设计模式-状态模式 golang实现

一 什么是有限状态机 

有限状态机,英⽂翻译是 Finite State Machine,缩写为 FSM,简称为状态机。

状态机不是指一台实际机器,而是指一个数学模型。说白了,一般就是指一张状态转换图。

已订单交易为例:

设计模式-状态模式 golang实现_第1张图片

1.1四大概念

下面来给出状态机的四大概念。

  1. State ,状态。一个状态机至少要包含两个状态。例如上商家交易有 已下单、已支付、已发货等多种状态。
  2. Event,事件。事件也称为转移条件(Transition Condition)。例如 客户下单、 客户完成支付、商家发货 都是一个事件。
  3. Action ,动作。事件发生以后要执行动作。例如用户支付,扣减用户余额就是动作。编程的时候,一个 Action 一般就对应一个函数。不过动作不是必须的,也可能只转移状态,不执⾏任何动作。
  4. Transition ,变换。也就是从一个状态变化为另一个状态。例如 订单从“已支付”转换到“已发货”。

二 状态机的实现方法

将上面业务流程翻译成骨架代码:


type State int64

const StateWaitingPayment State = 1 //等待支付
const StateWaitingShip State = 2    //支付成功待发货

// 订单状态机
type LeaseStateMachine struct {
	State State //订单状态
}

// 订单支付成功
func (p *LeaseStateMachine) EventPaySuccess() {
	//todo
}

// 取消了订单
func (p *LeaseStateMachine) EventCancelOrder() {
	//todo
}

// 商家发货
func (p *LeaseStateMachine) EventShipped() {
	//todo
}

// 确认收货
func (p *LeaseStateMachine) EventConfirmReceipt() {
	//todo
}

2.1 分支逻辑

最简单直接的实现⽅式是,参照状态转移 图,将每⼀个状态转移,直译成代码。这样编写的代码会包含⼤量的 if-else 或 switch-case 分⽀判断逻辑。

type State int64

const StateWaitingPayment State = 1      //等待支付
const StateWaitingShip State = 2         //支付成功待发货
const StateWaitingShipped State = 3      //发货成功
const StateWaitingOrderSuccess State = 4 //订单结束
const StateWaitingOrderCancel State = 5  //订单取消

// 租赁订单状态机
type LeaseStateMachine struct {
	State State //订单状态
}

// 订单支付成功
func (p *LeaseStateMachine) EventPaySuccess() {
	if p.State == StateWaitingPayment {
		p.State = StateWaitingShip
	}
}

// 取消了订单
func (p *LeaseStateMachine) EventCancelOrder() {
	if p.State == StateWaitingShip ||
		p.State == StateWaitingPayment {
		p.State = StateWaitingOrderCancel
	}
}

// 商家发货
func (p *LeaseStateMachine) EventShipped() {
	if p.State == StateWaitingShip {
		p.State = StateWaitingShipped
	}
}

// 确认收货
func (p *LeaseStateMachine) EventConfirmReceipt() {
	if p.State == StateWaitingShipped {
		p.State = StateWaitingOrderSuccess
	}
}

2.2 查表法

除了⽤状态转移图来表示之外,状态机还可以⽤⼆维表来表示;将上面的状态图转换成二维表如下

当前状态/事件

E支付成功

E发货 E取消订单 E确认收货
等待支付 支付成功待发货 / / /
支付成功待发货 / 发货成功 订单取消 /
已发货 / / / 订单结束
订单结束 / / / /
订单取消 / / / /

 

使用查表表修改上述代码:
 


type State int64

const StateWaitingPayment State = 1      //等待支付
const StateWaitingShip State = 2         //支付成功待发货
const StateWaitingShipped State = 3      //发货成功
const StateWaitingOrderSuccess State = 4 //订单结束
const StateWaitingOrderCancel State = 5  //订单取消

type Event int64

const (
	EventPay            Event = 1 //支付事件
	EventShip           Event = 2 //发货 事件
	EventCancel         Event = 3 //取消订单 事件
	EventConfirmReceipt Event = 4 //确认收货
)

// 状态二维表配置
var StateTable map[State]map[Event]State = map[State]map[Event]State{
	StateWaitingPayment: {
		EventPay: StateWaitingShip, //待支付订单 ,支付事件 => 已支付
	},
	StateWaitingShip: {
		EventShip:   StateWaitingShipped,
		EventCancel: StateWaitingOrderCancel,
	},
	//.......
}

// 租赁订单状态机
type LeaseStateMachine struct {
	State State //订单状态

}

// 订单支付成功
func (p *LeaseStateMachine) EventPaySuccess() {
	p.ExecEventConfirmReceipt(EventPay)
}

// 取消了订单
func (p *LeaseStateMachine) EventCancelOrder() {
	p.ExecEventConfirmReceipt(EventCancel)
}

// 商家发货
func (p *LeaseStateMachine) EventShipped() {
	p.ExecEventConfirmReceipt(EventShip)
}

// 确认收货
func (p *LeaseStateMachine) EventConfirmReceipt() {

	p.ExecEventConfirmReceipt(EventConfirmReceipt)
}

// 执行事件
func (p *LeaseStateMachine) ExecEventConfirmReceipt(event Event) {
	EventNewStateTable, ok := StateTable[p.State]
	if ok {
		newState, ok := EventNewStateTable[event]
		if ok {
			p.State = newState
		}
	}
}

在查表法的代码实现中,事件触发的动作只是简单状态变换,所以⽤⼀个 int 类型 的⼆维数组 actionTable 就能表示。但是,如果要执⾏ 动作并⾮这么简单,⽽是⼀系列复杂的逻辑操作(⽐如加减积分、写数据库,还有可能发 送消息通知等等),我们就没法⽤如此简单的⼆维数组来表示了。

2.3状态模式

状态模式通过将事件触发的状态转移和动作执⾏,拆分到不同的状态类中,来避免分⽀判断

逻辑。
 

1.定义interface 所有事件

type ILeaseState interface {
    //定义事件
    EventPay() //支付事件
    EventShip() //发货事件
    EventCancel() //取消订单事件
    EventConfirmReceipt() //确认收货事件
}

2.状态类实现 事件对应的action

将事件对饮的代码逻辑被分散到各个状态类中。

//==================================================================
// 待支付状态
type StateWaitingPaymentImp struct{}

// 订单支付成功
func (p *StateWaitingPaymentImp) EventPay() {
	//todo 更新订单状态
}

// 发货
func (p *StateWaitingPaymentImp) EventShip() {
	//不做处理
}

// 取消
func (p *StateWaitingPaymentImp) EventCancel() {
	//todo 取消
}

// 确认收货事件
func (p *StateWaitingPaymentImp) EventConfirmReceipt() {
	//不做处理
}
//==================================================================
// 支付成功 状态
type StateWaitingShipImp struct{}

// 订单支付成功
func (p *StateWaitingShipImp) EventPay() {
	//不做任何处理
}

// 发货
func (p *StateWaitingShipImp) EventShip() {
	//更新订单未发货
}

// 取消
func (p *StateWaitingShipImp) EventCancel() {
	//更新订单未发货
}

// 确认收货事件
func (p *StateWaitingShipImp) EventConfirmReceipt() {
	//不做处理
}
//===============================================================
//........其他状态对应的事件

三 总结

实现方法对比

实现方法 优点 缺点
分支逻辑
  • 简单、直接,易理解。
  • 对简单的状态机首选该方法实现。

  • 对于复杂的状态机来说,代码中充斥着⼤量的 ifelse 或者 switch-case 分⽀判断逻辑,可读性和可维护性差。

    易漏写或者错写某个状态转移。
    如果哪天修改了状态机 中的某个状态转移,我们要在冗⻓的分⽀逻辑中找到对应的代码进⾏修改,很容易改错,导致 bug。
 
查表法
  • 查表法的代码实现更加清晰,可读性和可维护性更好。
  • 当修改 状态机时,只需要修改 transitionTable 和 actionTable 状态转移配置
     
  • 查表法的实现⽅式有⼀定局限性,
    执行的action只能是简单的状态转移操作。

    如果要执⾏的action是⼀系列复杂的逻辑操作(⽐如加减积分、写数据库,还有可能发送消息通知等等),我们就没法⽤如此简单的⼆维数组来表示了。
状态模式
 
  • 对于状态并不多、状态转移也⽐较简单,但事件触发执⾏的action包含的业务逻辑可能⽐较复杂的状态机来说,⾸选状态模式
 
  • 状态模式会引⼊⾮常多的状态类,会导致代码⽐较难维护

像电商下单这种状态并不多,状态转移也⽐较简单,但事件触发执⾏的动作包含的业务逻辑可能会⽐较复杂,更加推荐使⽤状态模式来实现。

像游戏⽐较复杂的状态机,包含的状态⽐较多,优先推荐使⽤查表法,

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