Java自动机实现

这篇文章将解决在Java中实现有限状态机的问题。如果您不知道什么是FSM或在什么地方可以使用FSM，您可能会热衷于阅读此，这个和这个。

如果您发现自己在设计上使用FSM的情况，则可能已经开始为实现相同接口的每个状态编写类。一个好的设计可能是：

interface State { }
class State_1 implements State {}
class State_2 implements State {}
...

您可能有一个类可以管理这些状态以及它们之间的过渡，而另一个可以实现FSM的上下文（输入带状区域），另一个用于起始状态的接口，另一个用于结束状态的接口，依此类推。许多类分散在许多文件中，使您无法快速跟踪它们。

还有另一种方法：使用枚举。

枚举本质上是类的列表，并且枚举的每个成员可能具有不同的实现。假设我们要实现以下状态机：

初始化-（'a'）-> A
初始化-（else）->失败
A-（'b'）-> B A-（'c'）-> C A-（'a'）-> A A-（”）->结束 A-（其他）->失败 B-（'c'）-> C B-（'b'）-> B B-（”）->结束 B-（其他）->失败 C-（'c'）-> C C-（”）->结束 C-（其他）->失败

该FSM将验证以下正则表达式：^（a +）（b *）（c *）$。我们可以将状态写成枚举状态的元素，如下所示：

interface State {public State next();
}

class Input {private String input;private int current;public Input(String input) {this.input = input;}char read() { return input.charAt(current++); }
}enum States implements State {Init {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'a': return A;default: return Fail;}}},A {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'a': return A;case 'b': return B;case 'c': return C;case '': return null;default: return Fail;}}},B {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'b': return B;case 'c': return C;case '': return null;default: return Fail;}}},C {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'c': return C;case '': return null;default: return Fail;}}},Fail {@Overridepublic State next(Input word) {return Fail;}};public abstract State next(Input word);
}

我们要做的是定义每个枚举中每个状态的转换。每个过渡都会返回一个新状态，因此我们可以更有效地循环遍历它们：

State s;
Input in = new Input("aabbbc");
for(s = States.Init; s != null || s != States.Fail; s = s.next(in)) {}if(s == null) {System.out.printlin("Valid!");}
else {System.out.println("Failed");}

此时，我们要么验证了字符串，要么失败了。这是一个简单而优雅的设计。

我们可以通过将最终状态与主要状态分开来进一步改善实现，以简化遍历的退出条件。我们将定义另一个名为FinalState的接口，以及一个将包含所需退出状态的第二枚举（相应地更改States枚举）：

interface FinalState extends State {}
enum FinalStates implements FinalState {Fail {@Overridepublic State next(Input word) {return Fail;}},Ok {@Overridepublic State next(Input word) {return End;}}
}

这样，遍历将有所简化：

for(s = States.Init; !(s instanceof FinalState); s = s.next(in)) {}
switch(s) {case Fail: System.out.printlin("Failed"); break;case Ok: System.out.println("Valid!"); break;default: System.out.println("Undefined"); break;
}

优点是（除了更简单的遍历之外），我们可以指定两个以上的最终状态。在大多数情况下，FSM会有多个出口点，因此建议从长远来看最后一种改进。您还可以将所有这些枚举和接口放在同一源文件中，并将整个逻辑放在一个位置，而不是浏览多个选项卡，以便了解流程的工作原理。

总之，使用枚举可以更紧凑，更有意义地实现FSM。您将所有逻辑都放在一个文件中，并且所有遍历都是轻松的。您还将获得更轻松的调试体验，因为已转换的状态的名称将显示在调试器中（变量s将相应地更改其值，并带有新状态的名称），而不必弄清楚您刚刚上过什么课。总而言之，我认为这是一个好技术。

参考：我们的JCG合作伙伴 Attila-Mihaly Balazs 在Java中实现自动机在Transylvania JUG博客上。