一、枚举类型 |
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一、枚举类型
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枚举类型很适合用来实现状态机。状态机可以处于有限数量的特定状态。它们通常根据输入，从一个状态移动到下一个状态，但同时也会存在瞬态。当任务执行完毕后，状态机会立即跳出所有状态。 每个状态都有某些可接受的输入，不同的输入会使状态机从当前状态切换到新的状态。由于枚举限制了可能出现的状态集大小（即状态数量），因此很适合表达（枚举）不同的状态和输入。 每种状态一般也会有某种对应的输出。 自动售货机是个很好的状态机应用的例子。首先，在一个枚举中定义一系列输入： Input.java import java.util.Random; public enum Input { NICKEL(5), DIME(10), QUARTER(25), DOLLAR(100), TOOTHPASTE(200), CHIPS(75), SODA(100), SOAP(50), ABORT_TRANSACTION { @Override public int amount() { // Disallow throw new RuntimeException("ABORT.amount()"); } }, STOP { // 这必须是最后一个实例 @Override public int amount() { // 不允许 throw new RuntimeException("SHUT_DOWN.amount()"); } }; int value; // 单位为美分（cents） Input(int value) { this.value = value; } Input() { } int amount() { return value; } ; // In cents static Random rand = new Random(47); public static Input randomSelection() { //不包括 STOP: return values()[rand.nextInt(values().length - 1)]; } }注意其中两个 Input 有着对应的金额，所以在接口中定义了 amount() 方法。然而，对另外两个 Input 调用 amount() 是不合适的，如果调用就会抛出异常。尽管这是个有点奇怪的机制（在接口中定义一个方法，然后如果在某些具体实现中调用它的话就会抛出异常）,但这是枚举的限制所导致的。 VendingMachine（自动售货机）接收到输入后，首先通过 Category(类别) 枚举来对这些输入进行分类，这样就可以在各个类别间切换了。下例演示了枚举是如何使代码变得更清晰、更易于管理的。 VendingMachine.java import java.io.IOException; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; import java.util.*; import java.util.function.Supplier; import java.util.stream.Collectors; enum Category { MONEY(Input.NICKEL, Input.DIME, Input.QUARTER, Input.DOLLAR), ITEM_SELECTION(Input.TOOTHPASTE, Input.CHIPS, Input.SODA, Input.SOAP), QUIT_TRANSACTION(Input.ABORT_TRANSACTION), SHUT_DOWN(Input.STOP); private Input[] values; Category(Input... types) { values = types; } private static EnumMap categories = new EnumMap(Input.class); static { for (Category c : Category.class.getEnumConstants()) { for (Input type : c.values) { categories.put(type, c); } } } public static Category categorize(Input input) { return categories.get(input); } } public class VendingMachine { private static State state = State.RESTING; private static int amount = 0; private static Input selection = null; enum StateDuration {TRANSIENT} // 标识 enum enum State { RESTING { @Override void next(Input input) { switch (Category.categorize(input)) { case MONEY: amount += input.amount(); state = ADDING_MONEY; break; case SHUT_DOWN: state = TERMINAL; default: } } }, ADDING_MONEY { @Override void next(Input input) { switch (Category.categorize(input)) { case MONEY: amount += input.amount(); break; case ITEM_SELECTION: selection = input; if (amount state = DISPENSING; } break; case QUIT_TRANSACTION: state = GIVING_CHANGE; break; case SHUT_DOWN: state = TERMINAL; default: } } }, DISPENSING(StateDuration.TRANSIENT) { @Override void next() { System.out.println("here is your " + selection); amount -= selection.amount(); state = GIVING_CHANGE; } }, GIVING_CHANGE(StateDuration.TRANSIENT) { @Override void next() { if (amount > 0) { System.out.println("Your change: " + amount); amount = 0; } state = RESTING; } }, TERMINAL { @Override void output() { System.out.println("Halted"); } }; private boolean isTransient = false; State() { } State(StateDuration trans) { isTransient = true; } void next(Input input) { throw new RuntimeException("Only call " + "next(Input input) for non-transient states"); } void next() { throw new RuntimeException("Only call next() for " + "StateDuration.TRANSIENT states"); } void output() { System.out.println(amount); } } static void run(Supplier gen) { while (state != State.TERMINAL) { state.next(gen.get()); while (state.isTransient) { state.next(); } state.output(); } } public static void main(String[] args) { Supplier gen = new RandomInputSupplier(); if (args.length == 1) { gen = new FileInputSupplier(args[0]); } run(gen); } } // 基本的稳健性检查: class RandomInputSupplier implements Supplier { @Override public Input get() { return Input.randomSelection(); } } // 从以“;”分割的字符串的文件创建输入 class FileInputSupplier implements Supplier { private Iterator input; FileInputSupplier(String fileName) { try { input = Files.lines(Paths.get(fileName)) .skip(1) // Skip the comment line .flatMap(s -> Arrays.stream(s.split(";"))) .map(String::trim) .collect(Collectors.toList()) .iterator(); } catch (IOException e) { throw new RuntimeException(e); } } @Override public Input get() { if (!input.hasNext()) { return null; } return Enum.valueOf(Input.class, input.next().trim()); } }下面是用于生成输出的文本文件： VendingMachine.txt QUARTER;QUARTER;QUARTER;CHIPS; DOLLAR;DOLLAR;TOOTHPASTE; QUARTER;DIME;ABORT_TRANSACTION; QUARTER;DIME;SODA; QUARTER;DIME;NICKEL;SODA; ABORT_TRANSACTION; STOP;以下是运行参数配置：
运行结果如下：
因为通过 switch 语句在枚举实例中进行选择操作是最常见的方式（注意，为了使 switch 便于操作枚举，语言层面需要付出额外的代价），所以在组织多个枚举类型时，最常问的问题之一就是“我需要什么东西之上（即以什么粒度）进行 switch”。这里最简单的办法是，回头梳理一遍 VendingMachine，就会发现在每种 State 下，你需要针对输入操作的基本类别进行 switch 操作：投入钱币、选择商品、退出交易、关闭机器。并且在这些类别内，你还可以投入不同类别的货币，选择不同类别的商品。Category 枚举会对不同的 Input 类型进行分类，因此 categorize() 方法可以在 switch 中生成恰当的 Category。这种方法用一个 EnumMap 实现了高效且安全的查询。 如果你研究一下 VendingMachine 类，便会发现每个状态的区别，以及对输入的响应区别。同时还要注意那两个瞬态：在 run() 方法中，售货机等待一个 Input，并且会一直在状态间移动，直到它不再处于某个瞬态中。 VendingMachine 可以通过两种不同的 Supplier 对象，以两种方法来测试。RandomInputSupplier 只需要持续生成除 SHUT_DOWN 以外的任何输入。通过一段较长时间的运行后，就相当于做了一次健康检查，以确定售货机不会偏离到某些无效状态。FileInputSupplier 接收文本形式的输入描述文件，并将它们转换为 enum 实例，然后创建 Input 对象。下面是用于生成以上输出的文本文件： FileInputSupplier 的构造器将这个文件转换为行级的 Stream 流，并忽略注释行。然后它通过 String.split() 方法将每一行都根据分号拆开。这样就能生成一个字符串数组，可以通过先将该数组转化为 Stream，然后执行 flatMap()，来将其注入（前面 FileInputSupplier 中生成的）Stream 中。结果将删除所有的空格，并转换为 List，并从中得到 Iterator。 上述设计有个限制：VendingMachine 中会被 State 枚举实例访问到的字段都必须是静态的，这意味着只能存在一个 VendingMachine 实例。这可能不会是个大问题——你可以想想一个实际的（嵌入式Java）实现，每台机器可能就只有一个应用程序。 |
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