关于前端:探索FSM-有限状态机应用

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本文作者：木杪

无限状态机（FSM） 是计算机科学中的一种数学模型，可用于示意和控制系统的行为。它由一组状态以及定义在这些状态上的转换函数组成。FSM 被宽泛用于计算机程序中的状态机制。

无限状态机（FSM）利用场景

在各种自动化零碎的利用： 例如交通信号灯、地铁站的旋转闸门、银行主动取款机等。通过对状态和转换函数的定义，能够实现对系统行为的准确管制。
交通信号灯状态流转图
地铁站的旋转闸门状态流转图
银行主动取款机状态流转图
在编程畛域的利用： 例如在编写编译器和解释器时，能够应用无限状态机（FSM) 来解决词法剖析。例如：JSON.Parse
在Notion中利用： 能够应用 无限状态机（FSM) 的相干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中利用： 咱们相熟的 Promise 也是一个状态机，具备三个状态：pending、resolved。rejected。
Promise状态流转图
登录性能流转图

相似这样的状态机的例子不可胜数，甚至于，人也是一种极其简单的状态机，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，以至于现代科学齐全无奈解密这种状态机。

无限状态机（FSM）实现原理

具体来说，FSM由以下几局部组成：

初始状态：零碎的初始状态。
状态汇合：示意零碎可能处于的各种状态。
转移函数：定义零碎在不同状态之间的转移条件和后果。
终止状态：零碎在某个状态下能够进行计算。

无限状态机(FSM) 的实现基于状态转移图。状态转移图 是一个有向图，它示意无限状态机(FSM) 中状态之间的转移关系。在状态转移图中，每个状态示意零碎的某种状态，每个转移示意零碎从一个状态转移到另一个状态的条件和后果。

实现繁难的无限状态机（FSM）

实现步骤

当状态机开始执行时，它会主动进入初始化状态（initial state）。
每个状态都能够定义，在进入（onEnter）或退出（onExit）该状态时产生的行为事件（actions），通常这些行为事件会携带副作用（side effect）。
每个状态都能够定义触发转换（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，状态机该如何解决这种事件。
在状态转换产生时，能够定义能够触发的行为事件，从而个别用来表白其副作用。
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}`);

无限状态机（FSM）的利用实现

在状态比拟多的状况下，把状态、事件及 transitions 集中到一个状态机中，进行对立治理。这样不须要写太多的 if-else，或者 case 判断，如果减少状态和事件，也便于代码的保护和扩大。

文本解析器

实现思路

确定状态和输出
在编写 FSM 之前，咱们须要确定咱们的状态和输出。在这个例子中，咱们将定义三个状态：起始状态、数字状态和字符串状态。咱们还将定义四个输出：数字、字母、引号和空格。
定义状态机类
当初，咱们能够编写代码来实现咱们的 FSM 。咱们须要定义一个状态机类，它将承受输出，并依据转移规定转换状态。该类应该蕴含以下属性：
- currentState：以后状态。
- states：状态列表。
- transitions：转移列表。
  它还应该蕴含以下办法：
- transition：该办法承受一个输出参数 input，依据以后状态以及输出参数，执行相应的状态转换。
定义转移规定
咱们还须要定义状态之间的转移规定。为此，咱们将应用转移列表，其中蕴含状态之间的映射和输出。转移规定应该思考以后状态和输出，并依据它们确定下一个状态。如果以后状态和输出没有匹配的转移规定，则应该抛出一个异样。
解析文本
当初，咱们能够应用状态机解析文本。咱们须要将文本拆分为单词，并将每个单词作为输出提供给状态机。在解决完所有输出后，咱们能够通过调用 getInputType 办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 利用

应用 无限状态机（FSM） 联合 React 构建 web 利用，不局限于身份认证，登录，步骤表单，有蛮多 web 利用在
无限状态机（FSM）的实际 ，上面次要形容 从无限状态机（FSM）在服务端拉取数据的状态转移上的利用

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
联合前端利用的摸索体现的不多，能够再作为第二篇内容去探讨，有趣味的同学能够尝试一下 无限状态机（FSM） 在 web 上的利用摸索，以及 Xstate库（FSM封装的功能性库） 的利用，以及跟 状态治理库 差异化的常识。在这里揭示一点，状态治理库 （Redux） 和 Xstate 并不是互斥的，Xstate 关注的是如何设计状态，状态治理库关注的是如何治理状态。事实上，状态机简直能够与任何无主意的状态管理工具一起应用。我激励您摸索各种办法，以确定最适宜您、您的团队和您的应用程序的办法。

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/