从工作流状态机实践中总结状态模式使用心得

03-12-07 banq

状态模式好像是很简单的模式，正因为状态好像是个简单的对象，想复杂化实现设计模式就不是容易，误用情况很多。

我个人曾经设计过一个大型游戏系统的游戏状态机，游戏状态可以说是游戏设计的主要架构，但是由于系统过分复杂
和时间仓促，并没有真正实现状态模式。

目前在实现一个电子政务项目中，需要进行流程状态变化，在电子政务设计中，我发现，如果一开始完全按照工作流
规范开发，难度很大，它和具体项目实践结合无法把握，而且工作流规范现在有wfmc，还有bpml，选择也比较难。因
此，我决定走自创的中间道路。

因为，我需要做一个状态机API，或者说状态机框架，供具体系统调用：类如公文流转应用或信息发报送应用等。

好的状态模式必须做到两点：
1. 状态变化必须从外界其它逻辑划分出来。
2. 状态必须可方便拓展，对其它代码影响非常小。

要做到这两点，必须先明确状态变化机制，状态变化实际是由Event事件驱动的，可以认为是Event-condition-State，
在MVC模式一般是Event-condition-Action实现。状态模式需要封装的是Event-condition-State中的condition-State
部分。

清晰理解状态和流程的关系也非常重要，因为状态不是孤立的，可以说和流程是点和线的关系，状态从一个方面说明
了流程，流程是随时间而改变，状态是截取流程某个时间片。因此，必须明白使用状态模式实现状态机实际是为了更
好地表达和说明流程。

状态和流程以及事件的关系如下：

                 |Event
___currentState__|______newState___
<p class="indent">

图中表示了是事件改变了流程的状态，在业务逻辑中，经常发生的是事件，如果不使用状态模式，需要在很多业务逻
辑处实现事件到状态判定和转换，这有很多危险性。

最大的危险是系统没有一个一抓就灵的主体结构，以那个游戏系统为例，在没有状态模式对状态提炼的情况下，状态
改变由每个程序员想当然实现，导致每个程序员开发的功能在整合时就无法调试，因为这个程序员可能不知道那个程
序员的代码在什么运行条件下改变了游戏状态，结果导致自己的代码无法运行。

这种现象实际上拒绝了项目管理的协作性，大大地拖延项目进度（程序员之间要反复商量讨论对方代码设计）。从这
一点也说明，一个好的架构设计是一个项目快速成功完成的基础技术保证，没有这个技术基础，再先进的项目管理手
段也是没有效率的，或者是笨拙的。

状态模式对于很多系统来说，确实是架构组成一个重要部分。

下面继续讨论如何实现一个好的状态模式，为了实现好的状态模式，必须在状态模式中封装下面两个部分：
1. 状态转换规则（行为）
2. 状态属性（属性）

状态转换行为有两种划分标准：
1. run和next两个行为，run是当前状态运行行为，next是指在Event参与下，几种可能转向的下一个状态。
2. stateEnter和stateExit，状态进入和状态退出。

如果用进入一个个房间来表示状态流程的话，第一种分析是只重视着“在房间里”和“如何转入下一个房间”，这两种行
为一旦确定，可以被反复使用，进而一个流程的状态切换可以全部表达出来。

第二中分析方法有所区别，只重视进入房间和离开房间这个两个行为，同样，这种模型也可以被反复利用在其它房间，
一个流程的状态切换也可以全部表达出来。

具体选择取决于你的需求，比如，如果你在进入一个状态开始，要做很多初始化工作，那么第二种模型就很适合。

状态变化都离不开一个主体对象，主体对象可以说包含状态变化（行为）和状态属性（属性），假设为StateOwner，
StateOwner有两个部分组成：Task/事情和状态。任何一个Task/事情都会对应一个状态。

这样，我们已经抽象出两个主要对象：状态State和StateOwner。

为了封装状态变化细节，我们可以抽象出一个状态机StateMachine来专门实现状态根据事情实现转换。

这样，客户端外界通过状态机可访问状态模式这个匣子。在实践中，外界客户端需要和状态机实现数据交换，我们把
它也分为两种：属性和行为。

其中属性可能需要外界告诉状态状态变化的主体对象Task，解决状态的主人问题，是谁的问题；行为可能是需要持久
化当前这个主体对象的状态到数据库。

这两种数据交换可以分别通过StateOwner和StateMachine与整个状态机实现数据交换，这样，具体状态和状态切换也
和外界实现了解耦隔离。

因此好的状态模式实现必须有下列步骤：
（1）将每个状态变成State的子类，实现每个状态对象化。
（2）在每个状态中，封装着进入下一个状态可能规则，这些规则是状态变化的核心，换句话说，统一了状态转换的规则。
具体可采取run和next这样的转换行为。

下面是一个子状态代码：


public class Running extends StateT{

  //
  public void run(StateOwner stateOwner){
     stateOwner.setCurrentState(this);
  }

  //转换到下一个状态的规则
  //当前是Running状态，下一个状态可能是暂停、结束或者强制退出等
  //状态，但是绝对不会是Not_Started这样的状态
  //转换规则在这里得到了体现。
  public State next(Event e) {
    if(transitions == null){
       addEventState(new EventImp("PAUSE"), new Suspended());
       addEventState(new EventImp("END"), new Completed());
       addEventState(new EventImp("STOP"), new Aborted());
    }
    return super.next(e);
  }

}     



外界直接调用 StateMachine的关键方法transition；实行状态的自动转变。  


public class StateMachine {

 /**
   * 状态切换
   * 根据Event参数，运行相应的状态。
   * 1. 获得当前状态
   * 2. 使用当前状态的next()转换
   *                  |Event
   * ___currentState__|______newState___
   *
   * @param inputs
   */
  public final void transition(String taskid, Event e) throws Exception {
    State currentState = readCurrentState(taskid); //从数据库获得当前状态
    StateOwner stateOwner = new StateOwner(taskid, currentState);
    //转换状态
    currentState = currentState.next(e);
    if (currentState != null) {
      currentState.run(stateOwner);
      saveCurrentState(stateOwner); //保存当前状态
    }
  }

}

iceant

2003-12-08 11:16

我原来的想法是使用 Event 为中心的处理机制: Event + Listener

拿你说的从一个房间进入另一个房间来说:
临界事件，就是跨过门。所以，在系统中，一般会有三个处理方法:

prePassThroughDoor();
doPassThroughDoor();
postPassThroughDoor();

在每个事件，都可以加入相应的 Listener. 这样可以做到系统的可扩展性。

但是这有个问题，就是所有的事件都必须去手写实现，这会很麻烦。
现在有 AspectJ, 如果我对 AspectJ 的理解没错的话，它很容易就可以实现这一点。你可以在任一方法调用之前，或之后，加入相应的事件点，在事件点上加入 Listener 机制。

chenye99

2003-12-08 11:34

> public class Running extends StateT{
>
> //
> public void run(StateOwner stateOwner){
> stateOwner.setCurrentState(this);
> }
>
> //转换到下一个状态的规则
>
> //当前是Running状态，下一个状态可能是暂停、结束或者强
> 仆顺龅?> //状态，但是绝对不会是Not_Started这样的状态
> //转换规则在这里得到了体现。
> public State next(Event e) {
> if(transitions == null){
> addEventState(new EventImp("PAUSE"), new
> ), new Suspended());
> addEventState(new EventImp("END"), new
> ), new Completed());
> addEventState(new EventImp("STOP"), new
> ), new Aborted());
> }
> return super.next(e);
> }
>
> }
>
>
>
> 外界直接调用
> StateMachine的关键方法transition；实行状态的自动转变。
对于return super.next(e)的处理方式不是很清楚，可否给出StateT的next方法的代码？

banq

2003-12-08 18:00

StateT的next方法如下：

 public State next(Event e) throws InvalidStateException{
    logger.debug(" transitions size = " + transitions.size());
    String name = e.getName();
    if (transitions.containsKey(name))
      return (State) transitions.get(name);
    else
      throw new RuntimeException("Input not supported for current state "
                                 + " state is " + this.getClass().getName()
                                 + " Event is " + e.getName() );
  }

chenye99

2003-12-09 11:45

我理解Suspended、Completed、Aborted类也都是StateT类的子类，不知是不是这样？
在StateT类的next方法中，是根据事件来进行跳转，假设可能又两个状态都存在PAUSE事件，又怎么区分呢？
在刚看到方案时我的感觉是StateT子类中next方法应为return super.next(this,e)，不知是不是我的理解有问题？

wildfox

2003-12-09 12:19

如果你的状态State非常多，而且Event也非常多，并且每一个Event都可能在很多个不同的State中起作用并使系统进入到不同的State,那么，是不是需要在每一个State的next()方法中都要用代码写出来呢？

另外假如对于
>(StateA)---[Event1]--->(StateB)
过了一段时间需要>(StateA)---[Event1]--->(StateC)那么又要到代码里面去修改了？

banq

2003-12-09 14:09

to chenye99
你的理解基本没错，从实际角度考虑，没有两个状态存在同样事件的，因为事件相当于外界给予能量，主体有了新能量，本身能量会发生变化，这类似能量守恒定律。

banq

2003-12-09 14:27

to wild fox
状态模式只关注某个状态，以及这个状态可能转入的下几个状态。

我们不必在乎一个流程有很多状态，一个个分开对付就可以了。

对于
>(StateA)---[Event1]--->(StateB)
改变到
>(StateA)---[Event1]--->(StateC)

我们所要改变的只是StateA这个类的next这个方法代码。当然，也可以将next方法中可能对应的下一个状态配置在配置文件中，这样就不需要改代码了。

重要的是，我们使用状态模式封装了状态和状态转换规则，使他们没有互相混乱地纠缠在一起。

wildfox

2003-12-09 18:00

我现在在做的项目就是采用的State + StateMachine模式的，不过我们采用了配置文件来设置源State和目标State之间的切换，以次来增加系统的灵活性，虽然有一定的效果，可是，我们不但需要关心当前State,驱动事件，还需要考虑源State，以及当前State的一些条件来决定目标State,可是各个State中还是有很多if...else if...else... ，而且，当源State 和目标 State之间的切换规则发生了变化时，修改了配置文件以后，往往还是需要对相应的代码进行修改，怎样做才能在State间的切换规则发生改变以后尽可能地少对代码进行修改呢？

chenye99

2003-12-10 08:44

“以及当前State的一些条件来决定目标State”可不可以理解为当前state也存在不同的状态？如果是这样，是否有将状态进一步细化的可能？

banq

2003-12-10 09:18

to wild fox
你们存在的这个情况，说明没有真正用好状态模式，这再一次说明，模式用好真的不容易。

用好状态模式的前提必须有对系统状态和事件最本质的认识和抽象。

但就我举的这个实例，next方法中实际是给一个Hashmap赋值，所以，这个过程完成可以使用XML配置。

要做到方便的XML配置，前提还是必须将状态和状态转换规则独立分离开，否则XML配置将只是一种形式。

XMl配置是解耦后跟进一步的表现，如果你的逻辑能够做到XML配置即可运行，那么说明你之前的解耦设计已经非常成功。

banq

2003-12-10 09:19

to chenye99
状态有子状态，类似树形结构。使用状态模式处理子状态会更复杂。

天下为公

2003-12-26 17:40

EventImp与
Event的关系，请说一下，我不是太明白？

wm_creat

2004-09-24 10:03

那位老兄说得很对啊，你也知道1个事件是由一个事物驱动，一个事物同一时间只有一种状态，一个状态却可能对应0到n个事物，如果你存储状态改变的数据结构没有相关事物信息，将无法区分这个状态是A事物驱动的还是B事物驱动的，换句话说，这个数据结构的主键是：事物id，状态id，而不是一个状态id就可以的，不然必定违反数据库原理！

chenyongguang

2005-12-26 09:47

您好,请问banq,StateOwner类的源代码是什么?对StateOwner的作用不甚理解.谢谢