关于java:管理订单状态该上状态机吗轻量级状态机COLA-StateMachine保姆级入门教程

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前言

在平时的后端我的项目开发中，状态机模式的应用其实没有大家设想中那么常见，笔者之前因为不在电商畛域工作，很少在业务代码中用状态机来治理各种状态，个别都是手动 get/set 状态值。去年笔者进入了电商畛域从事后端开发。电商畛域，状态又多又简单，如果依然在业务代码中东一块西一块保护状态值，很容易陷入出了问题难于 Debug，难于追责的困境。

碰巧有个新启动的我的项目须要进行订单状态的治理，我着手将 Spring StateMachine 接入了进来，治理购物订单状态，不得不说，Spring StateMachine 全家桶的文档写的是不错，并且 Spring StateMachine 也是有官网背书的。然而，它切实是太”重“了，想要简略批改一个订单的状态，须要十分复杂的代码来实现。具体就不在这里开展了，不然我感觉能够吐槽一整天。

说到底 Spring StateMachine 上手难度十分大，如果没有用来做重型状态机的需要，非常不举荐一般的小我的项目进行接入。

最最重要的是，因为 Spring StateMachine 状态机实例 不是无状态的，无奈做到线程平安，所以代码要么须要应用锁同步，要么须要用 Threadlocal，十分的苦楚和难用。 例如上面的 Spring StateMachine 代码就用了重量级锁保障线程平安，在高并发的互联网利用中，这种代码留的隐患十分大。

private synchronized boolean sendEvent(Message<PurchaseOrderEvent> message, OrderEntity orderEntity) {
        boolean result = false;
        try {stateMachine.start();
            // 尝试复原状态机状态
            persister.restore(stateMachine, orderEntity);
            // 执行事件
            result = stateMachine.sendEvent(message);
            // 长久化状态机状态
            persister.persist(stateMachine, (OrderEntity) message.getHeaders().get("purchaseOrder"));
        } catch (Exception e) {log.error("sendEvent error", e);
        } finally {stateMachine.stop();
        }
        return result;
    }

吃了一次亏后，我再一次在网上翻阅各种 Java 状态机的实现，有大的开源我的项目，也有小而美的集体实现。后果在 COLA 架构中发现了 COLA 还写了一套状态机实现。COLA 的作者给咱们提供了一个无状态的，轻量化的状态机，接入非常简略。并且因为无状态的特点，能够做到线程平安，反对电商的高并发场景。

COLA 是什么？如果你还没听说过 COLA，无妨看一看我之前的文章，传送门如下：

https://mp.weixin.qq.com/s/07…

如果你须要在我的项目中引入状态机，此时此刻，我会举荐应用 COLA 状态机。

COLA 状态机介绍

COLA 状态机是在 Github 开源的，作者也写了介绍文章：

https://blog.csdn.net/signifi…

官网文章的前半部分重点介绍了 DSL（Domain Specific Languages），这一部分比拟形象和概念化，大家感兴趣，能够返回原文查看。我精简一下 DSL 的次要含意：

什么是 DSL? DSL 是一种工具，它的外围价值在于，它提供了一种伎俩，能够更加清晰地就零碎某局部的用意进行沟通。

比方正则表达式，/\d{3}-\d{3}-\d{4}/就是一个典型的 DSL，解决的是字符串匹配这个特定畛域的问题。

文章的后半局部重点论述了 作者为什么要做 COLA 状态机？想必这也是读者比拟好奇的问题。我帮大家精简一下原文的表述：

  • 首先，状态机的实现应该能够十分的轻量，最简略的状态机用一个 Enum 就能实现，根本是零老本。
  • 其次，应用状态机的 DSL 来表白状态的流转，语义会更加清晰，会加强代码的可读性和可维护性。
  • 开源状态机太简单： 就咱们的我的项目而言（其实大部分我的项目都是如此）。我切实不须要那么多状态机的高级玩法：比方状态的嵌套（substate），状态的并行（parallel，fork，join）、子状态机等等。
  • 开源状态机性能差： 这些开源的状态机都是有状态的（Stateful）的，因为有状态，状态机的实例就不是线程平安的，而咱们的应用服务器是分布式多线程的，所以在每一次状态机在承受申请的时候，都不得不从新 build 一个新的状态机实例。

所以COLA 状态机设计的指标很明确，有两个核心理念：

  1. 简洁的仅反对状态流转的状态机，不须要反对嵌套、并行等高级玩法。
  2. 状态机自身须要是 Stateless（无状态）的，这样一个 Singleton Instance 就能服务所有的状态流转申请了。

COLA 状态机的外围概念如下图所示，次要包含：

State：状态
Event：事件，状态由事件触发，引起变动
Transition：流转，示意从一个状态到另一个状态
External Transition：内部流转，两个不同状态之间的流转
Internal Transition：外部流转，同一个状态之间的流转
Condition：条件，示意是否容许达到某个状态
Action：动作，达到某个状态之后，能够做什么
StateMachine：状态机

COLA 状态机原理

这一大节，咱们先讲几个 COLA 状态机最重要两个局部，一个是它应用的连贯接口，一个是状态机的注册和应用原理。如果你临时对它的实现原理不感兴趣，能够间接跳过本大节，间接看前面的实战代码局部。

PS：解说的代码版本为 cola-component-statemachine 4.2.0-SNAPSHOT

下图展现了 COLA 状态机的源代码目录，能够看到十分的简洁。

1. 连贯接口 Fluent Interfaces

COLA 状态机的定义应用了连贯接口 Fluent Interfaces，连贯接口的一个重要作用是，限定办法调用的程序。比方，在构建状态机的时候，咱们只有在调用了 from 办法后，能力调用 to 办法，Builder 模式没有这个性能。

下图中能够看到，咱们在应用的时候是被严格限度的：

StateMachineBuilder<States, Events, Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
        builder.externalTransition()
                .from(States.STATE1)
                .to(States.STATE2)
                .on(Events.EVENT1)
                .when(checkCondition())
                .perform(doAction());

这是如何实现的？其实是应用了 Java 接口来实现。

2. 状态机注册和触发原理

这里简略梳理一下状态机的注册和触发原理。

用户执行如下代码来创立一个状态机，指定一个 MACHINE_ID：

StateMachine<States, Events, Context> stateMachine = builder.build(MACHINE_ID);

COLA 会将该状态机在 StateMachineFactory 类中，放入一个 ConcurrentHashMap，以状态机名为 key 注册。

static Map<String /* machineId */, StateMachine> stateMachineMap = new ConcurrentHashMap<>();

注册好后，用户便能够应用状态机，通过相似下方的代码触发状态机的状态流转：

stateMachine.fireEvent(StateMachineTest.States.STATE1, StateMachineTest.Events.EVENT1, new Context("1"));

外部实现如下：

  1. 首先判断 COLA 状态机整个组件是否初始化实现。
  2. 通过 routeTransition 寻找是否有符合条件的状态流转。
  3. transition.transit 执行状态流转。

transition.transit 办法中：

查看本次流转是否合乎 condition，合乎，则执行对应的 action。

COLA 状态机实战

**PS：以下实战代码取自 COLA 官网仓库测试类

一、状态流转应用示例

  1. 从繁多状态流转到另一个状态
@Test
public void testExternalNormal(){StateMachineBuilder<States, Events, Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
    builder.externalTransition()
            .from(States.STATE1)
            .to(States.STATE2)
            .on(Events.EVENT1)
            .when(checkCondition())
            .perform(doAction());

    StateMachine<States, Events, Context> stateMachine = builder.build(MACHINE_ID);
    States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.EVENT1, new Context());
    Assert.assertEquals(States.STATE2, target);
}

private Condition<Context> checkCondition() {return (ctx) -> {return true;};
}

private Action<States, Events, Context> doAction() {return (from, to, event, ctx)->{System.out.println(ctx.operator+"is operating"+ctx.entityId+"from:"+from+"to:"+to+"on:"+event);
        };
}

能够看到，每次进行状态流转时，查看 checkCondition()，当返回 true，执行状态流转的操作 doAction()。

前面所有的 checkCondition()和 doAction()办法在下方就不再反复贴出了。

  1. 从多个状态流传到新的状态
@Test
public void testExternalTransitionsNormal(){StateMachineBuilder<States, Events, Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
    builder.externalTransitions()
            .fromAmong(States.STATE1, States.STATE2, States.STATE3)
            .to(States.STATE4)
            .on(Events.EVENT1)
            .when(checkCondition())
            .perform(doAction());

    StateMachine<States, Events, Context> stateMachine = builder.build(MACHINE_ID+"1");
    States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE2, Events.EVENT1, new Context());
    Assert.assertEquals(States.STATE4, target);
}
  1. 状态外部触发流转
@Test
public void testInternalNormal(){StateMachineBuilder<States, Events, Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
    builder.internalTransition()
            .within(States.STATE1)
            .on(Events.INTERNAL_EVENT)
            .when(checkCondition())
            .perform(doAction());
    StateMachine<States, Events, Context> stateMachine = builder.build(MACHINE_ID+"2");

    stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.EVENT1, new Context());
    States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.INTERNAL_EVENT, new Context());
    Assert.assertEquals(States.STATE1, target);
}
  1. 多线程测试并发测试
@Test
public void testMultiThread(){buildStateMachine("testMultiThread");

  for(int i=0 ; i<10 ; i++){Thread thread = new Thread(()->{StateMachine<States, Events, Context> stateMachine = StateMachineFactory.get("testMultiThread");
      States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.EVENT1, new Context());
      Assert.assertEquals(States.STATE2, target);
      });
      thread.start();}


    for(int i=0 ; i<10 ; i++) {Thread thread = new Thread(() -> {StateMachine<States, Events, Context> stateMachine = StateMachineFactory.get("testMultiThread");
      States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.EVENT4, new Context());
      Assert.assertEquals(States.STATE4, target);
      });
      thread.start();}

    for(int i=0 ; i<10 ; i++) {Thread thread = new Thread(() -> {StateMachine<States, Events, Context> stateMachine = StateMachineFactory.get("testMultiThread");
      States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.EVENT3, new Context());
      Assert.assertEquals(States.STATE3, target);
      });
      thread.start();}

}

因为 COLA 状态机时无状态的状态机，所以性能是很高的。相比起来，SpringStateMachine 因为是有状态的，就须要使用者自行保障线程平安了。

二、多分支状态流转示例

/**
* 测试抉择分支，针对同一个事件：EVENT1
* if condition == "1", STATE1 --> STATE1
* if condition == "2" , STATE1 --> STATE2
* if condition == "3" , STATE1 --> STATE3
*/
@Test
public void testChoice(){StateMachineBuilder<StateMachineTest.States, StateMachineTest.Events, Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
  builder.internalTransition()
  .within(StateMachineTest.States.STATE1)
  .on(StateMachineTest.Events.EVENT1)
  .when(checkCondition1())
  .perform(doAction());
  builder.externalTransition()
  .from(StateMachineTest.States.STATE1)
  .to(StateMachineTest.States.STATE2)
  .on(StateMachineTest.Events.EVENT1)
  .when(checkCondition2())
  .perform(doAction());
  builder.externalTransition()
  .from(StateMachineTest.States.STATE1)
  .to(StateMachineTest.States.STATE3)
  .on(StateMachineTest.Events.EVENT1)
  .when(checkCondition3())
  .perform(doAction());

  StateMachine<StateMachineTest.States, StateMachineTest.Events, Context> stateMachine = builder.build("ChoiceConditionMachine");
  StateMachineTest.States target1 = stateMachine.fireEvent(StateMachineTest.States.STATE1, StateMachineTest.Events.EVENT1, new Context("1"));
  Assert.assertEquals(StateMachineTest.States.STATE1,target1);
  StateMachineTest.States target2 = stateMachine.fireEvent(StateMachineTest.States.STATE1, StateMachineTest.Events.EVENT1, new Context("2"));
  Assert.assertEquals(StateMachineTest.States.STATE2,target2);
  StateMachineTest.States target3 = stateMachine.fireEvent(StateMachineTest.States.STATE1, StateMachineTest.Events.EVENT1, new Context("3"));
  Assert.assertEquals(StateMachineTest.States.STATE3,target3);
  }

能够看到，编写一个多分支的状态机也是十分简单明了的。

三、通过状态机反向生成 PlantUml 图

没想到吧，还能通过代码定义好的状态机反向生成 plantUML 图，实现状态机的可视化。（能够用图谈话，和产品比照下状态实现的是否正确了。）

四、非凡应用示例

  1. 不满足状态流转条件时的解决
@Test
public void testConditionNotMeet(){StateMachineBuilder<StateMachineTest.States, StateMachineTest.Events, StateMachineTest.Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
  builder.externalTransition()
  .from(StateMachineTest.States.STATE1)
  .to(StateMachineTest.States.STATE2)
  .on(StateMachineTest.Events.EVENT1)
  .when(checkConditionFalse())
  .perform(doAction());

  StateMachine<StateMachineTest.States, StateMachineTest.Events, StateMachineTest.Context> stateMachine = builder.build("NotMeetConditionMachine");
  StateMachineTest.States target = stateMachine.fireEvent(StateMachineTest.States.STATE1, StateMachineTest.Events.EVENT1, new StateMachineTest.Context());
  Assert.assertEquals(StateMachineTest.States.STATE1,target);
}

能够看到，当 checkConditionFalse()执行时，永远不会满足状态流转的条件，则状态不会变动，会间接返回原来的 STATE1。相干源码在这里：

  1. 反复定义雷同的状态流转
@Test(expected = StateMachineException.class)
public void testDuplicatedTransition(){StateMachineBuilder<StateMachineTest.States, StateMachineTest.Events, StateMachineTest.Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
  builder.externalTransition()
  .from(StateMachineTest.States.STATE1)
  .to(StateMachineTest.States.STATE2)
  .on(StateMachineTest.Events.EVENT1)
  .when(checkCondition())
  .perform(doAction());

  builder.externalTransition()
  .from(StateMachineTest.States.STATE1)
  .to(StateMachineTest.States.STATE2)
  .on(StateMachineTest.Events.EVENT1)
  .when(checkCondition())
  .perform(doAction());
}

会在第二次 builder 执行到 on(StateMachineTest.Events.EVENT1)函数时，抛出 StateMachineException 异样。抛出异样在 on()的 verify 查看这里，如下：

  1. 反复定义状态机
@Test(expected = StateMachineException.class)
public void testDuplicateMachine(){StateMachineBuilder<StateMachineTest.States, StateMachineTest.Events, StateMachineTest.Context> builder = StateMachineBuilderFactory.create();
  builder.externalTransition()
  .from(StateMachineTest.States.STATE1)
  .to(StateMachineTest.States.STATE2)
  .on(StateMachineTest.Events.EVENT1)
  .when(checkCondition())
  .perform(doAction());

  builder.build("DuplicatedMachine");
  builder.build("DuplicatedMachine");
}

会在第二次 build 同名状态机时抛出 StateMachineException 异样。抛出异样的源码在状态机的注册函数中，如下：

结语

为了不把篇幅拉得过长，在这里无奈具体地横向比照几大支流状态机（Spring Statemachine，Squirrel statemachine 等）和 COLA 的区别，不过基于笔者在 Spring Statemachine 踩过的深坑，目前来看，COLA 状态机的简洁设计适宜用在订单治理等小型状态机的保护，如果你想要在你的我的项目中接入状态机，又不须要嵌套、并行等高级玩法，那么 COLA 是个非常适合的抉择。

我是后端工程师，蛮三刀酱。

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正文完
java
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2022-06-02
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