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(本文由言念小文原创,转载请注明出处)
在实际工作中经常遇到某个对象,处于不同的状态有不同行为逻辑、且状态之间可以相互迁移的业务场景,特别是在开发通信协议栈类软件中尤为多见。《设计模式之禅》这本书中对状态模式有着非常详尽的讲解(目前为止我认为讲解得最好的书),但总觉得自己没能够理解透彻、灵活运用。直到今年完成了一个通信协议软件的开发,重新研究了“状态机”,然后回过头来理解当初学习的状态模式,豁然开朗。因此,本文先从状态机开始讲解,然后结合状态机详细阐述状态模式的两种实现方式,最后给出状态模式的优缺点及其使用场景。
一 案例描述
按照老风格,本文先描述一个场景案例,然后围绕案例来展开后文。相信每个人都用过手机的应用商城,通常在应用商城中会将可以安装的app以列表(listview)的形式呈现,一个应用占据列表的一个子项(item),如下图1所示:
图1
我们将注意力聚焦到item的按钮上:
a当检测到可安装的app,按钮显示“安装”;
b点击按钮,软件会去下载app安装包,这时按钮更新视图,显示“正在下载”(即安装进度);
c下载完成后,软件自动安装app,按钮显示“正在安装”;
d安装完成后,按钮显示“打开”,这时点击按钮将打开对应的app。
通常,一切顺利,我们安装一个app,按钮会经历“安装”“正在下载”“正在安装”“打开”四种状态。可惜的是,往往事有多磨:
当下载app安装包时,可能出现下载异常,这时按钮切换状态到“下载失败”,点击按钮,软件重新尝试下载,按钮切换状态到“正在下载”;
当安装app时,可能出现安装失败,这时按钮切换状态到“安装失败”,点击按钮,软件重新尝试安装,按钮切换状态到“正在安装”;
以上,便是我们更新一个软件时,可能遇到情况。后文,我们将实现上述功能的软件模块称为“app安装模块”,本文将以这个案例为基础,围绕实现“app安装模块”展开状态机和状态模式的讲解。
二 状态机
1.什么是状态机
通常我们工作中接触到的状态机都是有限状态机,那么什么是有限状态机呢?偷个懒直接百度大挪移:
有限状态机,(英语:Finite-state machine, FSM),又称有限状态自动机,简称状态机,是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。
注意这个定义里面两个关键字“有限状态”“自动机”。“有限状态”指明状态机中的状态是有限且明确的,在案例中button的状态有:待安装、正在下载、下载失败、正在安装、安装失败、待打开。“自动机”说明状态机中:状态及状态下对应动作是在状态机内部自动转换和执行的,调用状态机的客户端,无需关心状态机内部的状态迁移和动作执行。
2.1 状态机的构成要素
状态机由以下四大要素构成:
现态(Qn) -- 当前状态机所处的状态。
次态(Qn+1) -- 状态机要迁移到的新状态。
事件(EVENT)(又称为条件) --状态机的触发信号;事件到来,能够触发状态机执行特定动作,或进行状态迁移,或二者皆执行;事件一般来自于状态机外部。
动作(ACTION) -- 事件到来后,状态机执行的动作,动作执行完后,状态机可迁移到新状态也可维持原状态,故而对于状态机中的某一状态,动作并非必须。
2.2 状态机的描述方式
状态机的描述方式有两种:状态迁移图和状态机表。
状态迁移图:
状态迁移图通过图形的方式来描述对象的全部状态逻辑,这种方式比较直观、清晰。状态迁移图由状态、状态迁移、事件和动作构成。其中,事件和动作写在状态迁移的带箭头线条上,如图2所示,图2为“app安装模块”状态迁移图,圆圈和双圆圈表示起始和结束状态。
图2 “app安装”状态迁移图
状态机表:
状态迁移表通过矩阵的方式,描述状态机的状态迁移与行为逻辑。状态机表有两种写法:
第一种,横竖表头都为状态,横表头为现态,竖表头为次态,现态和次态相交的单元格为事件触发后要执行的动作,如表1所示:
现态
次态
待安装
下载中
下载失败
安装中
安装失败
待打开
待安装
-
-
-
-
-
-
下载中
download()
-
download()
-
-
-
下载失败
-
undo()
-
-
-
-
安装中
install()
install()
-
-
install()
-
安装失败
-
-
-
undo()
-
-
待打开
-
-
-
undo()
-
open()
表1
注意1:途中undo()为表示只做状态转移,实际不执行其他动作。
注意2:由于不论什么状态,只要状态迁移了,都会有UI上变化,因此更新UI的动作updateView()不重复的提现啊状态机图和状态机表中。
第二种,横表头为现态,竖表头为事件触发后的动作,现态和动作相交的单元格,为次态。
现态
动作
待安装
下载中
下载失败
安装中
安装失败
待打开
download()
下载中
-
下载中
-
-
-
install()
安装中
安装中
-
-
安装中
-
open()
-
-
-
待打开
-
待打开
表2
两种状态机表各有特点,第一种比较适合状态较多的情况,第二种适合动作比较多的情况(根据小文的个人工程经验,比较推荐第二种)。从状态表中可以看到,状态表不能很好的描述出单个状态和动作的触发事件,因此通常状态表还是需要和状态迁移图结合使用的。
2.1 状态机的运行过程
状态机的运行实际是状态的迁移和对应动作的执行,这里我总结如下的运行分支:
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