我是状态机，有一颗永远骚动的机器引擎

之前有小伙伴问我 async/await语法糖编译后其实是状态机模型，到底什么是状态机？

状态机是一种行为设计模式，它允许对象在其内部状态改变时改变其行为。看起来好像对象改变了它的类。

请仔细理解上面每一个字。

我们以自动售货机为例，为简化演示，我们假设自动售货机只有1种商品， 故自动售货机有itemCount 、itemPrice 2个属性

不考虑动作的前后相关性，自动售货机对外暴露4种行为：

• 给自动售货机加货 addItem
• 选择商品 requestItem
• 付钱 insertMoney
• 出货 dispenseItem

重点来了，当发生某种行为，自动售货机会进入如下4种状态之一， 并据此状态做出特定动作， 之后进入另外一种状态.....

• 有商品 hasItem
• 无商品 noItem
• 已经选好商品 itemRequested
• 已付钱 hasMoney

当对象可能处于多种不同的状态之一、根据传入的动作更改当前的状态， 继续接受后续动作，状态再次发生变化.....

这样的模式类比于机器引擎，周而复始的工作和状态转化，这也是状态机的定语叫“机Machine”的原因。

有了以上思路，我们尝试沟通UML 伪代码

状态机设计模式的伪代码实现：

• 所谓的机器Machine维护了状态切换的上下文
• 机器对外暴露的行为，驱动机器的状态变更
• 机器到达特定的状态 只具备特定的行为，其他行为是不被允许的

下面使用golang实现了 状态机设计模型：
这里你也可以看下golang 是如何体现OOP中的类继承、接口实现

goodMachine：状态变更上下文

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type goodMachine struct {
	currentState state
	itemCount    int
	itemPrice    int
}

func newGoodMachine(itemCount, itemPrice int) *goodMachine {
	v := &goodMachine{
		itemCount: itemCount,
		itemPrice: itemPrice,
	}
	if itemCount <= 0 {
		v.setState(&noItemState{v}) // 实现state接口的是*noItemState 指针类型
	} else {
		v.setState(&hasItemState{v})
	}
	return v
}

func (v *goodMachine) setState(s state) {
	fmt.Println("enter state: ", reflect.TypeOf(s))
	v.currentState = s
}

func (v *goodMachine) requestItem() error {
	return v.currentState.requestItem()
}

func (v *goodMachine) addItem(count int) error {
	return v.currentState.addItem(count)
}

func (v *goodMachine) insertMoney(money int) error {
	return v.currentState.insertMoney(money)
}

func (v *goodMachine) incrementItemCount(count int) {
	v.itemCount += count
}

func (v goodMachine) dispenseItem() error {
	return v.currentState.dispenseItem()
}

自动售货机的对外的行为，被委托给特定的state对象

state： 自动售货机对外暴露的行为

package main

//  代表某种状态，能接受的某种动作
type state interface {
	addItem(count int) error
	requestItem() error
	insertMoney(money int) error
	dispenseItem() error
}

noItemState : 无商品

package main

import "fmt"

type noItemState struct {
	*goodMachine // 存在匿名类型 goodMachine，类型是*goodMachine
}

//  给自动售货机供货-----> 有货状态
func (i *noItemState) addItem(count int) error {
	i.incrementItemCount(count)
	i.setState(&hasItemState{i.goodMachine})
	return nil
}

func (i *noItemState) requestItem() error {
	return fmt.Errorf("item out of  stock")
}

func (i *noItemState) insertMoney(money int) error {
	return fmt.Errorf("item out of stock")
}

func (i *noItemState) dispenseItem() error {
	return fmt.Errorf("item out of stock")
}

// golang: 使用指针接受者实现了state接口的全部函数，那么隐式表明*noItemState 指针类型实现了State接口

注意：
noItemState 结构体内定义了 goodMachine， 就表明noItemState实现了goodMachine类 ；
指针接受者 noItemState实现了state接口的所有函数，那么我们就说*noItemState实现了state接口。 golang这种继承、实现的做法真的好秀。

hasItemState: 有商品

package main

import "fmt"

type hasItemState struct {
	*goodMachine
}

func (v *hasItemState) addItem(count int) error {
	v.incrementItemCount(count)
	return nil
}

// 有人选择了商品---> 没货状态/已经选定商品
func (v *hasItemState) requestItem() error {
	if v.goodMachine.itemCount == 0 {
		v.setState(&noItemState{v.goodMachine})
		return fmt.Errorf("no item present")
	}

	fmt.Print("item  requested\n")
	v.setState(&itemRequestedState{v.goodMachine})
	return nil
}

func (v *hasItemState) insertMoney(money int) error {
	return fmt.Errorf("Please select item first")
}

func (v *hasItemState) dispenseItem() error {
	return fmt.Errorf("Please select item first")
}

itemRequestedState： 有人选定商品

package main

import "fmt"

type itemRequestedState struct {
	*goodMachine
}

func (i *itemRequestedState) addItem(count int) error {
	return fmt.Errorf("shopping is  in  process")
}

func (i *itemRequestedState) requestItem() error {
	return fmt.Errorf("item already requested")
}

// 付钱----> 已收钱状态
func (i *itemRequestedState) insertMoney(money int) error {
	if money < i.goodMachine.itemPrice {
		fmt.Errorf("insert money is less, please insert %d", i.goodMachine)
	}
	fmt.Println("money entered is ok")
	i.setState(&hasMoneyState{i.goodMachine})
	return nil
}
func (i *itemRequestedState) dispenseItem() error {
	return fmt.Errorf("please insert money first")
}

hasMoneyState：已付钱

package main

import "fmt"

type hasMoneyState struct {
	*goodMachine
}

func (i *hasMoneyState) addItem(count int) error {
	return fmt.Errorf("shopping is in process")
}
func (i *hasMoneyState) requestItem() error {
	return fmt.Errorf("shopping is in process")
}
func (i *hasMoneyState) insertMoney(money int) error {
	return fmt.Errorf("already pay money")
}
func (i *hasMoneyState) dispenseItem() error {
	fmt.Println("dispensing item")
	i.goodMachine.itemCount = i.goodMachine.itemCount - 1
	if i.goodMachine.itemCount == 0 {
		i.setState(&noItemState{i.goodMachine})
	} else {
		i.setState(&hasItemState{i.goodMachine})
	}
	return nil
}

main.go 执行

package main

import (
	"fmt"
	"log"
)

func main() {
	goodMachine := newGoodMachine(1, 10)
	err := goodMachine.requestItem()
	if err != nil {
		log.Fatalf(err.Error())
	}

	err = goodMachine.insertMoney(10)
	if err != nil {
		log.Fatalf(err.Error())
	}

	err = goodMachine.dispenseItem()
	if err != nil {
		log.Fatalf(err.Error())
	}
	fmt.Println()

	err = goodMachine.requestItem()
	if err != nil {
		log.Fatalf(err.Error())
	}
	err = goodMachine.insertMoney(10)
	if err != nil {
		log.Fatal(err.Error())
	}
	err = goodMachine.dispenseItem()
	if err != nil {
		log.Fatalf(err.Error())
	}
}

演示示例：
初始化了商品数量为1， 价格为10 的自动售货机，连续掏10元钱买两次, 随时打印状态,输出如下：

enter state:  *main.hasItemState
item  requested
enter state:  *main.itemRequestedState
money entered is ok
enter state:  *main.hasMoneyState     
dispensing item
enter state:  *main.noItemState       

2021/08/11 17:39:45 item out of  stock
exit status 1

状态机为什么定语是机器？ Machine？

状态机表现了： 对象的状态受外界行为所影响，不断的切换，到达特定的状态又只能接受特定的行为， 真实生动的体现了机器Machine引擎的特征。

本文示例亦是学习golang OOP编程的范例，golang 类继承、接口实现实在是太秀了。

github： https://github.com/zaozaoniao/statemachine