前端设计模式用起来（1）状态模式

业务代码开发久了，偶尔看看设计模式，总会让自己有一种清新脱俗的感觉。总想把这种感觉记下来，但一想到要先起个恰如其分的标题和开头，就让我有一种百爪挠心的纠结，所以迟迟没有开始。今天起更新我学习设计模式笔记的原因，就好像是，你喜欢一个女孩久了，却总不表白，难道不怕被别人截胡了么！

首先我们来一起设想一些场景：

• 程序员们在等电梯的时候，聊天频率最高的一个话题，是不是电梯调度算法呢。写字楼的几部电梯到底是分单双层运力快，还是高低层运力快？当你按下电梯时，是就近楼层的电梯视来接你，还是自顾自的先上后下顺带来接你？
• 开车来到路口，对红绿灯亮灭的长短是否曾有过习惯性的吐槽

除了电梯调度、红绿灯控制，软件设计和业务开发中，类似诸如状态切换的问题不难遇到。他们的共同点是：场景存在多个状态，状态改变时会触发对应的不同处理方法，状态间切换又存在诸多约束和限制。

面对这种场景，你脑海里的第一解决方案是什么？条件分支if...else或者switch...case么？其实应当视具体场景复杂度来看，如果状态少逻辑简单，条件分支力所能及。但倘若状态较多，逻辑复杂，又存在诸多特殊情况的约束限制，本文将介绍的状态模式欢迎来解一下。

状态模式

定义：当一个对象的内在状态改变时，允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类

我们先来看下传统面向对象语言的类图，后面再细说前端js中该如何应用

对于一个if...else处理的长流程，我们可以抽象成多个状态的切换，不同具体的状态继承自一个抽象状态接口。场景类维护当前状态对象的一个实例，以及状态切换间的约束关系。

这样做的好处是将状态的获取和状态的切换进行了分离，一个具体的状态类只处理本状态相关的逻辑，符合单一职责原则，后期如果新加状态只需要新建具体的状态类，符合开放封闭原则。

JavaScript没有抽象接口类的概念，所有类图也大大简化，如下：

State类为状态类，包含状态值以及状态改变时具体的处理方法。Context类为场景类，维护状态间的约束关系以及控制触发状态的切换。
下面我们看下代码，让概念平稳落地：

// 定义状态类
class State {
    constructor(color) {
        this.color = color
    }
    // 处理该状态下具体逻辑
    handle(context) {
        console.log(`turn to ${this.color}`)
        context.setState(this)
    }
}

// 定义场景类
class Context {
    constructor() {
        this.state = null
    }
    setState(state) {
        this.state = state
    }
    getState() {
        return this.state
    }
}

测试代码如下：

const ctx = new Context()
// 实例出具体状态
const red = new State('red')
const green = new State('green')
const yellow = new State('yellow')
// 绿灯亮
green.handle(ctx)
console.log(ctx.getState())
// 红灯亮
red.handle(ctx)
console.log(ctx.getState())
// 黄灯亮
yellow.handle(ctx)
console.log(ctx.getState())

有限状态机

状态模式脱胎自有限状态机（Finite-State-Machine），这个数学模型描述了有限个状态，以及这些状态之间转移和动作的行为，是一种对象行为建模的工具。类似下图就是一种有限状态机：

其实我们在处理业务逻辑时，经常打交道的各种事件和状态切换，写的各种if...else和switch...case都是有限状态机模型，只是平时没有意识到吧了。在处理较为复杂的逻辑时，考虑把业务逻辑抽象成一个有限状态机模型，常常会是代码逻辑清晰，结构规整。

有限状态机可以归纳出四个要素：

1. 现态：即当前的状态。
2. 条件：又称为“事件”。当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。
3. 动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。
4. 次态：条件满足后要迁往的新状态。次态是相对于现态而言的，次态一旦被激活，就转变成新的现态了。

Tips：避免把某个程序动作当作是一种状态来处理，动作是不稳定的，即使条件没有触发，一旦动作执行完也就结束了；但状态是稳定的，如果没有外部条件触发，状态会一直持续下去。

介绍了有限状态机，我们当然可以通过上面介绍的状态模式的方式，来将这种模型工具应用到我们的代码开发当中。但是你有没有注意到一个问题？对，代码不够优雅，略显简陋，不能忍！

接下来介绍一个优雅的有限状态机实现类库javascript-state-machine，接下来使用这个类库简单实现一个Promise的功能，来看一下如何使用。

Promise简单实现

首先回顾一下Promise的特点：

• Promise是一个类。
• Promise在实例初始化的时候需要传入一个函数。
• 传入的函数需要接收resolve和reject两个函数，成功的时候调用resolve，失败的时候调用reject。
• Promise实例出的对象有一个then方法，可以进行链式操作。
• Promise拥有三种状态：pending、fulfilled、rejected，可以从pending->fulfilled，或pending->rejected，但不能逆向。

接下来上代码实现一下

// 状态机模型
const fsm = new StateMachine({
    // 初始状态
    init: 'pending',
    // 状态迁移规则，name,from,to的名字尽量别同名
    transitions: [
        { name: 'resolve', from: 'pending', to: 'fulfilled' },
        { name: 'reject', from: 'pending', to: 'rejected'}
    ],
    methods: {
        onResolve(state, data) {
            data.successFn.forEach(fn => fn())
        },
        onReject(state, data) {
            data.failFn.forEach(fn => fn())
        }
    }
})

// 定义Promise
class MyPromise {
    constructor(fn) {
        this.successFn = []
        this.failFn = []
        fn(
            () => { fsm.resolve(this)},
            () => { fsm.reject(this)}
        )
    }
    then(successFn, failFn) {
        this.successFn.push(successFn)
        this.failFn.push(failFn)
        return this
    }
}

总结

本文介绍了状态模式和有限状态机的概念，以及才开发中优雅使用的姿势javascript-state-machine，并通过用其简单实现了Promise的基本功能，演示了如何使用。

其实重点还是状态模式，通过本文介绍可以很明显地感受到其优点：

1. 结构清晰，避免了过多的if...else或switch...case的使用，降低了程序的复杂性，提高了系统的可维护性。
2. 很好遵循了开放封闭原则和单一职责原则。

记得Martin在《重构》中，提到一个坏的代码味道“Long Method”，当你遇到一个方法中包含了一大堆逻辑，做了很多事的时候，你就应该嗅探到一股恶臭味，怎么去修改，或许考虑使用状态模式是一条途径。

但状态模式还有一点需要注意到，当采用子类继承实现多种具体状态的时候，注意控制状态的数量，以免出现子类数量膨胀的现象（在使用TypeScript或Java等更完整面向对象语言时）。