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有限状态机(FSM)的Java 演示

本文从简单的样例入手。逐步演变成很复杂的程序。

在简明 状态模式(5.8)中,状态之间的变换由外界控制,或者说。多种状态是切割的、无关的。状态模式最有趣的地方正是讨论其状态的变迁。

1.引子

空调(air-condition)的遥控器有两个button(很多其它的button技术分享在后面的样例中引入)。power/电源键和cool/制冷键

空调的执行呈现3个状态,停止/Off、仅送风/FanOnly、制冷/Cool。

起始状态为Off。状态变化图例如以下所看到的。

这是简化的有限状态机(Finite State Machine、FSM或者Finite State Automata)图形,使用了状态图的3个元素:①气泡,表示状态(state);②连接状态的箭头表示转换(transition);③箭头上的标记前者为事件(event)。

技术分享

状态的转换,看图说话。按power键,则Off→FanOnly、Cool→Off等;按cool。则Off→Off (没有画出来,喜欢全面一点就自己画吧)。

对于这样的简单的状态的转换,yqj2065还是喜欢分支语句技术分享,简洁明快。

例程 4-5 简洁明快
package property.state.stateMachine;
import static tool.Print.*;//pln
/**
 * 空调Aircon。

简单的模型: * 遥控器有两个button(很多其它的button在以下的样例中引入)。power电源键和cool制冷键。 * 空调的执行呈现3个状态。停止/Off、仅送风/FanOnly、制冷/Cool。 * 起始状态为Off * @author (yqj2065) * @version 0.1 */ public class Aircon0{ // off,FanOnly。AC private int state=0;//起始状态为Off public int getState(){return state;} //两个Action public void power(){//按power键 if(state==0){//off state=1; pln("start Fan"); }else if(state==1){//FanOnly state=0; pln("stop Fan"); }else{ state=0; pln("stop Cool"); } } public void cool(){//按制冷键 if(state==0){//off pln("nothing"); }else if(state==1){//FanOnly state=2; pln("start Cool"); }else{ state=1; pln("stop Cool"); } } } package property.state.stateMachine; public class ACCtrl{ public static void test(){ Aircon0 ac = new Aircon0();//power() cool() System.out.println("Current State:" + ac.getState()); ac.cool(); ac.power(); ac.cool(); ac.cool(); ac.power(); ac.power(); } }

測试代码的输出:

Current State:0
nothing
start Fan
start Cool
stop Cool
stop Fan
start Fan

在此基础上。能够花10分钟练习一下,採用状态模式改动上述代码。

我们使用enum编写状态类层次。

其结构例如以下:

例程 4 6 enum State

enum State0{
    OFF{
        @Override void power(){            
        }
        @Override void power(){
        }
    },FANONLY{
    },
    COOL{ };
    public abstract void power();
    public abstract void cool();
}

(本来是应该将State1作为Aircon1的内部类的。放在外边。power()等须要加入參数Aircon1,变为power(Aircon1 ac)).

如今,丰富有限状态机的细节。增添④动作(action)。如事件(event)对应的动作和状态的动作。

技术分享

为此。在enum State1中。除了状态模式 提取的接口外,加入了状态机的各种动作/action methode
    void entry(Aircon1 ac){pln("→"+ac.state.name());}
    void exit(Aircon1 ac){p(ac.state.name()+"→ ");}
    void startCool(){        p("start Cool");    }
    void stopCool(){        p("stop Cool");    }
    void startFan(){        p("start Fan");    }
    void stopFan(){        p("stop Fan");    }  

每一个power(Aircon1 ac)、cool(Aircon1 ac)的方法体结构都是:

            this.exit(ac);
            //假设有的话,事件(event)对应的动作,如stopFan();
            ac.state =OFF; //下一个状态
            ac.state.entry(ac); 

package property.state.stateMachine;
import static tool.Print.*;//pln
/**
 * 本来是应该将State1作为Aircon1的内部类的。

如今放在外边, * power()等须要变为power(Aircon1 ac) */ public enum State1{ OFF{ @Override void exit(Aircon1 ac){super.exit(ac);startFan();} @Override void power(Aircon1 ac){ this.exit(ac); ac.state =FANONLY; ac.state.entry(ac); } @Override void cool(Aircon1 ac){ pln("nothing"); } },FANONLY{ @Override void power(Aircon1 ac){ this.exit(ac); stopFan(); ac.state =OFF; ac.state.entry(ac); } @Override void cool(Aircon1 ac){ this.exit(ac); ac.state =COOL; ac.state.entry(ac); } }, COOL{ @Override void exit(Aircon1 ac){super.exit(ac);stopCool();} @Override void entry(Aircon1 ac){startCool();super.entry(ac);} @Override void power(Aircon1 ac){ this.exit(ac); stopFan(); ac.state =OFF; ac.state.entry(ac); } @Override void cool(Aircon1 ac){ this.exit(ac); ac.state =FANONLY; ac.state.entry(ac); } }; //状态模式 提取的接口 abstract void power(Aircon1 ac); abstract void cool(Aircon1 ac); //状态机的各种动作action methode void entry(Aircon1 ac){pln("→"+ac.state.name());} void exit(Aircon1 ac){p(ac.state.name()+"→ ");} void startCool(){ p("start Cool"); } void stopCool(){ p("stop Cool"); } void startFan(){ p("start Fan"); } void stopFan(){ p("stop Fan"); } }

空调Aircon1的改动版本号。


package property.state.stateMachine;
import static tool.Print.*;//pln
/**
 * 空调Aircon1。

使用状态模式重构Aircon0,使用enum State1编写状态类层次。

* @author (yqj2065) * @version 0.1 */ public class Aircon1{ State1 state= State1.OFF;//private改默认,删除getState()。 //两个Action public void power(){//按power键 state.power(this); } public void cool(){//按制冷键 state.cool(this); } /** * ACCtrl的代码。 */ public static void test(){ Aircon1 ac = new Aircon1(); System.out.println("Current State:" + ac.state.name()); ac.cool(); ac.power(); ac.cool(); ac.cool(); ac.power(); ac.power(); ac.power(); } }

相应測试操作的输出:“OFF→”表示离开OFF状态,而“→FANONLY”...

Current State:OFF
nothing
OFF→ start Fan→FANONLY
FANONLY→ start Cool→COOL
COOL→ stop Cool→FANONLY
FANONLY→ stop Fan→OFF
OFF→ start Fan→FANONLY
FANONLY→ stop Fan→OFF

2.分层状态机

对于状态较多的状态机,通常将具有很多公共的特性的状态合并到一起。比如FANONLY和COOL构成的Running状态

技术分享

状态机中的hierarchical states,我们可以使用组合模式处理。

(还没有单独写组合模式,技术分享)。

可是,又不一定可以完美地使用组合模式。比如Running到Off,全部的Running的内部状态在PoverEvent时都转化到OFF,非常好;OFF到Running,不是全部Running的内部状态都要调用其entry。在使用enum(不好搞类层次)时。使用责任链吧。


楼主绘图中、考虑很多其它button中....

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