java状态机设计模式_状态机设计模式

初识

我第一次知道状态机，是在大学学习《数字电子技术基础》的时候。一块控制芯片有若干输入数据总线Data_in，一个CLK时钟震荡输入，还有一定数量的以高低电平组合来控制状态的输入。不同的状态，芯片会对输入的数据进行不同的处理。

再之后是读研时跟着导师做课题，用Verilog HDL写FPGA程序，仿真一些数字信号的处理算法，其中也大量使用了状态机编程。

FPGA

还记得有一次和导师沟通科研时，他提及说状态机的这种编程模型，在软件行业也是有所应用的。当时我还是个编程战五渣，也不知道有设计模式这个东西，只是不以为意得应承地点点头。现在想想，还是蛮佩服导师的博学多知的。

再看状态机

状态机的官方定义如下：

The intent of the STATE pattern is to distribute state-specific logic across classes that represent an object’s state.

状态模式是为了将与状态有关的逻辑分写在代表对象状态的类中

我们来通过举例理解这句话。

想象你要实现一个登陆系统，用户将通过以下几个步骤与系统交互。

连接进登陆界面。

输入用户名密码，点击登陆

登陆成功则顺利进入系统，登陆失败则断开连接。

注销登录，断开连接。

登录流程图

这些步骤我们抽象成状态转移图来看会更加清晰

登录状态转移图

更一般的，我们稍微增加些健壮性的操作。

登录状态转移健壮性增强

这样简单的逻辑，我们可以不假思索得很快的在一份代码中完成。只要使用switch语法，对对象当前的状态做判断，然后在给各个分支中写上各自的逻辑。但是，如果你需要增加一个中间状态，或者修改某一个分支的逻辑时，你将不得不修改这个类的代码，增加case分支，修改逻辑。这违反了软件设计中的“开放封闭原则”。为此，我们将状态模式的概念付诸实施，将与指定状态有关的逻辑操作分别写在对应的可代表状态的类里。

状态机模式

UML视图

首先定义一个接口IState，指定所有的动作(Action)

/**

* the interface of state, input parameter is target state machine,

* and return the next state

* @author simple

* 2017年11月6日 上午10:29:58

*/

public interface IState {

public IState connect(Context context);

public IState beginToLogin(Context context);

public IState loginFailure(Context context);

public IState loginSuccess(Context context);

public IState logout(Context context);

}

定义一个抽象类，封装一些公共方法和实例成员

public abstract class AbstractState implements IState{

private StateEnum stateEnum;

public AbstractState(StateEnum stateEnum)

{

this.stateEnum = stateEnum;

}

public StateEnum getStateEnum() {

return stateEnum;

}

public void setStateEnum(StateEnum stateEnum) {

this.stateEnum = stateEnum;

}

public String toString()

{

return(stateEnum.toString());

}

}

StateEnum是一个枚举类，用来限定状态的类型。通过在构造器中传入一个枚举，来指明这个类代表什么状态。

public enum StateEnum {

UNCONNECTED(0, "UNCONNECTED"),

CONNECTED(1, "CONNECTED"),

LOGINING(2, "LOGINING"),

LOGIN_INTO_SYSTEM(3, "LOGIN_INTO_SYSTEM");

private int key;

private String stateStr;

StateEnum(int key, String stateStr)

{

this.key = key;

this.stateStr = stateStr;

}

void printState()

{

System.out.println(String.format("current state: %d: %s", this.key, this.stateStr));

}

}

通过继承AbstractState来定义IState的多个实现类，表示不同的状态。所有状态都需