有限状态机(FSM)的Java 学习FSM

本文从简单的例子入手，逐步演变成非常复杂的程序。

在简明 状态模式（5.8）中，状态之间的变换由外界控制，或者说，多种状态是分割的、无关的。状态模式最有趣的地方正是讨论其状态的变迁。

1.引子

空调(air-condition)的遥控器有两个按钮(更多的按钮在后面的例子中引入)，power/电源键和cool/制冷键。空调的运行呈现3个状态，停止/Off、仅送风/FanOnly、制冷/Cool。起始状态为Off，状态变化图如下所示。

这是简化的有限状态机(Finite State Machine、FSM或者Finite State Automata)图形，使用了状态图的3个元素：①气泡，表示状态(state)；②连接状态的箭头表示转换（transition）；③箭头上的标记前者为事件(event)。

状态的转换，看图说话。按power键，则Off→FanOnly、Cool→Off等；按cool，则Off→Off (没有画出来，喜欢全面一点就自己画吧)。

对于这种简单的状态的转换，yqj2065还是喜欢分支语句。，简洁明快。

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1. 例程 4-5 简洁明快
2. package property.state.stateMachine;
3. import static tool.Print.*;//pln
4. /**
5. * 空调Aircon。简单的模型：
6. * 遥控器有两个按钮(更多的按钮在下面的例子中引入)，power电源键和cool制冷键。
7. * 空调的运行呈现3个状态，停止/Off、仅送风/FanOnly、制冷/Cool。
8. * 起始状态为Off
9. * @author (yqj2065)
10. * @version 0.1
11. */
12. public class Aircon0{
13. // off，FanOnly，AC
14. private int state=0;//起始状态为Off
15. public int getState(){return state;}
16. //两个Action
17. public void power(){//按power键
18. if(state==0){//off
19. state=1;
20. pln("start Fan");
21. }else if(state==1){//FanOnly
22. state=0;
23. pln("stop Fan");
24. }else{
25. state=0;
26. pln("stop Cool");
27. }
28. }
29. public void cool(){//按制冷键
30. if(state==0){//off
31. pln("nothing");
32. }else if(state==1){//FanOnly
33. state=2;
34. pln("start Cool");
35. }else{
36. state=1;
37. pln("stop Cool");
38. }
39. }
40. }
41. package property.state.stateMachine;
42. public class ACCtrl{
43. public static void test(){
44. Aircon0 ac = new Aircon0();//power() cool()
45. System.out.println("Current State:" + ac.getState());
46. ac.cool();
47. ac.power();
48. ac.cool();
49. ac.cool();
50. ac.power();
51. ac.power();
52. }
53. }

测试代码的输出：

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

在此基础上，可以花10分钟练习一下，采用状态模式修改上述代码。我们使用enum编写状态类层次。其结构如下：

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1. 例程 4 6 enum State
2. enum State0{
3. OFF{
4. @Override void power(){
5. }
6. @Override void power(){
7. }
8. },FANONLY{
9. },
10. COOL{ };
11. public abstract void power();
12. public abstract void cool();
13. }

(本来是应该将State1作为Aircon1的内部类的。放在外边，power()等需要添加参数Aircon1，变为power(Aircon1 ac)).

现在，丰富有限状态机的细节，增添④动作(action)，如事件(event)相应的动作和状态的动作。

为此，在enum State1中，除了状态模式 提取的接口外，添加了状态机的各种动作/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");    }

每个power(Aircon1 ac)、cool(Aircon1 ac)的方法体结构都是：

this.exit(ac);
            //如果有的话，事件(event)相应的动作，如stopFan();
            ac.state =OFF; //下一个状态
            ac.state.entry(ac);

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1. package property.state.stateMachine;
2. import static tool.Print.*;//pln
3. /**
4. * 本来是应该将State1作为Aircon1的内部类的。现在放在外边，
5. * power()等需要变为power(Aircon1 ac)
6. */
7. public enum State1{
8. OFF{
9. @Override void exit(Aircon1 ac){super.exit(ac);startFan();}
10. @Override void power(Aircon1 ac){
11. this.exit(ac);
12. ac.state =FANONLY;
13. ac.state.entry(ac);
14. }
15. @Override void cool(Aircon1 ac){
16. pln("nothing");
17. }
18. },FANONLY{
19. @Override void power(Aircon1 ac){
20. this.exit(ac);
21. stopFan();
22. ac.state =OFF;
23. ac.state.entry(ac);
24. }
25. @Override void cool(Aircon1 ac){
26. this.exit(ac);
27. ac.state =COOL;
28. ac.state.entry(ac);
29. }
30. },
31. COOL{
32. @Override void exit(Aircon1 ac){super.exit(ac);stopCool();}
33. @Override void entry(Aircon1 ac){startCool();super.entry(ac);}
34. @Override void power(Aircon1 ac){
35. this.exit(ac);
36. stopFan();
37. ac.state =OFF;
38. ac.state.entry(ac);
39. }
40. @Override void cool(Aircon1 ac){
41. this.exit(ac);
42. ac.state =FANONLY;
43. ac.state.entry(ac);
44. }
45. };
46. //状态模式 提取的接口
47. abstract void power(Aircon1 ac);
48. abstract void cool(Aircon1 ac);
49. //状态机的各种动作action methode
50. void entry(Aircon1 ac){pln("→"+ac.state.name());}
51. void exit(Aircon1 ac){p(ac.state.name()+"→ ");}
52. void startCool(){        p("start Cool");    }
53. void stopCool(){        p("stop Cool");    }
54. void startFan(){        p("start Fan");    }
55. void stopFan(){        p("stop Fan");    }
56. }

空调Aircon1的修改版本。

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1. package property.state.stateMachine;
2. import static tool.Print.*;//pln
3. /**
4. * 空调Aircon1。使用状态模式重构Aircon0，使用enum State1编写状态类层次。
5. * @author (yqj2065)
6. * @version 0.1
7. */
8. public class Aircon1{
9. State1 state= State1.OFF;//private改默认，删除getState()。
10. //两个Action
11. public void power(){//按power键
12. state.power(this);
13. }
14. public void cool(){//按制冷键
15. state.cool(this);
16. }
17. /**
18. * ACCtrl的代码。
19. */
20. public static void test(){
21. Aircon1 ac = new Aircon1();
22. System.out.println("Current State:" + ac.state.name());
23. ac.cool();
24. ac.power();
25. ac.cool();
26. ac.cool();
27. ac.power();
28. ac.power();
29. ac.power();
30. }
31. }

对应测试操作的输出：“OFF→”表示离开OFF状态，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.分层状态机

对于状态较多的状态机，通常将具有许多公共的特性的状态合并到一起。例如FANONLY和COOL构成的Running状态。

状态机中的hierarchical states，我们可以使用组合模式处理。（还没有单独写组合模式，）。但是，又不一定能够完美地使用组合模式，例如Running到Off，所有的Running的内部状态在PoverEvent时都转化到OFF，很好；OFF到Running，不是所有Running的内部状态都要调用其entry。在使用enum(不好搞类层次)时，使用责任链吧。

搜集摘抄于：http://blog.csdn.net/yqj2065/article/details/39371487