面向状态机编程：复杂业务逻辑应对之道

一、状态机编程概述

状态机（Finite-State Machine，FSM）是一种表示有限个状态以及在这些状态之间转移和行为的数学模型，特别适合处理具有明确状态流转的业务场景。

适用场景

• 游戏编程中NPC的状态变化（跳跃、前进、转向等）
• 电商领域订单状态流转
• 操作系统进程调度
• 任何具有明确状态转换规则的业务场景

二、状态机实现方式对比

2.1 if/else实现

优点：

• 实现简单直观
• 适合状态数量少的场景

缺点：

• 状态增多时代码可读性差
• 业务逻辑与状态判断深度耦合
• 维护和扩展困难

2.2 状态模式

优点：

• 状态单独实现，可读性比if/else好
• 符合开闭原则

缺点：

• 扩展状态需增加状态类
• 状态多了会出现大量状态类
• 未完全解耦状态与业务
• 不利于了解系统状态全貌

2.3 有限状态机

优点：

• 基于严谨的数学模型
• 状态转移和业务逻辑完全解耦
• 可直观了解系统状态全貌
• 便于维护和扩展

缺点：

• 需引入状态机实现框架
• 有一定学习成本

三、有限状态机核心概念

3.1 关键要素

1. 状态(State)：系统可能处于的各种情况，在状态图中用圆圈表示
2. 事件(Event)：触发状态迁移的机制，对应状态图中的箭头
3. 动作(Action)：状态转换后执行的操作（可选）
4. 转移(Transition)：从原始状态到目标状态的过程
5. 条件(Guard)：状态转移需要满足的条件

3.2 Java状态机框架选型

选型建议：

• Spring项目且不涉及高并发：选择Spring Statemachine
• 需要轻量级实现或高度定制：选择Squirrel-foundation

四、Spring Statemachine实战

4.1 案例背景

零售采销维护SKU物流属性（长、宽、高、重量）时，需要经过审核流程，包含以下状态：

1. 未操作(INIT)
2. 任务下发中(TASK_DELIVERY)
3. 下发失败(DELIVERY_FAIL)
4. 复核中(RECHECKING)
5. 已复核(RECHECKED)
6. 自行联系供应商(CONCAT_SUPPLIER)
7. 挂起(SUSPEND)

4.2 实现步骤

4.2.1 定义状态枚举

public enum SkuStateEnum {
    INIT(0, "未操作"),
    TASK_DELIVERY(1, "任务下发中"),
    DELIVERY_FAIL(2, "下发失败"),
    RECHECKING(3, "复核中"),
    RECHECKED(4, "已复核"),
    CONCAT_SUPPLIER(5, "自行联系供应商"),
    SUSPEND(6, "挂起");
    
    private Integer state;
    private String desc;
    
    // 构造方法、getter和根据state获取枚举的方法
}

4.2.2 定义事件枚举

public enum SkuAttrEventEnum {
    INVOKE_OMC_ATTR_COLLECT_API_SUCCESS,  // 调用OMC属性采集接口成功
    INVOKE_OMC_ATTR_COLLECT_API_FAIL,     // 调用OMC属性采集接口失败
    INVOKE_OMC_SKU_DELIVERY_API_GATHER_FINISH, // 已生成采集单
    INVOKE_OMC_SKU_DELIVERY_API_FAIL,      // 下发查询接口失败
    MQ_OMC_SKU_ATTR_CHANGED,              // MQ返回SKU属性已变更
    INVOKE_SKU_ATTR_API_CHANGED,          // 调用接口返回SKU属性已变更
    HAS_JD_STOCK,                         // 京东有库存
    NO_JD_STOCK_HAS_VMI_STOCK,            // 京东无库存,VMI有库存
    NO_JD_STOCK_NO_VMI_STOCK,             // 京东和VMI均无库存
    UPLOAD_AND_RECHECK                    // 上传并复核
}

4.2.3 配置状态机

@Configuration
@EnableStateMachineFactory
public class SkuAttrStateMachineConfig extends StateMachineConfigurerAdapter<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> {
    
    @Override
    public void configure(StateMachineStateConfigurer<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> states) throws Exception {
        states.withStates()
            .initial(SkuStateEnum.INIT)
            .states(EnumSet.allOf(SkuStateEnum.class));
    }
    
    @Override
    public void configure(StateMachineTransitionConfigurer<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> transitions) throws Exception {
        transitions
            // INIT -> TASK_DELIVERY (调用OMC属性采集接口成功)
            .withExternal()
                .source(SkuStateEnum.INIT)
                .target(SkuStateEnum.TASK_DELIVERY)
                .event(SkuAttrEventEnum.INVOKE_OMC_ATTR_COLLECT_API_SUCCESS)
                .action(ctx -> log.info("状态变更: INIT -> TASK_DELIVERY"))
            .and()
            // INIT -> DELIVERY_FAIL (调用OMC属性采集接口失败)
            .withExternal()
                .source(SkuStateEnum.INIT)
                .target(SkuStateEnum.DELIVERY_FAIL)
                .event(SkuAttrEventEnum.INVOKE_OMC_ATTR_COLLECT_API_FAIL)
                .action(ctx -> log.info("状态变更: INIT -> DELIVERY_FAIL"))
            // 其他状态转换配置...
            ;
    }
    
    // 配置监听器
    private StateMachineListener<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> listener() {
        return new StateMachineListenerAdapter<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum>() {
            @Override
            public void transition(Transition<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> transition) {
                log.info("状态变更: {} -> {}", 
                    transition.getSource().getId(), 
                    transition.getTarget().getId());
            }
            
            @Override
            public void eventNotAccepted(Message<SkuAttrEventEnum> event) {
                log.error("事件未收到: {}", event);
            }
        };
    }
}

4.2.4 构建状态机

public StateMachine<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> buildStateMachine(String skuId) {
    // 从DB获取当前状态
    SkuStateEnum currentState = getStateFromDB(skuId);
    
    // 从工厂获取状态机实例
    StateMachine<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> stateMachine = 
        stateMachineFactory.getStateMachine(skuId);
    
    // 配置状态机
    stateMachine.getStateMachineAccessor().doWithAllRegions(sma -> {
        sma.addStateMachineInterceptor(new StateMachineInterceptorAdapter<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum>() {
            @Override
            public void preStateChange(State<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> state, 
                                      Message<SkuAttrEventEnum> message,
                                      Transition<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> transition,
                                      StateMachine<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> stateMachine) {
                // 状态变更时更新数据库
                updateStateInDB(state.getId(), skuId);
            }
        });
        
        // 设置初始状态
        sma.resetStateMachine(new DefaultStateMachineContext<>(currentState, null, null, null));
    });
    
    stateMachine.start();
    return stateMachine;
}

4.2.5 发送事件

public Boolean sendEvent(StateMachine<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> stateMachine,
                        SkuAttrEventEnum event,
                        SkuAttrRecheckState stateInfo) {
    try {
        stateMachine.sendEvent(MessageBuilder.withPayload(event)
            .setHeader("SKU_ID", stateInfo.getSkuId())
            .setHeader("STATE", stateInfo.getState())
            .setHeader("JSON_STR", JSON.toJSONString(stateInfo))
            .build());
        return true;
    } catch (Exception e) {
        log.error("发送事件失败", e);
        return false;
    }
}

4.2.6 业务逻辑应用

public Boolean recheck(List<String> skuIds) {
    for (String skuId : skuIds) {
        StateMachine<SkuStateEnum, SkuAttrEventEnum> stateMachine = buildStateMachine(skuId);
        SkuAttrRecheckState stateInfo = getStateInfo(skuId);
        
        // 根据库存情况发送不同事件
        if (hasJdStock(skuId)) {
            invokeOmcApiAndSendEvent(stateMachine, stateInfo);
        } else if (hasVmiStock(skuId)) {
            sendEvent(stateMachine, SkuAttrEventEnum.NO_JD_STOCK_HAS_VMI_STOCK, stateInfo);
        } else {
            sendEvent(stateMachine, SkuAttrEventEnum.NO_JD_STOCK_NO_VMI_STOCK, stateInfo);
        }
    }
    return true;
}

五、状态机设计最佳实践

1. 明确状态和事件：在实现前先绘制状态转换图，明确所有可能的状态和触发转换的事件

2. 状态枚举设计：

   • 使用枚举明确所有可能的状态
   • 为每个状态提供清晰的描述
   • 实现根据状态码获取枚举的方法

3. 事件枚举设计：

   • 事件命名应清晰表达触发条件
   • 事件应足够原子化

4. 状态机配置：

   • 将状态转换规则集中管理
   • 为每个转换添加日志记录
   • 考虑添加全局监听器处理异常情况

5. 持久化：

   • 状态变更时及时持久化到数据库
   • 状态机重启时能从持久化存储恢复状态

6. 线程安全：

   • 每个业务实体使用独立的状态机实例
   • 对关键操作添加同步控制

六、总结

状态机模式通过将复杂的状态流转规则显式化、集中化管理，实现了：

1. 业务逻辑与状态管理的解耦
2. 状态流转规则的清晰表达
3. 系统可维护性和可扩展性的提升

对于具有复杂状态流转的业务场景，采用状态机模式能够显著降低系统复杂度，提高代码的可读性和可维护性。在实际项目中，可以结合Spring Statemachine等成熟框架快速实现状态机模式。