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本文作者:木杪
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
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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
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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
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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。
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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: ${state}`);
有限状态机(FSM)的 应用实现
在状态比较多的情况下,把状态、事件及 transitions 集中到一个状态机中,进行统一管理。这样不需要写太多的 if-else,或者 case 判断,如果增加状态和事件,也便于代码的维护和扩展。
文本解析器
实现思路
-
确定状态和输入
在编写 FSM 之前,我们需要确定我们的状态和输入。在这个例子中,我们将定义三个状态:起始状态、数字状态和字符串状态。我们还将定义四个输入:数字、字母、引号和空格。 -
定义状态机类
现在,我们可以编写代码来实现我们的 FSM 。我们需要定义一个状态机类,它将接受输入,并根据转移规则转换状态。该类应该包含以下属性:-
currentState
:当前状态。 -
states
:状态列表。 -
transitions
:转移列表。
它还应该包含以下方法: -
transition
:该方法接受一个输入参数input
,根据当前状态以及输入参数,执行相应的状态转换。
-
-
定义转移规则
我们还需要定义状态之间的转移规则。为此,我们将使用转移列表,其中包含状态之间的映射和输入。转移规则应该考虑当前状态和输入,并根据它们确定下一个状态。如果当前状态和输入没有匹配的转移规则,则应该抛出一个异常。 -
解析文本
现在,我们可以使用状态机解析文本。我们需要将文本拆分为单词,并将每个单词作为输入提供给状态机。在处理完所有输入后,我们可以通过调用getInputType
方法来获取解析的令牌。
示例代码
const STATES = {
START: "start",
NUMBER: "number",
STRING: "string",
};
const INPUTS = {
NUMBER: "number",
LETTER: "letter",
SPACE: "space",
QUOTE: "quote",
};
const TRANSITIONS = [
{
currentState: STATES.START,
input: INPUTS.NUMBER,
nextState: STATES.NUMBER,
},
{
currentState: STATES.START,
input: INPUTS.LETTER,
nextState: STATES.STRING,
},
{ currentState: STATES.START, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START },
{ currentState: STATES.START, input: INPUTS.QUOTE, nextState: STATES.STRING },
{
currentState: STATES.NUMBER,
input: INPUTS.NUMBER,
nextState: STATES.NUMBER,
},
{ currentState: STATES.NUMBER, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START },
{
currentState: STATES.STRING,
input: INPUTS.LETTER,
nextState: STATES.STRING,
},
{ currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START },
{ currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.QUOTE, nextState: STATES.START },
];
class TextParse {
constructor() {
this.currentState = STATES.START;
this.buffer = "";
this.type;
}
performTransition(input) {
const transition = TRANSITIONS.find(
(t) => t.currentState === this.currentState && t.input === input.type
);
if (!transition)
throw new Error(
`Invalid input "${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
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状态转移图
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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 */,
},
}
示例代码文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-419499.html
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。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-419499.html
参考资料
- https://statecharts.dev/what-is-a-state-machine.html
- https://bespoyasov.me/blog/fsm-to-the-rescue/
- https://xstate.js.org/docs/about/concepts.html
- https://kentcdodds.com/blog/implementing-a-simple-state-machine-library-in-javascript
- https://css-tricks.com/finite-state-machines-with-react/
到了这里,关于探索FSM (有限状态机)应用的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!