有限狀態機FSM(Finite State Machine)及實現方式介紹

1、爲何引入有限狀態機？

  　 最近作一個項目，項目中不少實體(Entity)，每一個實體都有不少狀態(State)，各狀態會通過不一樣事件(Event)觸發後轉換到另外一個狀態。這些事件包括但不限於：用戶頁面點擊觸發，生效時間或失效時間到達，其餘依賴實體狀態變動等。在狀態變動後還會有一系列動做(Action)處理。一旦相互依賴實體或實體自己狀態增多，狀態轉換變多，處理這些狀態的業務代碼也會分散在各處，代碼處理很容易漏掉，維護成本很高。因此考慮引入有限狀態機。

2、什麼是有限狀態機？

　　有限狀態機,也稱爲FSM(Finite State Machine)，其在任意時刻都處於有限狀態集合中的某一狀態。當其得到一個輸入字符時，將從當前狀態轉換到另外一個狀態，或者仍然保持在當前狀態。任何一個FSM均可以用狀態轉換圖來描述，圖中的節點表示FSM中的一個狀態，有向（方向表示從一個初態轉換到次態）加權（權表示事件）邊表示輸入字符時狀態的變化。若是圖中不存在與當前狀態與輸入字符對應的有向邊，則FSM將進入「消亡狀態(Doom State)」，此後FSM將一直保持「消亡狀態」。狀態轉換圖中還有兩個特殊狀態：狀態1稱爲「起始狀態」，表示FSM的初始狀態。狀態6稱爲「結束狀態」。

在啓動一個FSM時，首先必須將FSM置於「起始狀態」，而後觸發一系列時間，最終，FSM會到達「結束狀態」或者「消亡狀態」。

 

                                                 圖1：狀態轉換圖

說明：

在一般的FSM模型中，通常還存在一個「接受狀態」，而且FSM能夠從「接受狀態」轉換到另外一個狀態，只有在識別最後一個字符後，纔會根據最終狀態來決定是否接受所輸入的字符串。此外，也能夠將「其實狀態」也做爲接受狀態，所以空的輸入序列也是能夠接受的。

1. 狀態機要素

狀態機可概括爲4個要素，即現態、條件、動做、次態。「現態」和「條件」是因，「動做」和「次態」是果。詳解以下：
①現態：是指當前所處的狀態。
②條件：又稱爲「事件」。當一個條件被知足，將會觸發一個動做，或者執行一次狀態的遷移。
③動做：條件知足後執行的動做。動做執行完畢後，能夠遷移到新的狀態，也能夠仍舊保持原狀態。動做不是必需的，當條件知足後，也能夠不執行任何動做，直接遷移到新狀態。
④次態：條件知足後要遷往的新狀態。「次態」是相對於「現態」而言的，「次態」一旦被激活，就轉變成新的「現態」了。
咱們能夠用狀態表了表示整個過程，以下圖所示。

                                                       圖2：狀態轉換表

2. 有限狀態機表示方法

①狀態轉換圖，例如圖1

②狀態轉換表，例如圖2

 

 3、有限狀態機實現方式

1. Java switch case 或者 Scala 模式匹配實現

 

2. Java枚舉實現

Java枚舉實現有限狀態機

 

3. 設計模式：狀態模式實現

 

4. 使用stateless4j實現

github地址：https://github.com/stateless4j/stateless4j

 

 

5. Spring Statemachine實現

github地址：https://github.com/spring-projects/spring-statemachine

 

 

6. Akka FSM 狀態機實現

github地址：https://github.com/akka/akka

 

 7. 經過squirrel-foundation實現

github地址：https://github.com/hekailiang/squirrel