public void insertMoney()    {        System.out.println("您已经投过币了，无需再投....");    }     @Override    public void backMoney()    {        System.out.println("退币成功");     machine.setState(machine.getNoMoneyState());    }     @Override    public void turnCrank()    {        System.out.println("你转动了手柄");        int winner = random.nextInt(10);        if (winner == 0 && machine.getCount() > 1)        {            machine.setState(machine.getWinnerState());        } else        {            machine.setState(machine.getSoldState());        }    }     @Override    public void dispense()    {        throw new IllegalStateException("非法状态！");    } }

总结状态模式：

状态模式：允许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了他的类。

解释：

状态模式将状态封装成为独立的类,并将动作委托到代表当前状态的对象。

所以行为会随着内部状态改变而改变。

我们通过组合简单引用不同状态对象来造成类改变的假象.

状态模式策略模式

1.行为封装的n个状态中，不同状态不用行为。

2.context的行为委托到不同状态中。

3.[当前状态]在n个状态中游走，context的行为也随之[当前状态]的改变而改变。

4.用户对context的状态改变浑然不知。

5.客户不会直接和state交互，只能通过context暴露的方法交互，state转换是context内部事情。

6.state可以是接口也可以是抽象类，取决于有没公共功能可以放进抽象类中。抽象类方便，因为可以后续加方法。

可以将重复代码放入抽象类中。例如:"你已投入25元，不能重复投" 这种通用代码放入抽象类中。

7.context可以决定状态流转，如果这个状态流转是固定的，就适合放在context中进行。但是如果状态流转是动态的就适合放在状态中进行。

例如通过商品的剩余数目来决定流向[已售完]或[等待投币]，这个时候放在状态类中，因为dispense要根据状态判断流转。

这个写法决定了，有新需求时候，你是改context还是改state类。

8.可以共享所有的state对象，但是需要修改context的时候时候，需要handler中传入context引用

1.context主动指定需要组合的策略对象是哪一个。

2.可以在启动的时候通过工厂动态指定具体是哪个策略对象，但是没有在策略对象之间游走，即:只组合了一个策略对象。

3.策略作为继承之外一种弹性替代方案。因为继承导致子类继承不适用的方法，且每个类都要维护，策略模式通过不同对象组合来改变行为。

4.策略模式聚焦的是互换的算法来创建业务。

状态机典型应用：订单状态控制

建表语句

如上图所示：

一种典型的订单设计。业务订单和支付退款订单组合，他们分别有自己的状态机。

业务订单状态机负责业务逻辑，并和支付退款状态机联动。一切以业务状态机为主。例如：业务状态已经【关单】，此时收到支付成功通知，需要进行退款每个状态有自己的过期时间。异常订单的捞取通过过期时间判断。

状态机模式实现订单状态机：

日常开发过程中，状态机模式应用场景之一的就是订单模型中的状态控制。但是区别于状态模式的点有以下几个：

状态模式，所有的操作都在内存。而订单状态机是要落库的。为了防止订单的并发操作，更新订单的时候需要使用乐观锁机制。状态模式的状态对象是新建状态机的时候初始化进去的。在实际开发中，状态对象要复用，被spring管理。而订单状态机对象对应了一条数据库中实体的订单，是要每次从数据库中查出来的即时新建对象，所以必须将该新建的订单状态机对象传入到状态对象中。使用状态对象处理该订单状态机对象。

以支付订单为例：

/*   Title: PaymentInfo Description:　　支付订单状态机   该类不可被spring管理，需要new出来，一个类就对应一条数据库中支付订单记录   本文来自博客园，作者：wanglifeng，转载请注明原文链接：      @author wanglifeng */public class PaymentStateMachine {    // 数据库中当前支付订单实体    private SapoPayment payment;    // 当前状态    private PaymentState currentState;    // 需要更新入库的支付订单实体。与payment属性配合，payment为当前数据库中订单实体,用于乐观锁的前置内容校验。    private SapoPayment paymentForUpdate;    /* 将最新内容(含状态)更新入库，并当前状态机状态 */    public void updateStateMachine() {        // 从Spring容器中获取操作数据的dao        SapoDao dao = SpringUtil.getBean(SapoDao.class);        // 更新数据库，乐观锁机制：带前置内容数据校验，其中payment为前置内容，paymentForUpdate为要更新的内容，如果更新结果=0，说明该订单被其他线程修改过。抛异常，放弃此次修改。        dao.updateSapoPaymentByNull(paymentForUpdate, payment);        // 记录订单操作流水        dao.insertSapoOrderStatusLog(SapoOrderStatusLog.getInstance().setOrderId(paymentForUpdate.getId())                .setOrderType(SapoOrderStatusLog.ORDER_TYPE_PAYMENT).setStatus(paymentForUpdate.getStatus()));        // 更新当前PaymentStateMachine状态机        this.setPayment(paymentForUpdate);        this.setCurrentState(paymentForUpdate.getStatus());    }    // 通过条件获取一个支付订单PaymentStateMachine实体    public static PaymentStateMachine getInstance(SapoPayment sapoPaymentForQuery) {        // 1.从spring容器中获取dao；        SapoDao dao = SpringUtil.getBean(SapoDao.class);        // 2.查出该支付订单        SapoPayment paymentResult = dao.getSapoPayment(sapoPaymentForQuery);        // 3.初始化订单状态机        PaymentStateMachine paymentStateMachine = new PaymentStateMachine();        paymentStateMachine.setPayment(paymentResult);        paymentStateMachine.setCurrentState(paymentResult.getStatus());        paymentStateMachine.setPaymentForUpdate(SapoPayment.getInstance(paymentResult));        return paymentStateMachine;    }    // 设置当前状态机的状态。输入数据库中status字段，映射成对应的状态类实体。    public void setCurrentState(Integer status) {        PaymentState currentState = null;        // status数字，映射成对应的状态类实体        if (SapoPayment.STATUS_APPLY.equals(status)) {            currentState = SpringUtil.getBean(PaymentStateApply.class);        } else if (SapoPayment.STATUS_WAIT_PAY.equals(status)) {            currentState = SpringUtil.getBean(PaymentStateWaitPay.class);        } else if (SapoPayment.STATUS_PAY_FINISH.equals(status)) {            currentState = SpringUtil.getBean(PaymentStatePayFinish.class);        } else if (SapoPayment.STATUS_FAIL.equals(status)) {            currentState = SpringUtil.getBean(PaymentStateFail.class);        } else if (SapoPayment.STATUS_CANCEL.equals(status)) {            currentState = SpringUtil.getBean(PaymentStateCancel.class);        } else {            throw new BusinessException(ResultInfo.SYS_INNER_ERROR.getCode(),                    "status not in state machine ,status: " + status);        }        this.currentState = currentState;    }    // TODO 待实现，申请支付订单    public void apply() {        // 委托给当前状态执行,将当前订单状态机对象传进去，使用状态对象处理订单        currentState.apply(this);    }    // TODO 待实现，通知支付结果    public void resultNotify() {        // 委托给当前状态执行        currentState.resultNotify(this);    }    // TODO 同步给当前状态执行    public void sync() {        // 委托给当前状态执行        currentState.sync(this);    }    // 取消订单    public void cancel() {        // 委托给当前状态执行        currentState.cancel(this);    }}

public  interface PaymentState {    public void apply(PaymentStateMachine paymentStateMachine);    public void resultNotify(PaymentStateMachine paymentStateMachine);        public void sync(PaymentStateMachine paymentStateMachine);        public void cancel(PaymentStateMachine paymentStateMachine);}

@Servicepublic class PaymentStateApply extends BaseLogger implements PaymentState {    @Autowired    FmPayClientService fmPayClientService;    @Autowired    SapoDao dao;    @Autowired    private JacksonComponent jacksonComponent;    public void apply(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {           }    public void sync(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {    }    public void resultNotify(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void cancel(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {                SapoPayment sapoPaymentForUpdate = paymentStateMachine.getPaymentForUpdate();        sapoPaymentForUpdate.setStatus(SapoPayment.STATUS_CANCEL);        sapoPaymentForUpdate.setExpireTime(null);                paymentStateMachine.updateStateMachine();                    }}

@Servicepublic class PaymentStateCancel extends BaseLogger implements PaymentState {    public void apply(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void resultNotify(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void sync(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void cancel(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }}

@Servicepublic class PaymentStateFail extends BaseLogger implements PaymentState {    public void apply(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void resultNotify(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void sync(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void cancel(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        throw new BusinessException(ResultInfo.SYS_INNER_ERROR.getCode(), "fail status can not cancel");    }}

@Servicepublic class PaymentStatePayFinish extends BaseLogger implements PaymentState {    public void apply(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void resultNotify(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void sync(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void cancel(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        throw new BusinessException(ResultInfo.SYS_INNER_ERROR.getCode(), "payfinish status can not cancel");    }}

@Servicepublic class PaymentStateWaitPay extends BaseLogger implements PaymentState {    @Autowired    FmPayClientService fmPayClientService;    @Autowired    SapoDao dao;    @Autowired    private JacksonComponent jacksonComponent;    public void payResultNotify() {        // TODO implement here    }    public void apply(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        throw new BusinessException(ResultInfo.SYS_INNER_ERROR.getCode(),                "applyPayPlatform not match payment state machine,currentStatus:"                        + paymentStateMachine.getPayment().getStatus());    }    public void sync(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO 过期去统一支付查询        String payStatus = queryPayResultResponse.getPayStatus();        // 1：初始化输入 2：支付中 3：支付成功 4：支付失败 5：撤销        if (QueryPayResultResponse.PAY_STATUS_INIT.equals(payStatus)) {            throw new BusinessException(ResultInfo.SYS_INNER_ERROR.getCode(),                    "FMpay queryPay return init status ,we are waitpay");        }        if (QueryPayResultResponse.PAY_STATUS_ING.equals(payStatus)) {            return;        }        SapoPayment sapoPaymentForUpdate = paymentStateMachine.getPaymentForUpdate();        if (QueryPayResultResponse.PAY_STATUS_CANCEL.equals(payStatus)) {            sapoPaymentForUpdate.setStatus(SapoPayment.STATUS_CANCEL);        } else if (QueryPayResultResponse.PAY_STATUS_FAIL.equals(payStatus)) {            sapoPaymentForUpdate.setStatus(SapoPayment.STATUS_FAIL);        } else if (QueryPayResultResponse.PAY_STATUS_SUCCESS.equals(payStatus)) {            sapoPaymentForUpdate.setStatus(SapoPayment.STATUS_PAY_FINISH);        }        sapoPaymentForUpdate.setExpireTime(null);        paymentStateMachine.updateStateMachine();    }    public void resultNotify(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        // TODO Auto-generated method stub    }    public void cancel(PaymentStateMachine paymentStateMachine) {        throw new BusinessException(ResultInfo.SYS_INNER_ERROR.getCode(), "wait pay status can not cancel");    }}

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