Machine Coding - Vending Machine: En este artículo presento un diseño y una implementación conceptual de una máquina expendedora usando Golang, adaptado para explicar la lógica, los estados y cómo mantener consistencia en escenarios concurrentes.
Requisitos principales: La máquina debe soportar múltiples productos con distintos precios y cantidades; aceptar monedas y billetes de varias denominaciones; dispensar el producto seleccionado y devolver cambio cuando sea necesario; mantener el inventario actualizado; manejar transacciones concurrentes garantizando consistencia de datos; ofrecer interfaces para reabastecer productos y recoger efectivo; y gestionar escenarios excepcionales como fondos insuficientes o producto agotado.
Análisis y enfoque: La máquina cambia su comportamiento según su estado. Estados sugeridos: Idle sin dinero insertado, HasMoney con dinero pero sin compra confirmada, Dispensing durante la entrega del producto, ReturnChange para devolver cambio. Para evitar grandes bloques if else se recomienda el Patrón Estado donde cada estado define las acciones válidas como InsertMoney, SelectProduct, Cancel y métodos relacionados.
Ejemplo de flujo: 1) La máquina inicia en idle. 2) Usuario selecciona producto o inserta moneda. 3) Si se selecciona producto y hay inventario se pasa a estado listo para pago. 4) Si el pago cubre el precio se transita a dispensing y se realiza DispenseProduct. 5) Si hay que devolver cambio se pasa a return change y se ejecuta ReturnChange. 6) Al finalizar la transacción se vuelve a idle.
Entidades principales: Product representa nombre, precio y cantidad; Coin y Note representan denominaciones; VendingMachine es el contexto principal que contiene inventario, inventario de efectivo, balance actual, producto seleccionado y el estado actual.
Interfaz de estado ejemplo: VendingMachineState con métodos SelectProduct(product *Product) InsertCoin(coin Coin) InsertNote(note Note) DispenseProduct() ReturnChange()
Contexto VendingMachine: Estructura que mantiene inventory map[Product]cantidad, estados concretos idleState readyState dispenseState returnChangeState y currentState. Además campos de transacción como selectedProduct y totalPayment. Métodos delegados llaman a currentState para realizar la acción y facilitan la transición entre estados mediante SetState.
Inicialización y delegación: NewVendingMachine crea el contexto, instancia objetos de estado concrete como IdleState ReadyState DispenseState ReturnChangeState y establece currentState a idleState. Los métodos SelectProduct, InsertCoin, InsertNote, DispenseProduct y ReturnChange delegan la ejecución al estado actual, permitiendo que el comportamiento cambie dinámicamente según el estado.
Implementación de estados: Cada estado implementa la interfaz VendingMachineState. Por ejemplo IdleState valida disponibilidad del producto, asigna selectedProduct y transita a readyState si procede. En IdleState las acciones de insertar moneda o billete pueden sugerir primero seleccionar producto, mientras que en ReadyState las inserciones actualizan totalPayment y cuando totalPayment >= precio se transita a DispenseState. DispenseState reduce inventario, registra ingreso de efectivo y si corresponde transita a ReturnChangeState. ReturnChangeState calcula y entrega cambio, actualiza caja y retorna a IdleState.
Pseudocódigo ilustrativo de IdleState: struct IdleState vendingMachine *VendingMachine Func SelectProduct(product *Product) if vendingMachine.inventory.IsAvailable(product) vendingMachine.selectedProduct = product vendingMachine.SetState(vendingMachine.readyState) println Producto seleccionado product.name else println Producto no disponible product.name Otras acciones en IdleState devuelven mensajes que indican seleccionar producto primero.
Consistencia y concurrencia: Para manejar múltiples transacciones concurrentes se debe proteger el acceso al inventario y la caja con mecanismos de sincronización propios de Go como mutex o utilizar canales para serializar operaciones críticas. Alternativas incluyen almacenar inventario y caja en un almacén transaccional o base de datos con soporte ACID y usar bloqueos optimistas o pesimistas según el caso. Tests de carga y condiciones de carrera son esenciales.
Gestión de efectivo e inventario: Mantener una estructura de inventario que permita consultar y actualizar cantidades de forma atómica. Llevar registro de las denominaciones disponibles para poder calcular cambio óptimo. Incluir funciones administrativas para reabastecer productos, añadir o retirar billetes y monedas, y recolectar fondos, con autenticación o roles administrativos según la necesidad.
Escenarios excepcionales: Fondos insuficientes: informar al usuario y permitir más inserciones o cancelación. Producto agotado: impedir selección y sugerir alternativas o reembolso. Falta de cambio: posibilidad de cancelar o emitir crédito. Errores hardware o en comunicación deben manejarse con retries y estados de error que permitan intervención humana.
Extensiones y mejoras: Interfaces REST o gRPC para gestionar la máquina remotamente, telemetría y logging para monitorizar ventas y alertas de stock, integración con servicios cloud aws y azure para almacenamiento de datos y análisis, y paneles de Business Intelligence como Power BI para visualizar ventas y comportamiento. Uso de agentes IA e IA para empresas para optimizar precios dinámicos, predicción de demanda y rutas de reabastecimiento, y modelos de detección de fraude o anomalías para ciberseguridad.
Buenas prácticas de diseño: Separar la lógica de negocio de la persistencia y de la interfaz de usuario, diseñar pruebas unitarias para cada estado y transacción, documentar invariantes y garantizar que las transiciones de estados son deterministas y seguras frente a fallos.
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Conclusión: Implementar una máquina expendedora robusta implica modelar claramente los estados y sus transiciones, proteger recursos compartidos en escenarios concurrentes, y diseñar interfaces administrativas y de monitorización. La combinación de un patrón estado bien aplicado con buenas prácticas de concurrencia y observabilidad permite construir una solución mantenible y escalable. Si te interesa una implementación profesional, integración con servicios cloud o aplicar inteligencia artificial para optimizar operaciones, contacta a Q2BSTUDIO para desarrollar software a medida adaptado a tus necesidades.