前言
在平常的后端項(xiàng)目開發(fā)中，狀態(tài)機(jī)模式的使用其實(shí)沒有大家想象中那么常見，筆者之前由于不在電商領(lǐng)域工作，很少在業(yè)務(wù)代碼中用狀態(tài)機(jī)來管理各種狀態(tài)，一般都是手動(dòng)get/set狀態(tài)值。去年筆者進(jìn)入了電商領(lǐng)域從事后端開發(fā)。電商領(lǐng)域，狀態(tài)又多又復(fù)雜，如果仍然在業(yè)務(wù)代碼中東一塊西一塊維護(hù)狀態(tài)值，很容易陷入出了問題難于Debug，難于追責(zé)的窘境。
碰巧有個(gè)新啟動(dòng)的項(xiàng)目需要進(jìn)行訂單狀態(tài)的管理，我著手將Spring StateMachine接入了進(jìn)來，管理購物訂單狀態(tài)，不得不說，Spring StateMachine全家桶的文檔寫的是不錯(cuò)，并且Spring StateMachine也是有官方背書的。但是，它實(shí)在是太”重“了，想要簡單修改一個(gè)訂單的狀態(tài)，需要十分復(fù)雜的代碼來實(shí)現(xiàn)。具體就不在這里展開了，不然我感覺可以吐槽一整天。
說到底Spring StateMachine上手難度非常大，如果沒有用來做重型狀態(tài)機(jī)的需求，十分不推薦普通的小項(xiàng)目進(jìn)行接入。
最最重要的是，由于Spring StateMachine狀態(tài)機(jī)實(shí)例不是無狀態(tài)的，無法做到線程安全，所以代碼要么需要使用鎖同步，要么需要用Threadlocal，非常的痛苦和難用。 例如下面的Spring StateMachine代碼就用了重量級(jí)鎖保證線程安全，在高并發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，這種代碼留的隱患非常大。
private synchronized boolean sendEvent(Message message, OrderEntity orderEntity) { boolean result = false; try { stateMachine.start(); // 嘗試恢復(fù)狀態(tài)機(jī)狀態(tài) persister.restore(stateMachine, orderEntity); // 執(zhí)行事件 result = stateMachine.sendEvent(message); // 持久化狀態(tài)機(jī)狀態(tài) persister.persist(stateMachine, (OrderEntity) message.getHeaders().get(“purchaseOrder”)); } catch (Exception e) { log.error(“sendEvent error”, e); } finally { stateMachine.stop(); } return result; }
吃了一次虧后，我再一次在網(wǎng)上翻閱各種Java狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)，有大的開源項(xiàng)目，也有小而美的個(gè)人實(shí)現(xiàn)。結(jié)果在COLA架構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了COLA還寫了一套狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。COLA的作者給我們提供了一個(gè)無狀態(tài)的，輕量化的狀態(tài)機(jī)，接入十分簡單。并且由于無狀態(tài)的特點(diǎn)，可以做到線程安全，支持電商的高并發(fā)場景。
COLA是什么？如果你還沒聽說過COLA，不妨看一看我之前的文章，傳送門如下：
https://mp.weixin.qq.com/s/07i3FjcFrZ8rxBCACgeWVQ
如果你需要在項(xiàng)目中引入狀態(tài)機(jī)，此時(shí)此刻，我會(huì)推薦使用COLA狀態(tài)機(jī)。
COLA狀態(tài)機(jī)介紹
COLA狀態(tài)機(jī)是在Github開源的，作者也寫了介紹文章：
https://blog.csdn.net/significantfrank/article/details/104996419
官方文章的前半部分重點(diǎn)介紹了DSL（Domain Specific Languages），這一部分比較抽象和概念化，大家感興趣，可以前往原文查看。我精簡一下DSL的主要含義：
什么是DSL? DSL是一種工具，它的核心價(jià)值在于，它提供了一種手段，可以更加清晰地就系統(tǒng)某部分的意圖進(jìn)行溝通。
比如正則表達(dá)式，/d{3}-d{3}-d{4}/就是一個(gè)典型的DSL，解決的是字符串匹配這個(gè)特定領(lǐng)域的問題。
文章的后半部分重點(diǎn)闡述了作者為什么要做COLA狀態(tài)機(jī)？想必這也是讀者比較好奇的問題。我?guī)痛蠹揖喴幌略牡谋硎觯?/p>
- 首先，狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該可以非常的輕量，最簡單的狀態(tài)機(jī)用一個(gè)Enum就能實(shí)現(xiàn)，基本是零成本。
- 其次，使用狀態(tài)機(jī)的DSL來表達(dá)狀態(tài)的流轉(zhuǎn)，語義會(huì)更加清晰，會(huì)增強(qiáng)代碼的可讀性和可維護(hù)性。
- 開源狀態(tài)機(jī)太復(fù)雜： 就我們的項(xiàng)目而言（其實(shí)大部分項(xiàng)目都是如此）。我實(shí)在不需要那么多狀態(tài)機(jī)的高級(jí)玩法：比如狀態(tài)的嵌套（substate），狀態(tài)的并行（parallel，fork，join）、子狀態(tài)機(jī)等等。
- 開源狀態(tài)機(jī)性能差： 這些開源的狀態(tài)機(jī)都是有狀態(tài)的（Stateful）的，因?yàn)橛袪顟B(tài)，狀態(tài)機(jī)的實(shí)例就不是線程安全的，而我們的應(yīng)用服務(wù)器是分布式多線程的，所以在每一次狀態(tài)機(jī)在接受請求的時(shí)候，都不得不重新build一個(gè)新的狀態(tài)機(jī)實(shí)例。
所以COLA狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的目標(biāo)很明確，有兩個(gè)核心理念：
COLA狀態(tài)機(jī)的核心概念如下圖所示，主要包括：
State：狀態(tài) Event：事件，狀態(tài)由事件觸發(fā)，引起變化 Transition：流轉(zhuǎn)，表示從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài) External Transition：外部流轉(zhuǎn)，兩個(gè)不同狀態(tài)之間的流轉(zhuǎn) Internal Transition：內(nèi)部流轉(zhuǎn)，同一個(gè)狀態(tài)之間的流轉(zhuǎn) Condition：條件，表示是否允許到達(dá)某個(gè)狀態(tài) Action：動(dòng)作，到達(dá)某個(gè)狀態(tài)之后，可以做什么 StateMachine：狀態(tài)機(jī)
COLA狀態(tài)機(jī)原理
這一小節(jié)，我們先講幾個(gè)COLA狀態(tài)機(jī)最重要兩個(gè)部分，一個(gè)是它使用的連貫接口，一個(gè)是狀態(tài)機(jī)的注冊和使用原理。如果你暫時(shí)對(duì)它的實(shí)現(xiàn)原理不感興趣，可以直接跳過本小節(jié)，直接看后面的實(shí)戰(zhàn)代碼部分。
PS：講解的代碼版本為cola-component-statemachine 4.2.0-SNAPSHOT
下圖展示了COLA狀態(tài)機(jī)的源代碼目錄，可以看到非常的簡潔。
1. 連貫接口 Fluent Interfaces
COLA狀態(tài)機(jī)的定義使用了連貫接口Fluent Interfaces，連貫接口的一個(gè)重要作用是，限定方法調(diào)用的順序。比如，在構(gòu)建狀態(tài)機(jī)的時(shí)候，我們只有在調(diào)用了from方法后，才能調(diào)用to方法，Builder模式?jīng)]有這個(gè)功能。
下圖中可以看到，我們在使用的時(shí)候是被嚴(yán)格限制的：
StateMachineBuilder builder = StateMachineBuilderFactory.create(); builder.externalTransition() .from(States.STATE1) .to(States.STATE2) .on(Events.EVENT1) .when(checkCondition()) .perform(doAction());
這是如何實(shí)現(xiàn)的？其實(shí)是使用了Java接口來實(shí)現(xiàn)。
2. 狀態(tài)機(jī)注冊和觸發(fā)原理
這里簡單梳理一下狀態(tài)機(jī)的注冊和觸發(fā)原理。
用戶執(zhí)行如下代碼來創(chuàng)建一個(gè)狀態(tài)機(jī)，指定一個(gè)MACHINE_ID：
StateMachine stateMachine = builder.build(MACHINE_ID);
COLA會(huì)將該狀態(tài)機(jī)在StateMachineFactory類中，放入一個(gè)ConcurrentHashMap，以狀態(tài)機(jī)名為key注冊。
static Map stateMachineMap = new ConcurrentHashMap();
注冊好后，用戶便可以使用狀態(tài)機(jī)，通過類似下方的代碼觸發(fā)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)流轉(zhuǎn)：
stateMachine.fireEvent(StateMachineTest.States.STATE1, StateMachineTest.Events.EVENT1, new Context(“1”));
內(nèi)部實(shí)現(xiàn)如下：
transition.transit方法中：
檢查本次流轉(zhuǎn)是否符合condition，符合，則執(zhí)行對(duì)應(yīng)的action。
COLA狀態(tài)機(jī)實(shí)戰(zhàn)
**PS：以下實(shí)戰(zhàn)代碼取自COLA官方倉庫測試類
一、狀態(tài)流轉(zhuǎn)使用示例
@Testpublic void testExternalNormal(){ StateMachineBuilder builder = StateMachineBuilderFactory.create(); builder.externalTransition() .from(States.STATE1) .to(States.STATE2) .on(Events.EVENT1) .when(checkCondition()) .perform(doAction()); StateMachine stateMachine = builder.build(MACHINE_ID); States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.EVENT1, new Context()); Assert.assertEquals(States.STATE2, target);}private Condition checkCondition() { return (ctx) -> {return true;};}private Action doAction() { return (from, to, event, ctx)->{ System.out.println(ctx.operator+” is operating “+ctx.entityId+” from:”+from+” to:”+to+” on:”+event); };}
可以看到，每次進(jìn)行狀態(tài)流轉(zhuǎn)時(shí)，檢查checkCondition()，當(dāng)返回true，執(zhí)行狀態(tài)流轉(zhuǎn)的操作doAction()。
后面所有的checkCondition()和doAction()方法在下方就不再重復(fù)貼出了。
@Testpublic void testExternalTransitionsNormal(){ StateMachineBuilder builder = StateMachineBuilderFactory.create(); builder.externalTransitions() .fromAmong(States.STATE1, States.STATE2, States.STATE3) .to(States.STATE4) .on(Events.EVENT1) .when(checkCondition()) .perform(doAction()); StateMachine stateMachine = builder.build(MACHINE_ID+”1″); States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE2, Events.EVENT1, new Context()); Assert.assertEquals(States.STATE4, target);}
@Testpublic void testInternalNormal(){ StateMachineBuilder builder = StateMachineBuilderFactory.create(); builder.internalTransition() .within(States.STATE1) .on(Events.INTERNAL_EVENT) .when(checkCondition()) .perform(doAction()); StateMachine 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);}
@Testpublic void testMultiThread(){ buildStateMachine(“testMultiThread”); for(int i=0 ; i{ StateMachine 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 { StateMachine 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 { StateMachine stateMachine = StateMachineFactory.get(“testMultiThread”); States target = stateMachine.fireEvent(States.STATE1, Events.EVENT3, new Context()); Assert.assertEquals(States.STATE3, target); }); thread.start(); }}
由于COLA狀態(tài)機(jī)時(shí)無狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)，所以性能是很高的。相比起來，SpringStateMachine由于是有狀態(tài)的，就需要使用者自行保證線程安全了。
二、多分支狀態(tài)流轉(zhuǎn)示例
/*** 測試選擇分支，針對(duì)同一個(gè)事件：EVENT1* if condition == “1”, STATE1 –> STATE1* if condition == “2” , STATE1 –> STATE2* if condition == “3” , STATE1 –> STATE3*/@Testpublic void testChoice(){ StateMachineBuilder 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 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); }
可以看到，編寫一個(gè)多分支的狀態(tài)機(jī)也是非常簡單明了的。
三、通過狀態(tài)機(jī)反向生成PlantUml圖
沒想到吧，還能通過代碼定義好的狀態(tài)機(jī)反向生成plantUML圖，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的可視化。（可以用圖說話，和產(chǎn)品對(duì)比下狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的是否正確了。）
四、特殊使用示例
@Testpublic void testConditionNotMeet(){ StateMachineBuilder builder = StateMachineBuilderFactory.create(); builder.externalTransition() .from(StateMachineTest.States.STATE1) .to(StateMachineTest.States.STATE2) .on(StateMachineTest.Events.EVENT1) .when(checkConditionFalse()) .perform(doAction()); StateMachine stateMachine = builder.build(“NotMeetConditionMachine”); StateMachineTest.States target = stateMachine.fireEvent(StateMachineTest.States.STATE1, StateMachineTest.Events.EVENT1, new StateMachineTest.Context()); Assert.assertEquals(StateMachineTest.States.STATE1,target);}
可以看到，當(dāng)checkConditionFalse()執(zhí)行時(shí)，永遠(yuǎn)不會(huì)滿足狀態(tài)流轉(zhuǎn)的條件，則狀態(tài)不會(huì)變化，會(huì)直接返回原來的STATE1。相關(guān)源碼在這里：
@Test(expected = StateMachineException.class)public void testDuplicatedTransition(){ StateMachineBuilder 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());}
會(huì)在第二次builder執(zhí)行到on(StateMachineTest.Events.EVENT1)函數(shù)時(shí)，拋出StateMachineException異常。拋出異常在on()的verify檢查這里，如下：
@Test(expected = StateMachineException.class)public void testDuplicateMachine(){ StateMachineBuilder 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”);}
會(huì)在第二次build同名狀態(tài)機(jī)時(shí)拋出StateMachineException異常。拋出異常的源碼在狀態(tài)機(jī)的注冊函數(shù)中，如下：
結(jié)語
為了不把篇幅拉得過長，在這里無法詳細(xì)地橫向?qū)Ρ葞状笾髁鳡顟B(tài)機(jī)（Spring Statemachine，Squirrel statemachine等）和COLA的區(qū)別，不過基于筆者在Spring Statemachine踩過的深坑，目前來看，COLA狀態(tài)機(jī)的簡潔設(shè)計(jì)適合用在訂單管理等小型狀態(tài)機(jī)的維護(hù)，如果你想要在你的項(xiàng)目中接入狀態(tài)機(jī)，又不需要嵌套、并行等高級(jí)玩法，那么COLA是個(gè)十分合適的選擇。
我是后端工程師，蠻三刀醬。
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我的唯一技術(shù)公眾號(hào)：后端技術(shù)漫談
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