有限状态机FSM

2022-05-22

关于状态机，以前写过用Go实现一个状态机，只是讲述了如何控制状态的流转，理论上不能算作完整的状态机。

一个完整的状态机其过程如下：发生一个event（事件）后，根据当前存在的状态（cur-state），决定执行的“动作”（action），并设置下一个状态号（transition）。

1. 事件（Event）指的是在时间和空间上占有一定位置，并且对状态机来讲是有意义的那些事情。事件通常会引起状态的变迁，促使状态机从一种状态切换到另一种状态。
2. 状态（State）指的是对象在其生命周期中的一种状况，处于某个特定状态中的对象必然会满足某些条件、执行某些动作或者是等待某些事件。
3. 转换（Transition）指的是两个状态之间的一种关系，表明对象将在第一个状态中执行一定的动作，并将在某个事件发生同时某个特定条件满足时进入第二个状态。

这次我们看一下有限状态机及其实战。

有限状态机（英语：finite-state machine，缩写：FSM）又称有限状态自动机，简称状态机，是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。

FSM可以把模型的多状态、多状态间的转换条件解耦。可以使维护变得容易，代码也更加具有可读性，也更加艺术。

github上https://github.com/looplab/fsm，有1.8K Star，我们以这个开源项目为例，讲一下FSM的具体实现。此处用开门、关门为例，状态虽然很，但能很好的说明问题。

样例代码位置为：https://github.com/shidawuhen/asap/blob/master/controller/various/fsm.go

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/looplab/fsm"
)

type Door struct {
	To  string
	FSM *fsm.FSM
}

func NewDoor(to string) *Door {
	d := &Door{
		To: to,
	}

d.FSM = fsm.NewFSM(
		"closed",
		fsm.Events{
			{Name: "open", Src: []string{"closed"}, Dst: "open"},
			{Name: "close", Src: []string{"open"}, Dst: "closed"},
		},
		fsm.Callbacks{
			//指定状态
			"leave_closed": func(e *fsm.Event) { d.leaveClose(e) },
			"before_open":  func(e *fsm.Event) { d.beforeOpen(e) },
			"enter_open":   func(e *fsm.Event) { d.enterOpen(e) },
			"after_open":   func(e *fsm.Event) { d.afterOpen(e) },
			//通用状态
			"enter_state": func(e *fsm.Event) { d.enterState(e) },
		},
	)
	return d
}

func (d *Door) beforeOpen(e *fsm.Event) {
	fmt.Printf("beforeOpen, The door to %s is %s\n", d.To, e.Dst)
}

func (d *Door) enterOpen(e *fsm.Event) {
	fmt.Printf("enterOpen, The door to %s is %s\n", d.To, e.Dst)
}

func (d *Door) afterOpen(e *fsm.Event) {
	fmt.Printf("afterOpen, The door to %s is %s\n", d.To, e.Dst)
}

func (d *Door) leaveOpen(e *fsm.Event) {
	fmt.Printf("leaveOpen, The door to %s is %s\n", d.To, e.Dst)
}

func (d *Door) leaveClose(e *fsm.Event) {
	fmt.Printf("leaveClose, The door to %s is %s\n", d.To, e.Dst)
}

func (d *Door) enterState(e *fsm.Event) {
	fmt.Printf("The door to %s is %s\n", d.To, e.Dst)
}

func main() {
	door := NewDoor("heaven")
	fmt.Println("当前状态为：" + door.FSM.Current())

err := door.FSM.Event("open")
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	}

fmt.Println("当前状态为：" + door.FSM.Current())
	err = door.FSM.Event("close")
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
}

➜  myproject go run main.go
当前状态为：closed
beforeOpen, The door to heaven is open
leaveClose, The door to heaven is open
enterOpen, The door to heaven is open
The door to heaven is open
afterOpen, The door to heaven is open
当前状态为：open
The door to heaven is closed

1.NewDoor里的Events存放状态机的信息

• Name：事件
• Src：当前状态
• Dst：目标状态

表示某事件发生时，如果当前为Src状态，可变换为Dst状态

2.NewDoor里的Callbacks存放转换动作

• 转换动作可分为通用转换和指定转换，通用转换状态格式为***_state，指定转换状态格式为***_状态名

• 无论通用还是指定转换状态，都是四种，分别对应样例中的代码

  • 进入当前状态前做什么：before_**
  • 离开上一个状态做什么：leave_**
  • 进入当前状态做什么：enter_**
  • 当前状态执行完做什么：after_**

• 执行顺序为：https://www.processon.com/view/link/6289e3bd1e08533ae716e7ad

FSM可以用在状态多、变化也多的地方，如履约单。一般订单履约涉及很多状态，而且这些状态经常会变更，使用FSM会方便很多。其中有几个实现要点：

1.订单上要记录当前状态
2.需要维护状态机，可以从两方面考虑

• 画图：清晰的资料能帮我们快速了解当前整个状态机的情况
• 状态机存储：可以将状态机写在代码中或存放到数据库中，格式如Events所示，至少需要有事件、当前状态、目标状态

3.转移实现

• 转移有通用转移和指定转移，好的通用转移逻辑能增强复用性
• 指定状态可以独立实现，因为转换代码已解耦，对系统影响很小

4.状态一致性

• 先计算出目标状态，当正确完成所有操作后，更新订单状态为目标状态

通过分析源码和实例，大家能够看到使用FSM不但能清晰维护状态机，而且对状态的更改、对转移功能的更改都实现了解耦，大大减少了维护成本。

同时通过合理的设计，赋予研发人员对状态转移操作极大的控制性，可以从离开、进入前、进入、完成后四个时机进行控制。

在友好程度上，我觉得是比Go设计模式(22)-状态模式更好一些的。