Java中使用状态机模式示例详解一、什么是状态机状态机State Machine是一种数学模型描述一个对象在其生命周期中所经历的各种状态以及在什么条件下从一个状态转换到另一个状态。核心三要素状态State对象当前所处的情形事件Event触发状态变化的动作或条件转换Transition从一个状态到另一个状态的过程用一句话概括在某个状态下发生了某个事件对象转换到了另一个状态。二、状态机的两种实现方式1. 显式状态机通过独立的状态机框架或代码结构来管理状态转换状态流转规则集中定义、显式声明。特点状态和转换规则集中配置有明确的状态转换表或图非法转换会被拦截通常有框架支持如 Spring StateMachine2. 隐式状态机没有独立的状态机组件状态值存在数据库字段中状态的流转逻辑分散在各个业务方法的 if/else 或 switch 中。特点状态就是一个普通字段转换逻辑散落在各处业务代码中没有统一的规则校验实现简单但维护成本随业务增长而上升注博客https://blog.csdn.net/badao_liumang_qizhi三、隐式状态机的典型实现方式这是大多数业务系统中最常见的做法。用一个订单状态的例子来说明数据库层面CREATETABLEorders(idINTPRIMARYKEY,statusINTNOTNULLDEFAULT0COMMENT0待支付, 1已支付, 2已发货, 3已完成, 4已取消);枚举定义publicenumOrderStatus{UNPAID(0,待支付),PAID(1,已支付),SHIPPED(2,已发货),COMPLETED(3,已完成),CANCELLED(4,已取消);privateIntegercode;privateStringdesc;}业务代码中的状态流转publicvoidpayOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 隐式校验只有待支付才能支付if(!OrderStatus.UNPAID.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(当前状态不允许支付);}order.setStatus(OrderStatus.PAID.getCode());orderRepository.save(order);}publicvoidshipOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 隐式校验只有已支付才能发货if(!OrderStatus.PAID.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(当前状态不允许发货);}order.setStatus(OrderStatus.SHIPPED.getCode());orderRepository.save(order);}publicvoidcancelOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 隐式校验已发货和已完成不能取消if(OrderStatus.SHIPPED.getCode().equals(order.getStatus())||OrderStatus.COMPLETED.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(当前状态不允许取消);}order.setStatus(OrderStatus.CANCELLED.getCode());orderRepository.save(order);}状态转换图UNPAID(0) ──[支付]──→ PAID(1) ──[发货]──→ SHIPPED(2) ──[确认收货]──→ COMPLETED(3) │ │ └──[取消]──→ CANCELLED(4) ←──[取消]──┘这就是隐式状态机——没有一个集中的地方定义什么状态可以转到什么状态全靠每个业务方法里的 if 判断来保证。四、显式状态机的实现方式方式一状态转换表把所有合法的转换关系集中定义publicclassOrderStateMachine{// 转换规则表Map当前状态, Map事件, 目标状态privatestaticfinalMapInteger,MapString,IntegerTRANSITIONSnewHashMap();static{// 待支付状态下的合法转换MapString,IntegerunpaidTransitionsnewHashMap();unpaidTransitions.put(PAY,1);// 支付 → 已支付unpaidTransitions.put(CANCEL,4);// 取消 → 已取消TRANSITIONS.put(0,unpaidTransitions);// 已支付状态下的合法转换MapString,IntegerpaidTransitionsnewHashMap();paidTransitions.put(SHIP,2);// 发货 → 已发货paidTransitions.put(CANCEL,4);// 取消 → 已取消TRANSITIONS.put(1,paidTransitions);// 已发货状态下的合法转换MapString,IntegershippedTransitionsnewHashMap();shippedTransitions.put(CONFIRM,3);// 确认 → 已完成TRANSITIONS.put(2,shippedTransitions);}/** * 执行状态转换. */publicstaticIntegertransition(IntegercurrentState,Stringevent){MapString,IntegerallowedTRANSITIONS.get(currentState);if(allowednull||!allowed.containsKey(event)){thrownewIllegalStateException(非法状态转换: 状态currentState, 事件event);}returnallowed.get(event);}}使用publicvoidpayOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 由状态机统一校验和转换IntegernewStatusOrderStateMachine.transition(order.getStatus(),PAY);order.setStatus(newStatus);orderRepository.save(order);}方式二枚举 方法publicenumOrderStatus{UNPAID(0){OverridepublicOrderStatusonPay(){returnPAID;}OverridepublicOrderStatusonCancel(){returnCANCELLED;}},PAID(1){OverridepublicOrderStatusonShip(){returnSHIPPED;}OverridepublicOrderStatusonCancel(){returnCANCELLED;}},SHIPPED(2){OverridepublicOrderStatusonConfirm(){returnCOMPLETED;}},COMPLETED(3),CANCELLED(4);privateIntegercode;// 默认实现抛异常表示不允许该操作publicOrderStatusonPay(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许支付);}publicOrderStatusonShip(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许发货);}publicOrderStatusonConfirm(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许确认);}publicOrderStatusonCancel(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许取消);}}五、两种方式的对比维度隐式状态机显式状态机实现成本低直接写 if/else中等需要定义转换规则可读性差状态规则分散在各方法中好规则集中一目了然维护成本状态少时低状态多时急剧上升稳定新增状态只需加规则安全性容易遗漏校验导致非法转换统一拦截非法转换适用场景状态少3-5个且变化少状态多或流转规则复杂六、状态机中的常见概念守卫条件Guard转换发生前的额外校验不满足则转换不执行// 事件是发货但还需要守卫条件库存充足publicIntegertransition(IntegercurrentState,Stringevent,Orderorder){if(SHIP.equals(event)order.getStock()0){thrownewBusinessException(库存不足无法发货);}returnTRANSITIONS.get(currentState).get(event);}转换动作Action状态转换时附带执行的业务操作// 转换到已取消时自动执行退款publicvoidcancelOrder(Orderorder){IntegernewStatusOrderStateMachine.transition(order.getStatus(),CANCEL);order.setStatus(newStatus);// 转换动作refundService.refund(order.getPaymentId());notificationService.notifyUser(order.getUserId(),订单已取消);}入口动作 / 出口动作Entry/Exit Action进入某个状态时固定执行的操作与触发事件无关// 无论从哪里进入已取消状态都发通知privatevoidonEnterCancelled(Orderorder){notificationService.notifyUser(order.getUserId(),订单已取消);inventoryService.releaseStock(order.getItems());}状态回退Rollback从某个状态回退到之前的状态通常需要撤销该状态对应的动作// 从已发货回退到已支付例如物流拦截成功publicvoidrollbackShipment(Orderorder){if(!OrderStatus.SHIPPED.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(只有已发货状态才能回退);}order.setStatus(OrderStatus.PAID.getCode());// 撤销动作取消物流单、恢复库存logisticsService.cancelShipment(order.getLogisticsNo());inventoryService.restoreStock(order.getItems());}七、涉及多字段联动的复合状态实际业务中一个对象可能有多个状态维度形成复合状态// 两个独立的状态维度privateIntegersignStatus;// 签章状态privateIntegersyncYcStatus;// 同步状态// 复合状态只有签章完成且已同步才算流程结束// 回退时两个维度可能都需要回退这种场景下需要注意两个状态之间是否有依赖关系同步必须在签章完成之后回退时是否需要联动回退签章回退了同步状态是否也要回退是否有外部系统已经接收了数据不可逆操作的处理八、总结状态机本质上解决的是对象生命周期管理的问题。核心关注点有哪些状态→ 枚举定义清楚什么事件触发什么转换→ 转换规则集中管理转换时要做什么→ 动作与转换绑定非法转换怎么办→ 统一校验拦截需要回退怎么办→ 逆向转换 补偿动作
Java中使用状态机模式示例详解一、什么是状态机状态机State Machine是一种数学模型描述一个对象在其生命周期中所经历的各种状态以及在什么条件下从一个状态转换到另一个状态。核心三要素状态State对象当前所处的情形事件Event触发状态变化的动作或条件转换Transition从一个状态到另一个状态的过程用一句话概括在某个状态下发生了某个事件对象转换到了另一个状态。二、状态机的两种实现方式1. 显式状态机通过独立的状态机框架或代码结构来管理状态转换状态流转规则集中定义、显式声明。特点状态和转换规则集中配置有明确的状态转换表或图非法转换会被拦截通常有框架支持如 Spring StateMachine2. 隐式状态机没有独立的状态机组件状态值存在数据库字段中状态的流转逻辑分散在各个业务方法的 if/else 或 switch 中。特点状态就是一个普通字段转换逻辑散落在各处业务代码中没有统一的规则校验实现简单但维护成本随业务增长而上升注博客https://blog.csdn.net/badao_liumang_qizhi三、隐式状态机的典型实现方式这是大多数业务系统中最常见的做法。用一个订单状态的例子来说明数据库层面CREATETABLEorders(idINTPRIMARYKEY,statusINTNOTNULLDEFAULT0COMMENT0待支付, 1已支付, 2已发货, 3已完成, 4已取消);枚举定义publicenumOrderStatus{UNPAID(0,待支付),PAID(1,已支付),SHIPPED(2,已发货),COMPLETED(3,已完成),CANCELLED(4,已取消);privateIntegercode;privateStringdesc;}业务代码中的状态流转publicvoidpayOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 隐式校验只有待支付才能支付if(!OrderStatus.UNPAID.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(当前状态不允许支付);}order.setStatus(OrderStatus.PAID.getCode());orderRepository.save(order);}publicvoidshipOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 隐式校验只有已支付才能发货if(!OrderStatus.PAID.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(当前状态不允许发货);}order.setStatus(OrderStatus.SHIPPED.getCode());orderRepository.save(order);}publicvoidcancelOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 隐式校验已发货和已完成不能取消if(OrderStatus.SHIPPED.getCode().equals(order.getStatus())||OrderStatus.COMPLETED.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(当前状态不允许取消);}order.setStatus(OrderStatus.CANCELLED.getCode());orderRepository.save(order);}状态转换图UNPAID(0) ──[支付]──→ PAID(1) ──[发货]──→ SHIPPED(2) ──[确认收货]──→ COMPLETED(3) │ │ └──[取消]──→ CANCELLED(4) ←──[取消]──┘这就是隐式状态机——没有一个集中的地方定义什么状态可以转到什么状态全靠每个业务方法里的 if 判断来保证。四、显式状态机的实现方式方式一状态转换表把所有合法的转换关系集中定义publicclassOrderStateMachine{// 转换规则表Map当前状态, Map事件, 目标状态privatestaticfinalMapInteger,MapString,IntegerTRANSITIONSnewHashMap();static{// 待支付状态下的合法转换MapString,IntegerunpaidTransitionsnewHashMap();unpaidTransitions.put(PAY,1);// 支付 → 已支付unpaidTransitions.put(CANCEL,4);// 取消 → 已取消TRANSITIONS.put(0,unpaidTransitions);// 已支付状态下的合法转换MapString,IntegerpaidTransitionsnewHashMap();paidTransitions.put(SHIP,2);// 发货 → 已发货paidTransitions.put(CANCEL,4);// 取消 → 已取消TRANSITIONS.put(1,paidTransitions);// 已发货状态下的合法转换MapString,IntegershippedTransitionsnewHashMap();shippedTransitions.put(CONFIRM,3);// 确认 → 已完成TRANSITIONS.put(2,shippedTransitions);}/** * 执行状态转换. */publicstaticIntegertransition(IntegercurrentState,Stringevent){MapString,IntegerallowedTRANSITIONS.get(currentState);if(allowednull||!allowed.containsKey(event)){thrownewIllegalStateException(非法状态转换: 状态currentState, 事件event);}returnallowed.get(event);}}使用publicvoidpayOrder(IntegerorderId){OrderorderorderRepository.findById(orderId);// 由状态机统一校验和转换IntegernewStatusOrderStateMachine.transition(order.getStatus(),PAY);order.setStatus(newStatus);orderRepository.save(order);}方式二枚举 方法publicenumOrderStatus{UNPAID(0){OverridepublicOrderStatusonPay(){returnPAID;}OverridepublicOrderStatusonCancel(){returnCANCELLED;}},PAID(1){OverridepublicOrderStatusonShip(){returnSHIPPED;}OverridepublicOrderStatusonCancel(){returnCANCELLED;}},SHIPPED(2){OverridepublicOrderStatusonConfirm(){returnCOMPLETED;}},COMPLETED(3),CANCELLED(4);privateIntegercode;// 默认实现抛异常表示不允许该操作publicOrderStatusonPay(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许支付);}publicOrderStatusonShip(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许发货);}publicOrderStatusonConfirm(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许确认);}publicOrderStatusonCancel(){thrownewIllegalStateException(当前状态不允许取消);}}五、两种方式的对比维度隐式状态机显式状态机实现成本低直接写 if/else中等需要定义转换规则可读性差状态规则分散在各方法中好规则集中一目了然维护成本状态少时低状态多时急剧上升稳定新增状态只需加规则安全性容易遗漏校验导致非法转换统一拦截非法转换适用场景状态少3-5个且变化少状态多或流转规则复杂六、状态机中的常见概念守卫条件Guard转换发生前的额外校验不满足则转换不执行// 事件是发货但还需要守卫条件库存充足publicIntegertransition(IntegercurrentState,Stringevent,Orderorder){if(SHIP.equals(event)order.getStock()0){thrownewBusinessException(库存不足无法发货);}returnTRANSITIONS.get(currentState).get(event);}转换动作Action状态转换时附带执行的业务操作// 转换到已取消时自动执行退款publicvoidcancelOrder(Orderorder){IntegernewStatusOrderStateMachine.transition(order.getStatus(),CANCEL);order.setStatus(newStatus);// 转换动作refundService.refund(order.getPaymentId());notificationService.notifyUser(order.getUserId(),订单已取消);}入口动作 / 出口动作Entry/Exit Action进入某个状态时固定执行的操作与触发事件无关// 无论从哪里进入已取消状态都发通知privatevoidonEnterCancelled(Orderorder){notificationService.notifyUser(order.getUserId(),订单已取消);inventoryService.releaseStock(order.getItems());}状态回退Rollback从某个状态回退到之前的状态通常需要撤销该状态对应的动作// 从已发货回退到已支付例如物流拦截成功publicvoidrollbackShipment(Orderorder){if(!OrderStatus.SHIPPED.getCode().equals(order.getStatus())){thrownewBusinessException(只有已发货状态才能回退);}order.setStatus(OrderStatus.PAID.getCode());// 撤销动作取消物流单、恢复库存logisticsService.cancelShipment(order.getLogisticsNo());inventoryService.restoreStock(order.getItems());}七、涉及多字段联动的复合状态实际业务中一个对象可能有多个状态维度形成复合状态// 两个独立的状态维度privateIntegersignStatus;// 签章状态privateIntegersyncYcStatus;// 同步状态// 复合状态只有签章完成且已同步才算流程结束// 回退时两个维度可能都需要回退这种场景下需要注意两个状态之间是否有依赖关系同步必须在签章完成之后回退时是否需要联动回退签章回退了同步状态是否也要回退是否有外部系统已经接收了数据不可逆操作的处理八、总结状态机本质上解决的是对象生命周期管理的问题。核心关注点有哪些状态→ 枚举定义清楚什么事件触发什么转换→ 转换规则集中管理转换时要做什么→ 动作与转换绑定非法转换怎么办→ 统一校验拦截需要回退怎么办→ 逆向转换 补偿动作
