支付系统中状态机的实现步骤

支付

在支付系统中实现状态机，一般需要遵循以下步骤：

1. 明确业务流程与状态定义

首先要梳理清楚支付系统中各类业务的流程，明确交易或订单可能出现的所有状态。以一个典型的在线支付场景为例，可能涉及的状态有：

  • CREATED（已创建）
  • PENDING（处理中）
  • SUCCESS（支付成功）
  • FAILED（支付失败）
  • REFUNDING（退款中）
  • REFUNDED（已退款）
  • CLOSED（已关闭）

同时，也要确定状态之间合法的转换规则，比如：

  • 处于CREATED状态的订单，在发起支付后可以转变为PENDING状态。
  • PENDING状态的订单，支付成功后会变为SUCCESS状态，若支付失败则转为FAILED状态。
  • SUCCESS状态的订单，申请退款后会进入REFUNDING状态，退款完成则变为REFUNDED状态。

2. 状态持久化与事件溯源

在实际的支付系统中，需要将状态持久化到数据库，以确保系统重启后状态不会丢失。同时，为了保证数据的一致性和可追溯性，可以考虑引入事件溯源模式，记录所有状态变更事件。

3. 状态监控与异常处理

  • 状态监控：要实现完善的日志记录和监控系统，实时追踪状态的变化情况。一旦出现异常状态，能够及时发出警报。
  • 超时处理：对于处于中间状态（如PENDING）的交易，要设置合理的超时时间。超时后自动执行相应的处理逻辑，如关闭订单或发起退款。
  • 幂等设计：确保状态转换操作具有幂等性，防止因重复调用而导致状态不一致的问题。

4. 实际案例参考

  • 电商平台：订单支付状态机（待支付→支付中→已支付→已发货→已完成）。
  • 金融系统：账户充值状态机（充值请求→处理中→成功 / 失败→记账）。
  • 第三方支付：支付宝交易状态（WAIT_BUYER_PAY→TRADE_SUCCESS→TRADE_CLOSED）。

以下是一个使用Java实现支付系统状态机的示例，采用状态模式和枚举来定义状态转换规则：
这个Java示例展示了支付系统状态机的核心实现：

  1. 状态定义：使用枚举PaymentStatus定义了支付的各种状态
  2. 状态模式：通过PaymentState接口和具体状态类实现状态行为的封装
  3. 上下文管理：PaymentContext类管理当前状态并委托状态操作
  4. 事件记录：PaymentEventLogger类记录所有状态变更事件
  5. 状态转换规则：每个状态类中实现合法的状态转换逻辑，非法转换会抛出异常

你可以运行PaymentSystem类的main方法查看状态流转的演示。实际应用中，还需要添加数据库持久化、事务管理和异常处理等功能。

  • PaymentStatus.java
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package com.xdever.demo.payment;

// 支付状态枚举
public enum PaymentStatus {
    CREATED, PENDING, SUCCESS, FAILED, REFUNDING, REFUNDED, CLOSED
}

  • PaymentEventType.java
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package com.xdever.demo.payment;

// 支付事件类型
public enum PaymentEventType {
    PAYMENT_INITIATED,
    PAYMENT_SUCCESS,
    PAYMENT_FAILED,
    REFUND_INITIATED,
    REFUND_SUCCESS,
    REFUND_FAILED,
    ORDER_CLOSED
}

  • PaymentState.java
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package com.xdever.demo.payment;

// 状态接口
public interface PaymentState {
    void processPayment(PaymentContext context);

    void handleSuccess(PaymentContext context);

    void handleFailure(PaymentContext context);

    void initiateRefund(PaymentContext context);

    void processRefund(PaymentContext context);

    void completeRefund(PaymentContext context);

    void closePayment(PaymentContext context);
}
  • CreatedState.java
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package com.xdever.demo.payment;

// 具体状态实现
class CreatedState implements PaymentState {
    @Override
    public void processPayment(PaymentContext context) {
        context.setStatus(PaymentStatus.PENDING);
        context.setCurrentState(new PendingState());
        System.out.println("支付处理中: " + context.getPaymentId());
        // 记录支付事件
        PaymentEventLogger.logEvent(context.getPaymentId(), PaymentEventType.PAYMENT_INITIATED);
    }

    @Override
    public void handleSuccess(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付尚未处理，无法标记为成功");
    }

    @Override
    public void handleFailure(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付尚未处理，无法标记为失败");
    }

    @Override
    public void initiateRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付尚未处理，无法发起退款");
    }

    @Override
    public void processRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付尚未处理，无法处理退款");
    }

    @Override
    public void completeRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付尚未处理，无法完成退款");
    }

    @Override
    public void closePayment(PaymentContext context) {
        context.setStatus(PaymentStatus.CLOSED);
        context.setCurrentState(new ClosedState());
        System.out.println("订单已关闭: " + context.getPaymentId());
        PaymentEventLogger.logEvent(context.getPaymentId(), PaymentEventType.ORDER_CLOSED);
    }
}

  • PendingState.java
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package com.xdever.demo.payment;

// 具体状态实现
class PendingState implements PaymentState {
    @Override
    public void processPayment(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付已在处理中");
    }

    @Override
    public void handleSuccess(PaymentContext context) {
        context.setStatus(PaymentStatus.SUCCESS);
        context.setCurrentState(new SuccessState());
        System.out.println("支付成功: " + context.getPaymentId());
        PaymentEventLogger.logEvent(context.getPaymentId(), PaymentEventType.PAYMENT_SUCCESS);
    }

    @Override
    public void handleFailure(PaymentContext context) {
        context.setStatus(PaymentStatus.FAILED);
        context.setCurrentState(new FailedState());
        System.out.println("支付失败: " + context.getPaymentId());
        PaymentEventLogger.logEvent(context.getPaymentId(), PaymentEventType.PAYMENT_FAILED);
    }

    @Override
    public void initiateRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付未完成，无法发起退款");
    }

    @Override
    public void processRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付未完成，无法处理退款");
    }

    @Override
    public void completeRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付未完成，无法完成退款");
    }

    @Override
    public void closePayment(PaymentContext context) {
        context.setStatus(PaymentStatus.CLOSED);
        context.setCurrentState(new ClosedState());
        System.out.println("订单已关闭: " + context.getPaymentId());
        PaymentEventLogger.logEvent(context.getPaymentId(), PaymentEventType.ORDER_CLOSED);
    }
}

  • SuccessState.java
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package com.xdever.demo.payment;


// 具体状态实现
class SuccessState implements PaymentState {
    @Override
    public void processPayment(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付已成功，不能重复处理");
    }

    @Override
    public void handleSuccess(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付已成功");
    }

    @Override
    public void handleFailure(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("支付已成功，不能标记为失败");
    }

    @Override
    public void initiateRefund(PaymentContext context) {
        context.setStatus(PaymentStatus.REFUNDING);
        context.setCurrentState(new RefundingState());
        System.out.println("退款处理中: " + context.getPaymentId());
        PaymentEventLogger.logEvent(context.getPaymentId(), PaymentEventType.REFUND_INITIATED);
    }

    @Override
    public void processRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("请先发起退款");
    }

    @Override
    public void completeRefund(PaymentContext context) {
        throw new IllegalStateException("请先发起退款");
    }

    @Override
    public void closePayment(PaymentContext context) {
        context.setStatus(PaymentStatus.CLOSED);
        context.setCurrentState(new ClosedState());
        System.out.println("订单已关闭: " + context.getPaymentId());
        PaymentEventLogger.logEvent(context.getPaymentId(), PaymentEventType.ORDER_CLOSED);
    }
}

  • FailedState.java
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package com.xdever.demo.payment;

public class FailedState implements PaymentState {
    @Override
    public void processPayment(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void handleSuccess(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void handleFailure(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void initiateRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void processRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void completeRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void closePayment(PaymentContext context) {

    }
}

  • RefundingState.java
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package com.xdever.demo.payment;

public class RefundingState implements PaymentState {
    @Override
    public void processPayment(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void handleSuccess(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void handleFailure(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void initiateRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void processRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void completeRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void closePayment(PaymentContext context) {

    }
}

  • ClosedState.java
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package com.xdever.demo.payment;

// 具体状态实现
public class ClosedState implements PaymentState {
    @Override
    public void processPayment(PaymentContext context) {
        
    }

    @Override
    public void handleSuccess(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void handleFailure(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void initiateRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void processRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void completeRefund(PaymentContext context) {

    }

    @Override
    public void closePayment(PaymentContext context) {

    }
}

  • PaymentEventLogger.java
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package com.xdever.demo.payment;

import java.time.LocalDateTime;

// 事件日志记录器
public class PaymentEventLogger {
    public static void logEvent(String paymentId, PaymentEventType eventType) {
        // 实际实现中会将事件保存到数据库
        System.out.printf("[%s] 支付ID: %s, 事件: %s%n", LocalDateTime.now(), paymentId, eventType);
    }
}

  • PaymentContext.java
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package com.xdever.demo.payment;

import java.math.BigDecimal;
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.UUID;

// 上下文类
public class PaymentContext {
    private String paymentId;
    private BigDecimal amount;
    private PaymentStatus status;
    private PaymentState currentState;
    private String transactionId;
    private LocalDateTime createTime;
    private LocalDateTime updateTime;

    public PaymentContext(BigDecimal amount) {
        this.paymentId = UUID.randomUUID().toString();
        this.amount = amount;
        this.status = PaymentStatus.CREATED;
        this.currentState = new CreatedState();
        this.createTime = LocalDateTime.now();
        this.updateTime = LocalDateTime.now();
    }

    // Getters and setters
    public String getPaymentId() {
        return paymentId;
    }

    public BigDecimal getAmount() {
        return amount;
    }

    public PaymentStatus getStatus() {
        return status;
    }

    public void setStatus(PaymentStatus status) {
        this.status = status;
        this.updateTime = LocalDateTime.now();
    }

    public PaymentState getCurrentState() {
        return currentState;
    }

    public void setCurrentState(PaymentState currentState) {
        this.currentState = currentState;
    }

    public String getTransactionId() {
        return transactionId;
    }

    public void setTransactionId(String transactionId) {
        this.transactionId = transactionId;
    }

    public LocalDateTime getCreateTime() {
        return createTime;
    }

    public LocalDateTime getUpdateTime() {
        return updateTime;
    }

    // 状态操作委托
    public void processPayment() {
        currentState.processPayment(this);
    }

    public void handleSuccess() {
        currentState.handleSuccess(this);
    }

    public void handleFailure() {
        currentState.handleFailure(this);
    }

    public void initiateRefund() {
        currentState.initiateRefund(this);
    }

    public void processRefund() {
        currentState.processRefund(this);
    }

    public void completeRefund() {
        currentState.completeRefund(this);
    }

    public void closePayment() {
        currentState.closePayment(this);
    }
}

  • PaymentSystem.java
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package com.xdever.demo.payment;


import java.math.BigDecimal;

// 主类 - 演示使用
public class PaymentSystem {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建支付订单
        PaymentContext payment = new PaymentContext(new BigDecimal("100.00"));
        System.out.println("创建支付订单: " + payment.getPaymentId());

        // 处理支付
        payment.processPayment();

        // 模拟支付成功
        payment.handleSuccess();

        // 发起退款
        payment.initiateRefund();

        // 处理退款
        // payment.processRefund(); // 假设处理退款的方法

        // 完成退款
        // payment.completeRefund(); // 假设完成退款的方法

        // 关闭订单
        payment.closePayment();
    }
}

  • 运行结果
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创建支付订单: d612175d-2cc5-469f-b273-9db2af937ede
支付处理中: d612175d-2cc5-469f-b273-9db2af937ede
[2025-07-08T23:14:09.524693800] 支付ID: d612175d-2cc5-469f-b273-9db2af937ede, 事件: PAYMENT_INITIATED
支付成功: d612175d-2cc5-469f-b273-9db2af937ede
[2025-07-08T23:14:09.540408300] 支付ID: d612175d-2cc5-469f-b273-9db2af937ede, 事件: PAYMENT_SUCCESS
退款处理中: d612175d-2cc5-469f-b273-9db2af937ede
[2025-07-08T23:14:09.540408300] 支付ID: d612175d-2cc5-469f-b273-9db2af937ede, 事件: REFUND_INITIATED