AKKA 笔记 - 有限状态机 -2
原文地址： http://rerun.me/2016/05/22/akka-notes-finite-state-machines-2/
在上一节的Akka FSM笔记中，我们看了一些基本的使用Akka FSM和咖啡机的使用方式 - Actor的数据结构和一队我们要发给Actor的消息。这次的第二部分也是最终部分，我们会过一遍这些状态的实现细节。
总结
作为一个快速的总结，让我们先看一下FMS的结构和我们要发过去的消息。
状态和数据
FSM的三个状态和要在各个状态发送的数据是：
object CoffeeMachine {
sealed trait MachineState
case object Open extends MachineState
case object ReadyToBuy extends MachineState
case object PoweredOff extends MachineState
case class MachineData(currentTxTotal: Int, costOfCoffee: Int, coffeesLeft: Int)
}
消息
我们发给FSM的咖啡机和用户交互的消息是：
object CoffeeProtocol {
trait UserInteraction
trait VendorInteraction
case class Deposit(value: Int) extends UserInteraction
case class Balance(value: Int) extends UserInteraction
case object Cancel extends UserInteraction
case object BrewCoffee extends UserInteraction
case object GetCostOfCoffee extends UserInteraction
case object ShutDownMachine extends VendorInteraction
case object StartUpMachine extends VendorInteraction
case class SetNumberOfCoffee(quantity: Int) extends VendorInteraction
case class SetCostOfCoffee(price: Int) extends VendorInteraction
case object GetNumberOfCoffee extends VendorInteraction
case class MachineError(errorMsg:String)
}
FSM ACTOR的结构
这是我们在第一节看到的大致结构：
class CoffeeMachine extends FSM[MachineState, MachineData] {
//What State and Data must this FSM start with (duh!)
startWith(Open, MachineData(..))
//Handlers of State
when(Open) {
...
...
when(ReadyToBuy) {
...
...
when(PoweredOff) {
...
...
//fallback handler when an Event is unhandled by none of the States.
whenUnhandled {
...
...
//Do we need to do something when there is a State change?
onTransition {
case Open -> ReadyToBuy => ...
...
...
}
状态初始化
跟其他状态机一样， FSM在启动时需要一个初始化状态。这个可以在Akka FSM内声明一个叫startWith的方法来实现。startWith接受两个参数 - 初始化状态和初始化数据。
class CoffeeMachine extends FSM[MachineState, MachineData] {
startWith(Open, MachineData(currentTxTotal = 0, costOfCoffee = 5, coffeesLeft = 10))
...
...
以上代码说明了FSM的初始化状态是Open并且当咖啡机Open时的初始化数据是
MachineData(currentTxTotal = 0, costOfCoffee = 5, coffeesLeft = 10).
当机器启动时，咖啡机是一个干净的状态。它跟用户还没有任何交互，当前的余额是0。咖啡的价格呗设置成5元，总共能提供的咖啡设置为10杯。当咖啡机冲了10杯咖啡后数量为0时，咖啡机会shut down。
状态的实现
终于到最后了！！
我觉得最简单的方式来看咖啡机状态的交互就是给交互做个分组，为FSM的实现写测试用例。
如果你看下github的代码，所有的测试用例都在CoffeeSpec并且FSM在CoffeeMachine
以下所有的测试都被CoffeeSpec测试类包装了，声明就像这样：
class CoffeeSpec extends TestKit(ActorSystem("coffee-system")) with MustMatchers with FunSpecLike with ImplicitSender
设置并得到咖啡的价格
像我们之前看到的，MachineData初始化时设置为每杯咖啡5元并总数为10杯。这只是一个初始状态，咖啡机必须能在任何时候设置咖啡的价格和能提供的数量。
通过发送SetCostOfCoffee消息给Actor可以设置价格。我们也应该能拿到咖啡的价格。这个可以通过发送GetCostOfCoffee消息给机器来获得。
测试用例
describe("The Coffee Machine") {
it("should allow setting and getting of price of coffee") {
val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(7)
coffeeMachine ! GetCostOfCoffee
expectMsg(7)
}
...
...
...
实现
像我们在第一节讨论的，所有发给FSM的消息都被包装成Event类，并且也被MachineData包装：
when(Open) {
case Event(SetCostOfCoffee(price), _) => stay using stateData.copy(costOfCoffee = price)
case Event(GetCostOfCoffee, _) => sender ! (stateData.costOfCoffee); stay()
...
...
}
}
以上代码有几个新词 - stay,using和stateData,让我们下面看下。
STAY和GOTO
想法是每一个被阻塞的case都必须返回一个State。这个可以用stay来完成，含义是已经在处理这条消息的最后了（SetCostOfCoffee或GetCostOfCoffee),咖啡机还在用一个状态，在这里是Open状态。
goto， 将状态变为另一个。我们在讨论Deposit时能看到它是怎么做的。
没啥奇怪的，看下stay方法的实现：
final def stay(): State = goto(currentState.stateName)
USING
你可能已经猜到了，using方法可以让我们把改过的数据传给下个状态。在SetCostOfCoffee消息的例子里，我们设置了MachineData的costOfCoffee域。由于状态是个用例的例子（强烈建议使用不可变除非你喜欢debug），我们做了个copy。
状态数据STATEDATA
stateData是一个我们用来操作FSM数据的方法，就是MachineData。 所以，以下代码块是等价的
case Event(GetCostOfCoffee, _) => sender ! (stateData.costOfCoffee); stay()
case Event(GetCostOfCoffee, machineData) => sender ! (machineData.costOfCoffee); stay()
用GetNumberOfCoffee和SetNumberOfCoffee设置最大咖啡数的实现几乎与设置价格的方法差不多。我们先跳过这个来到更有趣的部分 - 买咖啡。
买咖啡
当咖啡爱好者为咖啡交了钱，我们还不能让咖啡机做咖啡，要等到得到了一杯咖啡的钱才行。而且如果多给了现金，我们还要找零钱，所以，例子会变成这样：
- 直到用户开始存钱了，我们开始追踪他的存款并stay在Open状态。
2.当现金数达到一杯咖啡的钱了，我们会转移成ReadyToBuy状态并允许他买咖啡。 - 在ReadyToBuy状态，他可以改变主意Cancel取消这次交易并拿到所有的退款Balance。
- 如果他想要喝咖啡，它发给咖啡机BrewCoffee煮咖啡的消息。（事实上，我们的代码里并不会分发咖啡。我们只是从用户的存款里减掉了咖啡的价格并找零。）
让我们看下以下的用例
用例1 用户存钱单但存的钱低于咖啡的价格
用例开始设置咖啡的价格为5元并且咖啡总数为10。 我们存2元并检查机器是不是在Open状态并且咖啡总数仍然是10.
it("should stay at Transacting when the Deposit is less then the price of the coffee") {
val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)
expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))
coffeeMachine ! Deposit(2)
coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee
expectMsg(10)
}
我们怎样确保机器在Open状态？
每个FSM都能处理一条叫FSM.SubscribeTransitionCallBack(callerActorRef)的特殊消息，能让调用者在任何状态变动时被通知。第一条发给订阅者的通知消息是CurrentState， 告诉我们FSM在哪个状态。 这之后会有若干条Transition消息。
实现
我们继续存钱并维持在Open状态并等待存更多的钱
when(Open) {
...
...
case Event(Deposit(value), MachineData(currentTxTotal, costOfCoffee, coffeesLeft)) if (value + currentTxTotal) < stateData.costOfCoffee => {
val cumulativeValue = currentTxTotal + value
stay using stateData.copy(currentTxTotal = cumulativeValue)
}
用例2和4 - 用户存钱并达到咖啡的价钱
测试用例1 - 存与咖啡价格等值的钱
我们的用例启动机器，确认是否当前状态是Open并存5元钱。 我们之后假定机器状态从Open到ReadyToBuy，这可以通过接受一条Transition消息来证明咖啡机状态的变更。在第一个例子，转换是从Open到ReadyToBuy。
下一步我们让凯飞机BrewCoffee煮咖啡，这时应该会有一条转换，ReadToBuy到Open。 最终我们断言咖啡机中的数量（就是9）。
it("should transition to ReadyToBuy and then Open when the Deposit is equal to the price of the coffee") {
val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)
expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))
coffeeMachine ! Deposit(5)
expectMsg(Transition(coffeeMachine, Open, ReadyToBuy))
coffeeMachine ! BrewCoffee
expectMsg(Transition(coffeeMachine, ReadyToBuy, Open))
coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee
expectMsg(9)
}
测试用例2 - 存大于咖啡价格的钱
第二个例子跟第一个比有90%一样，除了我们存在钱更多了（是6元）。 因为我们把咖啡价格设为5元， 现在我们期望应该有一块钱的Balance找零消息
it("should transition to ReadyToBuy and then Open when the Deposit is greater than the price of the coffee") {
val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)
expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))
coffeeMachine ! Deposit(2)
coffeeMachine ! Deposit(2)
coffeeMachine ! Deposit(2)
expectMsg(Transition(coffeeMachine, Open, ReadyToBuy))
coffeeMachine ! BrewCoffee
expectMsgPF(){
case Balance(value)=>value==1
}
expectMsg(Transition(coffeeMachine, ReadyToBuy, Open))
coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee
expectMsg(9)
}
实现
这个实现比之前的测试用例简单。如果存款大于咖啡价格，那么我们转到goto ReadyToBuy状态。
when(Open){
...
...
case Event(Deposit(value), MachineData(currentTxTotal, costOfCoffee, coffeesLeft)) if (value + currentTxTotal) >= stateData.costOfCoffee => {
goto(ReadyToBuy) using stateData.copy(currentTxTotal = currentTxTotal + value)
}
一旦转到ReadyToBuy状态， 当用户发送BrewCoffee，我们检查是否有零钱找零。
when(ReadyToBuy) {
case Event(BrewCoffee, MachineData(currentTxTotal, costOfCoffee, coffeesLeft)) => {
val balanceToBeDispensed = currentTxTotal - costOfCoffee
logger.debug(s"Balance is $balanceToBeDispensed")
if (balanceToBeDispensed > 0) {
sender ! Balance(value = balanceToBeDispensed)
goto(Open) using stateData.copy(currentTxTotal = 0, coffeesLeft = coffeesLeft - 1)
}
else goto(Open) using stateData.copy(currentTxTotal = 0, coffeesLeft = coffeesLeft - 1)
}
}
用例3 用户要取消交易
实际上， 用户应该可以在交易的任何时间点Cancel取消，无论他在什么状态。我们之前在第一部分讨论过，最好的保存这里通用消息的地方在whenUnhandled代码块。我们要确定用户在取消前是否存了一些钱，我们要还给他们。
实现
whenUnhandled {
...
...
case Event(Cancel, MachineData(currentTxTotal, _, _)) => {
sender ! Balance(value = currentTxTotal)
goto(Open) using stateData.copy(currentTxTotal = 0)
}
}
测试用例
这个例子跟我们以上看到的差不多，除了找零。
it("should transition to Open after flushing out all the deposit when the coffee is canceled") {
val coffeeMachine = TestActorRef(Props(new CoffeeMachine()))
coffeeMachine ! SetCostOfCoffee(5)
coffeeMachine ! SetNumberOfCoffee(10)
coffeeMachine ! SubscribeTransitionCallBack(testActor)
expectMsg(CurrentState(coffeeMachine, Open))
coffeeMachine ! Deposit(2)
coffeeMachine ! Deposit(2)
coffeeMachine ! Deposit(2)
expectMsg(Transition(coffeeMachine, Open, ReadyToBuy))
coffeeMachine ! Cancel
expectMsgPF(){
case Balance(value)=>value==6
}
expectMsg(Transition(coffeeMachine, ReadyToBuy, Open))
coffeeMachine ! GetNumberOfCoffee
expectMsg(10)
}
代码
我不想烦死你所以跳过了解释ShutDownMachine消息和PowerOff状态，如果你想要解释，可以留言。
像之前一样，代码在github
文章来自微信平台「麦芽面包」
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