AKKA 笔记 - 有限状态机 -2

原文地址： http://rerun.me/2016/05/22/akka-notes-finite-state-machines-2/

在上一节的Akka FSM笔记中，我们看了一些基本的使用Akka FSM和咖啡机的使用方式 - Actor的数据结构和一队我们要发给Actor的消息。这次的第二部分也是最终部分，我们会过一遍这些状态的实现细节。

总结

作为一个快速的总结，让我们先看一下FMS的结构和我们要发过去的消息。

状态和数据

FSM的三个状态和要在各个状态发送的数据是：

object CoffeeMachine {

  sealed trait MachineState
  case object Open extends MachineState
  case object ReadyToBuy extends MachineState
  case object PoweredOff extends MachineState

  case class MachineData(currentTxTotal: Int, costOfCoffee: Int, coffeesLeft: Int)

}

消息

我们发给FSM的咖啡机和用户交互的消息是：

object CoffeeProtocol {

  trait UserInteraction
  trait VendorInteraction

  case class   Deposit(value: Int) extends UserInteraction
  case class   Balance(value: Int) extends UserInteraction
  case object  Cancel extends UserInteraction
  case object  BrewCoffee extends UserInteraction
  case object  GetCostOfCoffee extends UserInteraction

  case object  ShutDownMachine extends VendorInteraction
  case object  StartUpMachine extends VendorInteraction
  case class   SetNumberOfCoffee(quantity: Int) extends VendorInteraction
  case class   SetCostOfCoffee(price: Int) extends VendorInteraction
  case object  GetNumberOfCoffee extends VendorInteraction

  case class   MachineError(errorMsg:String)

}

FSM ACTOR的结构

这是我们在第一节看到的大致结构：

class CoffeeMachine extends FSM[MachineState, MachineData] {

  //What State and Data must this FSM start with (duh!)
  startWith(Open, MachineData(..))

  //Handlers of State
  when(Open) {
  ...
  ...

  when(ReadyToBuy) {
  ...
  ...

  when(PoweredOff) {
  ...
  ...

  //fallback handler when an Event is unhandled by none of the States.
  whenUnhandled {
  ...
  ...

  //Do we need to do something when there is a State change?
  onTransition {
    case Open -> ReadyToBuy => ...
  ...
  ...
}

状态初始化

跟其他状态机一样， FSM在启动时需要一个初始化状态。这个可以在Akka FSM内声明一个叫startWith的方法来实现。startWith接受两个参数 - 初始化状态和初始化数据。

class CoffeeMachine extends FSM[MachineState, MachineData] {

  startWith(Open, MachineData(currentTxTotal = 0, costOfCoffee =  5, coffeesLeft = 10))

...
...

以上代码说明了FSM的初始化状态是Open并且当咖啡机Open时的初始化数据是

MachineData(currentTxTotal = 0, costOfCoffee = 5, coffeesLeft = 10).

当机器启动时，咖啡机是一个干净的状态。它跟用户还没有任何交互，当前的余额是0。咖啡的价格呗设置成5元，总共能提供的咖啡设置为10杯。当咖啡机冲了10杯咖啡后数量为0时，咖啡机会shut down。

状态的实现

终于到最后了！！

我觉得最简单的方式来看咖啡机状态的交互就是给交互做个分组，为FSM的实现写测试用例。

如果你看下github的代码，所有的测试用例都在CoffeeSpec并且FSM在CoffeeMachine

以下所有的测试都被CoffeeSpec测试类包装了，声明就像这样：

class CoffeeSpec extends TestKit(ActorSystem("coffee-system")) with MustMatchers with FunSpecLike with ImplicitSender

设置并得到咖啡的价格

像我们之前看到的，MachineData初始化时设置为每杯咖啡5元并总数为10杯。这只是一个初始状态，咖啡机必须能在任何时候设置咖啡的价格和能提供的数量。

通过发送SetCostOfCoffee消息给Actor可以设置价格。我们也应该能拿到咖啡的价格。这个可以通过发送GetCostOfCoffee消息给机器来获得。

测试用例

describe("The Coffee Machine") {

   it("should allow setting and getting of price of coffee") {
      val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
      coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(7)
      coffeeMachine ! GetCostOfCoffee
      expectMsg(7)
    }
...
...
...

实现

像我们在第一节讨论的，所有发给FSM的消息都被包装成Event类，并且也被MachineData包装：

 when(Open) {
     case Event(SetCostOfCoffee(price), _) => stay using stateData.copy(costOfCoffee = price)
    case Event(GetCostOfCoffee, _) => sender ! (stateData.costOfCoffee); stay()
   ...
   ...
  }
}

以上代码有几个新词 - stay,using和stateData,让我们下面看下。

STAY和GOTO

想法是每一个被阻塞的case都必须返回一个State。这个可以用stay来完成，含义是已经在处理这条消息的最后了（SetCostOfCoffee或GetCostOfCoffee),咖啡机还在用一个状态，在这里是Open状态。

goto，将状态变为另一个。我们在讨论Deposit时能看到它是怎么做的。

没啥奇怪的，看下stay方法的实现：

  final def stay(): State = goto(currentState.stateName)

USING

你可能已经猜到了，using方法可以让我们把改过的数据传给下个状态。在SetCostOfCoffee消息的例子里，我们设置了MachineData的costOfCoffee域。由于状态是个用例的例子（强烈建议使用不可变除非你喜欢debug），我们做了个copy。

状态数据STATEDATA

stateData是一个我们用来操作FSM数据的方法，就是MachineData。所以，以下代码块是等价的

case Event(GetCostOfCoffee, _) => sender ! (stateData.costOfCoffee); stay()

case Event(GetCostOfCoffee, machineData) => sender ! (machineData.costOfCoffee); stay()

用GetNumberOfCoffee和SetNumberOfCoffee设置最大咖啡数的实现几乎与设置价格的方法差不多。我们先跳过这个来到更有趣的部分 - 买咖啡。

买咖啡

当咖啡爱好者为咖啡交了钱，我们还不能让咖啡机做咖啡，要等到得到了一杯咖啡的钱才行。而且如果多给了现金，我们还要找零钱，所以，例子会变成这样：

直到用户开始存钱了，我们开始追踪他的存款并stay在Open状态。
2.当现金数达到一杯咖啡的钱了，我们会转移成ReadyToBuy状态并允许他买咖啡。
在ReadyToBuy状态，他可以改变主意Cancel取消这次交易并拿到所有的退款Balance。
如果他想要喝咖啡，它发给咖啡机BrewCoffee煮咖啡的消息。（事实上，我们的代码里并不会分发咖啡。我们只是从用户的存款里减掉了咖啡的价格并找零。）

让我们看下以下的用例

用例1 用户存钱单但存的钱低于咖啡的价格

用例开始设置咖啡的价格为5元并且咖啡总数为10。我们存2元并检查机器是不是在Open状态并且咖啡总数仍然是10.

 it("should stay at Transacting when the Deposit is less then the price of the coffee") {
      val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
      coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
      coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
      coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)

      expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))

      coffeeMachine ! Deposit(2)

      coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee

      expectMsg(10)
    }

我们怎样确保机器在Open状态？

每个FSM都能处理一条叫FSM.SubscribeTransitionCallBack(callerActorRef)的特殊消息，能让调用者在任何状态变动时被通知。第一条发给订阅者的通知消息是CurrentState，告诉我们FSM在哪个状态。这之后会有若干条Transition消息。

实现

我们继续存钱并维持在Open状态并等待存更多的钱

when(Open) {  
...
...
  case Event(Deposit(value), MachineData(currentTxTotal, costOfCoffee, coffeesLeft)) if (value + currentTxTotal) < stateData.costOfCoffee => {
        val cumulativeValue = currentTxTotal + value
        stay using stateData.copy(currentTxTotal = cumulativeValue)
  }

用例2和4 - 用户存钱并达到咖啡的价钱

测试用例1 - 存与咖啡价格等值的钱

我们的用例启动机器，确认是否当前状态是Open并存5元钱。我们之后假定机器状态从Open到ReadyToBuy，这可以通过接受一条Transition消息来证明咖啡机状态的变更。在第一个例子，转换是从Open到ReadyToBuy。

下一步我们让凯飞机BrewCoffee煮咖啡，这时应该会有一条转换，ReadToBuy到Open。最终我们断言咖啡机中的数量（就是9）。

it("should transition to ReadyToBuy and then Open when the Deposit is equal to the price of the coffee") {  
      val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
      coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
      coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
      coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)

      expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))

      coffeeMachine ! Deposit(5)

      expectMsg(Transition(coffeeMachine, Open, ReadyToBuy))

      coffeeMachine ! BrewCoffee
      expectMsg(Transition(coffeeMachine, ReadyToBuy, Open))

      coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee

      expectMsg(9)
    }

测试用例2 - 存大于咖啡价格的钱

第二个例子跟第一个比有90%一样，除了我们存在钱更多了（是6元）。因为我们把咖啡价格设为5元，现在我们期望应该有一块钱的Balance找零消息

it("should transition to ReadyToBuy and then Open when the Deposit is greater than the price of the coffee") {  
      val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
      coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
      coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
      coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)

      expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))

      coffeeMachine ! Deposit(2)
      coffeeMachine ! Deposit(2)
      coffeeMachine ! Deposit(2)

      expectMsg(Transition(coffeeMachine, Open, ReadyToBuy))

      coffeeMachine ! BrewCoffee

      expectMsgPF(){
        case Balance(value)=>value==1
      }

      expectMsg(Transition(coffeeMachine, ReadyToBuy, Open))

      coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee

      expectMsg(9)
    }

实现

这个实现比之前的测试用例简单。如果存款大于咖啡价格，那么我们转到goto ReadyToBuy状态。

when(Open){  
...
...
 case Event(Deposit(value), MachineData(currentTxTotal, costOfCoffee, coffeesLeft)) if (value + currentTxTotal) >= stateData.costOfCoffee => {
      goto(ReadyToBuy) using stateData.copy(currentTxTotal = currentTxTotal + value)
    }

一旦转到ReadyToBuy状态，当用户发送BrewCoffee，我们检查是否有零钱找零。

  when(ReadyToBuy) {
    case Event(BrewCoffee, MachineData(currentTxTotal, costOfCoffee, coffeesLeft)) => {
      val balanceToBeDispensed = currentTxTotal - costOfCoffee
      logger.debug(s"Balance is $balanceToBeDispensed")
      if (balanceToBeDispensed > 0) {
        sender ! Balance(value = balanceToBeDispensed)
        goto(Open) using stateData.copy(currentTxTotal = 0, coffeesLeft = coffeesLeft - 1)
      }
      else goto(Open) using stateData.copy(currentTxTotal = 0, coffeesLeft = coffeesLeft - 1)
    }
  }

用例3 用户要取消交易

实际上，用户应该可以在交易的任何时间点Cancel取消，无论他在什么状态。我们之前在第一部分讨论过，最好的保存这里通用消息的地方在whenUnhandled代码块。我们要确定用户在取消前是否存了一些钱，我们要还给他们。

实现

  whenUnhandled {
  ...
  ...
    case Event(Cancel, MachineData(currentTxTotal, _, _)) => {
      sender ! Balance(value = currentTxTotal)
      goto(Open) using stateData.copy(currentTxTotal = 0)
    }
  }

测试用例

这个例子跟我们以上看到的差不多，除了找零。

 it("should transition to Open after flushing out all the deposit when the coffee is canceled") {
      val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
      coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
      coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
      coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)

      expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))

      coffeeMachine ! Deposit(2)
      coffeeMachine ! Deposit(2)
      coffeeMachine ! Deposit(2)

      expectMsg(Transition(coffeeMachine, Open, ReadyToBuy))

      coffeeMachine ! Cancel

      expectMsgPF(){
        case Balance(value)=>value==6
      }

      expectMsg(Transition(coffeeMachine, ReadyToBuy, Open))

      coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee

      expectMsg(10)
    }

代码

我不想烦死你所以跳过了解释ShutDownMachine消息和PowerOff状态，如果你想要解释，可以留言。

像之前一样，代码在github

文章来自微信平台「麦芽面包」
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总结

状态和数据

消息

FSM ACTOR的结构

状态初始化

状态的实现

设置并得到咖啡的价格

测试用例

实现

STAY和GOTO

USING

状态数据STATEDATA

买咖啡

用例1 用户存钱单但存的钱低于咖啡的价格

实现

用例2和4 - 用户存钱并达到咖啡的价钱

测试用例1 - 存与咖啡价格等值的钱

测试用例2 - 存大于咖啡价格的钱

实现

用例3 用户要取消交易

实现

测试用例

代码

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