有限狀態機(FSM)的Java 演示

本文從簡單的樣例入手。逐步演變成很復雜的程序。

在簡明 狀態模式（5.8）中，狀態之間的變換由外界控制，或者說。多種狀態是切割的、無關的。狀態模式最有趣的地方正是討論其狀態的變遷。

1.引子

空調(air-condition)的遙控器有兩個button(很多其它的button在后面的樣例中引入)。power/電源鍵和cool/制冷鍵。

空調的執行呈現3個狀態，停止/Off、僅送風/FanOnly、制冷/Cool。

起始狀態為Off。狀態變化圖例如以下所看到的。

這是簡化的有限狀態機(Finite State Machine、FSM或者Finite State Automata)圖形，使用了狀態圖的3個元素：①氣泡，表示狀態(state)；②連接狀態的箭頭表示轉換（transition）；③箭頭上的標記前者為事件(event)。

狀態的轉換，看圖說話。按power鍵，則Off→FanOnly、Cool→Off等；按cool。則Off→Off (沒有畫出來，喜歡全面一點就自己畫吧)。

對於這樣的簡單的狀態的轉換，yqj2065還是喜歡分支語句。，簡潔明快。

例程 4-5 簡潔明快
package property.state.stateMachine;
import static tool.Print.*;//pln
/**
 * 空調Aircon。
簡單的模型：
 * 遙控器有兩個button(很多其它的button在以下的樣例中引入)。power電源鍵和cool制冷鍵。
 * 空調的執行呈現3個狀態。停止/Off、僅送風/FanOnly、制冷/Cool。
 * 起始狀態為Off
 * @author (yqj2065) 
 * @version 0.1
 */
public class Aircon0{
    // off，FanOnly。AC
    private int state=0;//起始狀態為Off
    public int getState(){return state;}
    //兩個Action
    public void power(){//按power鍵
        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(){//按制冷鍵
        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();
    }
}

測試代碼的輸出：

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

在此基礎上。能夠花10分鍾練習一下，採用狀態模式改動上述代碼。

我們使用enum編寫狀態類層次。

其結構例如以下：

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();
}

(本來是應該將State1作為Aircon1的內部類的。放在外邊。power()等須要加入參數Aircon1，變為power(Aircon1 ac)).

如今，豐富有限狀態機的細節。增添④動作(action)。如事件(event)對應的動作和狀態的動作。

為此。在enum State1中。除了狀態模式 提取的接口外，加入了狀態機的各種動作/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");    }  

每一個power(Aircon1 ac)、cool(Aircon1 ac)的方法體結構都是：

            this.exit(ac);
            //假設有的話，事件(event)對應的動作，如stopFan();
            ac.state =OFF; //下一個狀態
            ac.state.entry(ac); 

package property.state.stateMachine;
import static tool.Print.*;//pln
/**
 * 本來是應該將State1作為Aircon1的內部類的。
如今放在外邊，
 * power()等須要變為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);  
        }
    };
    //狀態模式 提取的接口
    abstract void power(Aircon1 ac);
    abstract void cool(Aircon1 ac);
    //狀態機的各種動作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");    }    
}

空調Aircon1的改動版本號。

package property.state.stateMachine;
import static tool.Print.*;//pln
/**
 * 空調Aircon1。
使用狀態模式重構Aircon0，使用enum State1編寫狀態類層次。

 * @author (yqj2065) 
 * @version 0.1
 */
public class Aircon1{
    State1 state= State1.OFF;//private改默認，刪除getState()。
    //兩個Action
    public void power(){//按power鍵
        state.power(this);
    }
    public void cool(){//按制冷鍵
        state.cool(this);
    }
    /**
     * ACCtrl的代碼。
     */
    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();
        
    }
}

相應測試操作的輸出：“OFF→”表示離開OFF狀態，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.分層狀態機

對於狀態較多的狀態機，通常將具有很多公共的特性的狀態合並到一起。比如FANONLY和COOL構成的 Running狀態。

狀態機中的hierarchical states，我們可以使用組合模式處理。

（還沒有單獨寫組合模式，）。

可是，又不一定可以完美地使用組合模式。比如Running到Off，全部的Running的內部狀態在PoverEvent時都轉化到OFF，非常好；OFF到Running，不是全部Running的內部狀態都要調用其entry。在使用enum(不好搞類層次)時。使用責任鏈吧。

樓主繪圖中、考慮很多其它button中....