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本文作者:木杪
(相关资料图)
有限状态机(FSM)是计算机科学中的一种数学模型,可用于表示和控制系统的行为。它由一组状态以及定义在这些状态上的转换函数组成。FSM 被广泛用于计算机程序中的状态机制。
有限状态机(FSM)应用场景在各种自动化系统的应用:例如交通信号灯、地铁站的旋转闸门、银行自动取款机等。通过对状态和转换函数的定义,可以实现对系统行为的精确控制。
交通信号灯状态流转图
地铁站的旋转闸门状态流转图
银行自动取款机状态流转图
在编程领域的应用:例如在编写编译器和解释器时,可以使用有限状态机(FSM)来处理词法分析。例如:JSON.Parse
在Notion中应用:可以使用 有限状态机(FSM)的相关概念来构建各种工作流程,例如状态转换图、状态转换表等。
在web中应用:我们熟悉的 Promise也是一个状态机,具有三个状态:pending、resolved。rejected。
Promise状态流转图
登录功能流转图
类似这样的状态机的例子数不胜数,甚至于,人也是一种极其复杂的状态机,给定一种刺激或多种刺激组合,也会触发人从某种状态过渡到另一种状态。只不过复杂程度极高,以至于现代科学完全无法解密这种状态机。
有限状态机(FSM)实现原理具体来说,FSM由以下几部分组成:
初始状态:系统的初始状态。状态集合:表示系统可能处于的各种状态。转移函数:定义系统在不同状态之间的转移条件和结果。终止状态:系统在某个状态下可以停止计算。有限状态机(FSM)的实现基于状态转移图。状态转移图是一个有向图,它表示有限状态机(FSM)中状态之间的转移关系。在状态转移图中,每个状态表示系统的某种状态,每个转移表示系统从一个状态转移到另一个状态的条件和结果。
实现简易的有限状态机(FSM)实现步骤当状态机开始执行时,它会自动进入初始化状态(initial state)。每个状态都可以定义,在进入(onEnter)或退出(onExit)该状态时发生的行为事件(actions),通常这些行为事件会携带副作用(side effect)。每个状态都可以定义触发转换(transition)的事件。转换定义了在退出一个状态并进入另一个状态时,状态机该如何处理这种事件。在状态转换发生时,可以定义可以触发的行为事件,从而一般用来表达其副作用。状态转移图function createMachine(stateMachineDefinition) { const machine = { value: stateMachineDefinition.initialState, performTransition(currentState, event) { const currentStateDefinition = stateMachineDefinition[currentState]; const destinationTransition = currentStateDefinition.transitions[event]; if (!destinationTransition) { return; } const destinationState = destinationTransition.target; const destinationStateDefinition = stateMachineDefinition[destinationState]; destinationTransition.action(); currentStateDefinition.actions.onExit(); destinationStateDefinition.actions.onEnter(); machine.value = destinationState; return machine.value; }, }; return machine;}const machine = createMachine({ initialState: "off", off: { actions: { onEnter() { console.log("off: onEnter"); }, onExit() { console.log("off: onExit"); }, }, transitions: { switch: { target: "on", action() { console.log("transition action for "switch" in "off" state"); }, }, }, }, on: { actions: { onEnter() { console.log("on: onEnter"); }, onExit() { console.log("on: onExit"); }, }, transitions: { switch: { target: "off", action() { console.log("transition action for "switch" in "on" state"); }, }, }, },});let state = machine.value;console.log(`current state: ${state}`);state = machine.performTransition(state, "switch");console.log(`current state: ${state}`);state = machine.performTransition(state, "switch");console.log(`current state: ${state}`);
有限状态机(FSM)的 应用实现文本解析器实现思路确定状态和输入在编写 FSM 之前,我们需要确定我们的状态和输入。在这个例子中,我们将定义三个状态:起始状态、数字状态和字符串状态。我们还将定义四个输入:数字、字母、引号和空格。定义状态机类现在,我们可以编写代码来实现我们的 FSM 。我们需要定义一个状态机类,它将接受输入,并根据转移规则转换状态。该类应该包含以下属性:在状态比较多的情况下,把状态、事件及 transitions集中到一个状态机中,进行统一管理。这样不需要写太多的 if-else,或者 case判断,如果增加状态和事件,也便于代码的维护和扩展。
currentState
:当前状态。states
:状态列表。transitions
:转移列表。它还应该包含以下方法:transition
:该方法接受一个输入参数 input
,根据当前状态以及输入参数,执行相应的状态转换。定义转移规则我们还需要定义状态之间的转移规则。为此,我们将使用转移列表,其中包含状态之间的映射和输入。转移规则应该考虑当前状态和输入,并根据它们确定下一个状态。如果当前状态和输入没有匹配的转移规则,则应该抛出一个异常。解析文本现在,我们可以使用状态机解析文本。我们需要将文本拆分为单词,并将每个单词作为输入提供给状态机。在处理完所有输入后,我们可以通过调用 getInputType
方法来获取解析的令牌。示例代码const STATES = { START: "start", NUMBER: "number", STRING: "string",};const INPUTS = { NUMBER: "number", LETTER: "letter", SPACE: "space", QUOTE: "quote",};const TRANSITIONS = [ { currentState: STATES.START, input: INPUTS.NUMBER, nextState: STATES.NUMBER, }, { currentState: STATES.START, input: INPUTS.LETTER, nextState: STATES.STRING, }, { currentState: STATES.START, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START }, { currentState: STATES.START, input: INPUTS.QUOTE, nextState: STATES.STRING }, { currentState: STATES.NUMBER, input: INPUTS.NUMBER, nextState: STATES.NUMBER, }, { currentState: STATES.NUMBER, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START }, { currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.LETTER, nextState: STATES.STRING, }, { currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START }, { currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.QUOTE, nextState: STATES.START },];class TextParse { constructor() { this.currentState = STATES.START; this.buffer = ""; this.type; } performTransition(input) { const transition = TRANSITIONS.find( (t) => t.currentState === this.currentState && t.input === input.type ); if (!transition) throw new Error( `Invalid input "${input.value}" for state "${this.currentState}"` ); this.currentState = transition.nextState; if (this.currentState === STATES.START) { const token = this.buffer; const type = this.type; this.buffer = ""; this.type = ""; return { type, value: token, }; } else { this.buffer += input.value; this.type = input.type; } }}function textParse(input) { const textParse = new TextParse(); const tokens = []; for (let i = 0; i < input.length; i++) { const char = input[i]; try { const token = textParse.performTransition({ type: getInputType(char), value: char, }); if (token) { tokens.push(token); } } catch (e) { console.error(e.message); return null; } } const lastToken = textParse.performTransition({ type: INPUTS.SPACE }); if (lastToken) { tokens.push(lastToken); } return tokens;}function getInputType(char) { if (/[0-9]/.test(char)) { return INPUTS.NUMBER; } else if (/[a-zA-Z]/.test(char)) { return INPUTS.LETTER; } else if (/[\s\n\t\r]/.test(char)) { return INPUTS.SPACE; } else if (char === """) { return INPUTS.QUOTE; } else { throw new Error(`Unknown input type for "${char}"`); }}// Example usage:console.log(textParse("123 abc "def ghi" 456")); // [// { type: "number", value: "123" },// { type: "letter", value: "abc" },// { type: "letter", value: ""def" },// { type: "letter", value: "ghi" },// { type: "", value: "" },// { type: "number", value: "456" }// ]
示例代码
web 应用使用 有限状态机(FSM)结合 React构建 web 应用,不局限于身份认证,登录,步骤表单,有蛮多 web 应用在有限状态机(FSM)的实践,下面主要描述 从有限状态机(FSM)在服务端拉取数据的状态转移上的应用
状态转移图
状态集(States), 转换规则(Transitions)
const states = { INITIAL: "idle", LOADING: "loading", SUCCESS: "success", FAILURE: "failure",};
const transitions = { [states.INITIAL]: { fetch: () => /* Returns states.LOADING */, }, [states.LOADING]: {}, [states.SUCCESS]: { reload: () => /* Returns states.LOADING */, clear: () => /* Returns states.INITIAL */, }, [states.FAILURE]: { retry: () => /* Returns states.LOADING */, clear: () => /* Returns states.INITIAL */, },}
示例代码
总结结合前端应用的探索体现的不多,可以再作为第二篇内容去探讨,有兴趣的同学可以尝试一下 有限状态机(FSM)在 web 上的应用探索,以及 Xstate库(FSM封装的功能性库)的应用,以及跟 状态管理库差异化的知识。在这里提醒一点,状态管理库 (Redux)和 Xstate并不是互斥的,Xstate关注的是如何设计状态,状态管理库关注的是如何管理状态。事实上,状态机几乎可以与任何无主见的状态管理工具一起使用。我鼓励您探索各种方法,以确定最适合您、您的团队和您的应用程序的方法。
参考资料https://statecharts.dev/what-is-a-state-machine.htmlhttps://bespoyasov.me/blog/fsm-to-the-rescue/https://xstate.js.org/docs/about/concepts.htmlhttps://kentcdodds.com/blog/implementing-a-simple-state-machine-library-in-javascripthttps://css-tricks.com/finite-state-machines-with-react/Copyright 2015-2022 南极评测网版权所有 备案号:粤ICP备2022077823号-13 联系邮箱: 317 493 128@qq.com