玩转 Spring 状态机 | 京东云技术团队

2023-12-20
北京
本文字数：6128 字
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说起 Spring 状态机，大家很容易联想到这个状态机和设计模式中状态模式的区别是啥呢？没错，Spring 状态机就是状态模式的一种实现，在介绍 Spring 状态机之前，让我们来看看设计模式中的状态模式。

1. 状态模式

状态模式的定义如下：

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，它允许对象在内部状态发生变化时改变其行为。在状态模式中，一个对象的行为取决于其当前状态，而且可以随时改变这个状态。状态模式将对象的状态封装在不同的状态类中，从而使代码更加清晰和易于维护。当一个对象的状态改变时，状态模式会自动更新该对象的行为，而不需要在代码中手动进行判断和处理。

通常业务系统中会存在一些拥有状态的对象，而且这些状态之间可以进行转换，并且在不同的状态下会表现出不同的行为或者不同的功能，比如交通灯控制系统中会存在红灯、绿灯和黄灯，再比如订单系统中的订单会存在已下单、待支付、待发货、待收货等状态，这些状态会通过不同的行为进行相互转换，这时候在系统设计时就可以使用状态模式。

下面是状态模式的类图：

可以看到状态模式主要包含三种类型的角色：

1、上下文(**Context**)角色：封装了状态的实例，负责维护状态实例，并将请求委托给当前的状态对象。

2、抽象状态(**State**)角色：定义了表示不同状态的接口，并封装了该状态下的行为。所有具体状态都实现这个接口。

3、具体状态(**Concrete State**)角色：具体实现了抽象状态角色的接口，并封装了该状态下的行为。

下面是使用状态模式实现红绿灯状态变更的一个简单案例：

抽象状态类：

/** * @description: 抽象状态类 */public abstract class MyState {    abstract void handler();}

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具体状态类 A

/** * @description: 具体状态A */public class RedLightState extends MyState{
    @Override    void handler() {        System.out.println("红灯停");    }}

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具体状态类 B

/** * @description: 具体状态B */public class GreenLightState extends MyState{
    @Override    void handler() {        System.out.println("绿灯行");    }}

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环境类：维护当前状态对象，并提供了切换状态的方法。

/** * @description: 环境类 */public class MyContext {
    private MyState state;
    public void setState(MyState state) {        this.state = state;    }
    public void handler() {        state.handler();    }}

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测试类

/** * @description: 测试状态模式 */public class TestStateModel {    public static void main(String[] args) {        MyContext myContext = new MyContext();
        RedLightState redLightState = new RedLightState();        GreenLightState greenLightState = new GreenLightState();
        myContext.setState(redLightState);        myContext.handler(); //红灯停
        myContext.setState(greenLightState);        myContext.handler(); //绿灯行    }}

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下面是对应的执行结果

可以发现，使用状态模式中的状态类在一定程度上也消除了 if-else 逻辑校验，看到这里，有些人可能会有疑问：状态模式和策略模式的区别是什么呢？

状态模式更关注对象在不同状态的行为和状态之间的流转，而策略模式更关注对象不同策略的选择。

上面我们介绍了设计模式中的状态模式，接下来我们来看看 Spring 状态机。

2. Spring 状态机

状态机，也就是 State Machine ，不是指一台实际机器，而是指一个数学模型 。说白了，就是指一张状态转换图。状态机是状态模式的一种应用，相当于上下文角色的一个升级版。在工作流或游戏等各种系统中有大量使用，如各种工作流引擎，它几乎是状态机的子集和实现，封装状态的变化规则。Spring 也提供了一个很好的解决方案。Spring 中的组件名称就叫作状态机（StateMachine）。状态机帮助开发者简化状态控制的开发过程，让状态机结构更加层次化。

通过定义，我们很容易分析得到状态机应当具备一下几个要素：

当前状态：也就是状态流转的起始状态。
触发事件：引起状态之间流转的一些列动作。
响应函数：触发事件到下一个状态之间的规则。
目标状态：状态流转的目标状态。

对于组件化的状态机，当前使用较多的主要是两种：一种是 Spring 状态机，一种是 COLA 状态机，这两种状态机的对比如下表所示：

可以看到，Spring 状态机锁提供的内容较为丰富，当然对于自定义的支持就不如 COLA 状态机好，如果对自定义的需求比较高，那建议使用 COLA 状态机。

本文以 Spring 状态机为例，展示如何在业务系统中使用状态机。

为了便于大家了解 Spring 状态机的实现原理和使用方式以及其提供的功能，下面列出了官方文档和源码，感兴趣的同学可以阅读阅读。

官方文档： https://docs.spring.io/spring-statemachine/docs/4.0.0/reference/index.html#statemachine-config-states

源代码： https://github.com/spring-projects/spring-statemachine

3. Spring 状态机实现订单状态流转

对于状态模式，Spring 封装好了一个组件，就叫状态机（StateMachine）。Spring 状态机可以帮助我们开发者简化状态控制的开发过程，让状态机结构更加层次化。下面用 Spring 状态机模拟一个订单状态流转的过程。

3.1 环境准备

首先，如果要使用 spring 状态机，需要引入对应的 jar 包，这里我的 springboot 版本是：2.2.1.RELEASE

<dependency>    <groupId>org.springframework.statemachine</groupId>    <artifactId>spring-statemachine-core</artifactId>    <version>${springboot.version}</version></dependency>

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下面是简化的订单的定义，以及订单状态和订单转换行为的枚举

/** * @description: 模拟订单类 */@Datapublic class Order {    private Long orderId;    private OrderStatusEnum orderStatus;}
/** * @description: 订单状态 */public enum OrderStatusEnum {    // 待支付    WAIT_PAYMENT,    // 待发货    WAIT_DELIVER,    // 待收货    WAIT_RECEIVE,    // 完成    FINISH;}
/** * @description:订单状态转换行为 */public enum OrderStatusChangeEventEnum {    //支付    PAYED,    //发货    DELIVERY,    //收货    RECEIVED;}

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3.2 构造订单状态机

在引入 jar 包之后，需要构建一个针对订单状态流转的状态机

订单状态机配置类如下：

/** * @description: 订单状态机 */@Configuration@EnableStateMachinepublic class OrderStatusMachineConfig extends StateMachineConfigurerAdapter<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> {
    /**     * 配置状态     */    @Override    public void configure(StateMachineStateConfigurer<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> states) throws Exception {        states.withStates()                .initial(OrderStatusEnum.WAIT_PAYMENT)                .end(OrderStatusEnum.FINISH)                .states(EnumSet.allOf(OrderStatusEnum.class));    }
    /**     * 配置状态转换事件关系     */    @Override    public void configure(StateMachineTransitionConfigurer<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> transitions) throws Exception {        transitions.withExternal().source(OrderStatusEnum.WAIT_PAYMENT).target(OrderStatusEnum.WAIT_DELIVER)                .event(OrderStatusChangeEventEnum.PAYED)                .and()                .withExternal().source(OrderStatusEnum.WAIT_DELIVER).target(OrderStatusEnum.WAIT_RECEIVE)                .event(OrderStatusChangeEventEnum.DELIVERY)                .and()                .withExternal().source(OrderStatusEnum.WAIT_RECEIVE).target(OrderStatusEnum.FINISH)                .event(OrderStatusChangeEventEnum.RECEIVED);    }}

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3.3 编写状态机监听器

监听状态变更事件，完成状态转换。

/** * @description: 状态监听 */@Component@WithStateMachine@Transactionalpublic class OrderStatusListener {    @OnTransition(source = "WAIT_PAYMENT", target = "WAIT_DELIVER")    public boolean payTransition(Message message) {        Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.WAIT_DELIVER);        System.out.println("支付，状态机反馈信息：" + message.getHeaders().toString());        return true;    }
    @OnTransition(source = "WAIT_DELIVER", target = "WAIT_RECEIVE")    public boolean deliverTransition(Message message) {        Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.WAIT_RECEIVE);        System.out.println("发货，状态机反馈信息：" + message.getHeaders().toString());        return true;    }
    @OnTransition(source = "WAIT_RECEIVE", target = "FINISH")    public boolean receiveTransition(Message message) {        Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.FINISH);        System.out.println("收货，状态机反馈信息：" + message.getHeaders().toString());        return true;    }
}

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3.4 编写订单服务类

模拟对订单的一些业务操作

/** * @description: 订单服务 */@Servicepublic class OrderServiceImpl implements OrderService {
    @Resource    private StateMachine<OrderStatusEnum, OrderStatusChangeEventEnum> orderStateMachine;
    private long id = 1L;
    private Map<Long, Order> orders = Maps.newConcurrentMap();
    @Override    public Order create() {        Order order = new Order();        order.setOrderStatus(OrderStatusEnum.WAIT_PAYMENT);        order.setOrderId(id++);        orders.put(order.getOrderId(), order);        System.out.println("订单创建成功:" + order.toString());        return order;    }
    @Override    public Order pay(long id) {        Order order = orders.get(id);        System.out.println("尝试支付，订单号：" + id);        Message message = MessageBuilder.withPayload(OrderStatusChangeEventEnum.PAYED).                setHeader("order", order).build();        if (!sendEvent(message)) {            System.out.println(" 支付失败, 状态异常，订单号：" + id);        }        return orders.get(id);    }
    @Override    public Order deliver(long id) {        Order order = orders.get(id);        System.out.println(" 尝试发货，订单号：" + id);        if (!sendEvent(MessageBuilder.withPayload(OrderStatusChangeEventEnum.DELIVERY)                .setHeader("order", order).build())) {            System.out.println(" 发货失败，状态异常，订单号：" + id);        }        return orders.get(id);    }
    @Override    public Order receive(long id) {        Order order = orders.get(id);        System.out.println(" 尝试收货，订单号：" + id);        if (!sendEvent(MessageBuilder.withPayload(OrderStatusChangeEventEnum.RECEIVED)                .setHeader("order", order).build())) {            System.out.println(" 收货失败，状态异常，订单号：" + id);        }        return orders.get(id);    }

    @Override    public Map<Long, Order> getOrders() {        return orders;    }
    /**     * 发送状态转换事件     * @param message     * @return     */    private synchronized boolean sendEvent(Message<OrderStatusChangeEventEnum> message) {        boolean result = false;        try {            orderStateMachine.start();            result = orderStateMachine.sendEvent(message);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        } finally {            if (Objects.nonNull(message)) {                Order order = (Order) message.getHeaders().get("order");                if (Objects.nonNull(order) && Objects.equals(order.getOrderStatus(), OrderStatusEnum.FINISH)) {                    orderStateMachine.stop();                }            }        }        return result;    }}

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3.5 测试入口

这里编写一个 controller 模拟 c 端用户请求，为了便于展示，这里使用一个测试方法完成所有的操作

@RestControllerpublic class OrderController {
    @Resource    private OrderService orderService;
    @RequestMapping("/testOrderStatusChange")    public String testOrderStatusChange(){        orderService.create();        orderService.create();        orderService.pay(1L);        orderService.deliver(1L);        orderService.receive(1L);        orderService.pay(2L);        orderService.deliver(2L);        orderService.receive(2L);        System.out.println("全部订单状态：" + orderService.getOrders());        return "success";    }
}