有限状态机(FSM)的Java 演示

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本文从简单的例子入手，逐步演变成非常复杂的程序。

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，多种状态是分割的、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)的遥控器有两个按钮(更多的按钮在后面的例子中引入)，power/电源键和cool/制冷键。空调的运行呈现3个状态，停止/Off、仅送风/FanOnly、制冷/Cool。起始状态为Off，状态变化图如下所示。

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)。

对于这种简单的状态的转换，yqj2065还是喜欢分支语句。，简洁明快。

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1. 例程 4-5 简洁明快  
2. package property.state.stateMachine;  
3. import static tool.Print.*;//pln  
4. /** 
5.  * 空调Aircon。简单的模型： 
6.  * 遥控器有两个按钮(更多的按钮在下面的例子中引入)，power电源键和cool制冷键。 
7.  * 空调的运行呈现3个状态，停止/Off、仅送风/FanOnly、制冷/Cool。 
8.  * 起始状态为Off 
9.  * @author (yqj2065)  
10.  * @version 0.1 
11.  */  
12. public class Aircon0{  
13.     // off，FanOnly，AC  
14.     private int state=0;//起始状态为Off  
15.     public int getState(){return state;}  
16.     //两个Action  
17.     public void power(){//按power键  
18.         if(state==0){//off  
19.             state=1;  
20.             pln("start Fan");   
21.         }else if(state==1){//FanOnly  
22.             state=0;  
23.             pln("stop Fan");   
24.         }else{  
25.             state=0;  
26.             pln("stop Cool");   
27.         }  
28.     }  
29.   
30.     public void cool(){//按制冷键  
31.         if(state==0){//off  
32.             pln("nothing");  
33.         }else if(state==1){//FanOnly  
34.             state=2;  
35.             pln("start Cool");   
36.         }else{  
37.             state=1;  
38.             pln("stop Cool");   
39.         }  
40.     }  
41. }  
42. package property.state.stateMachine;  
43. public class ACCtrl{  
44.     public static void test(){  
45.         Aircon0 ac = new Aircon0();//power() cool()  
46.         System.out.println("Current State:" + ac.getState());  
47.         ac.cool();  
48.         ac.power();  
49.         ac.cool();  
50.         ac.cool();  
51.         ac.power();  
52.         ac.power();  
53.     }  
54. }  

测试代码的输出：

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

在此基础上，可以花10分钟练习一下，采用状态模式修改上述代码。我们使用enum编写状态类层次。其结构如下：

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1. 例程 4 6 enum State  
2.   
3. enum State0{  
4.     OFF{  
5.         @Override void power(){              
6.         }  
7.         @Override void power(){  
8.         }  
9.     },FANONLY{  
10.     },  
11.     COOL{ };  
12.     public abstract void power();  
13.     public abstract void cool();  
14. }  

(本来是应该将State1作为Aircon1的内部类的。放在外边，power()等需要添加参数Aircon1，变为power(Aircon1 ac)).

现在，丰富有限状态机的细节，增添④动作(action)，如事件(event)相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，添加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");    }  

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

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

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1. package property.state.stateMachine;  
2. import static tool.Print.*;//pln  
3. /** 
4.  * 本来是应该将State1作为Aircon1的内部类的。现在放在外边， 
5.  * power()等需要变为power(Aircon1 ac) 
6.  */  
7. public enum State1{  
8.     OFF{  
9.         @Override void exit(Aircon1 ac){super.exit(ac);startFan();}  
10.         @Override void power(Aircon1 ac){  
11.             this.exit(ac);  
12.             ac.state =FANONLY;              
13.             ac.state.entry(ac);   
14.         }  
15.         @Override void cool(Aircon1 ac){  
16.             pln("nothing");  
17.         }  
18.     },FANONLY{  
19.         @Override void power(Aircon1 ac){  
20.             this.exit(ac);  
21.             stopFan();  
22.             ac.state =OFF;  
23.             ac.state.entry(ac);   
24.         }  
25.         @Override void cool(Aircon1 ac){  
26.             this.exit(ac);  
27.             ac.state =COOL;  
28.             ac.state.entry(ac);  
29.         }  
30.     },  
31.     COOL{  
32.         @Override void exit(Aircon1 ac){super.exit(ac);stopCool();}  
33.         @Override void entry(Aircon1 ac){startCool();super.entry(ac);}  
34.         @Override void power(Aircon1 ac){              
35.             this.exit(ac);  
36.             stopFan();  
37.             ac.state =OFF;  
38.             ac.state.entry(ac);   
39.         }  
40.         @Override void cool(Aircon1 ac){  
41.             this.exit(ac);  
42.             ac.state =FANONLY;  
43.             ac.state.entry(ac);    
44.         }  
45.     };  
46.     //状态模式 提取的接口  
47.     abstract void power(Aircon1 ac);  
48.     abstract void cool(Aircon1 ac);  
49.     //状态机的各种动作action methode  
50.     void entry(Aircon1 ac){pln("→"+ac.state.name());}  
51.     void exit(Aircon1 ac){p(ac.state.name()+"→ ");}  
52.     void startCool(){        p("start Cool");    }  
53.     void stopCool(){        p("stop Cool");    }  
54.     void startFan(){        p("start Fan");    }  
55.     void stopFan(){        p("stop Fan");    }      
56. }  

空调Aircon1的修改版本。

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1. package property.state.stateMachine;  
2. import static tool.Print.*;//pln  
3. /** 
4.  * 空调Aircon1。使用状态模式重构Aircon0，使用enum State1编写状态类层次。 
5.  * @author (yqj2065)  
6.  * @version 0.1 
7.  */  
8. public class Aircon1{  
9.     State1 state= State1.OFF;//private改默认，删除getState()。  
10.     //两个Action  
11.     public void power(){//按power键  
12.         state.power(this);  
13.     }  
14.     public void cool(){//按制冷键  
15.         state.cool(this);  
16.     }  
17.     /** 
18.      * ACCtrl的代码。 
19.      */  
20.     public static void test(){  
21.         Aircon1 ac = new Aircon1();  
22.         System.out.println("Current State:" + ac.state.name());  
23.         ac.cool();  
24.         ac.power();  
25.         ac.cool();  
26.         ac.cool();  
27.         ac.power();  
28.         ac.power();  
29.         ac.power();  
30.           
31.     }  
32. }  

对应测试操作的输出：“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，通常将具有许多公共的特性的状态合并到一起。例如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，）。但是，又不一定能够完美地使用组合模式，例如Running到Off，所有的Running的内部状态在PoverEvent时都转化到OFF，很好；OFF到Running，不是所有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。

楼主画图中、考虑更多按钮中....