有限状态机(FSM)的Java 演示

Posted 2020-09-15 brucemengbm

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)。

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。，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。

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。

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，）。

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....