JavaScript與有限狀態機

阮一峰發表於2013-09-02

有限狀態機(Finite-state machine)是一個非常有用的模型,可以模擬世界上大部分事物。

JavaScript與有限狀態機

簡單說,它有三個特徵:

  * 狀態總數(state)是有限的。
  * 任一時刻,只處在一種狀態之中。
  * 某種條件下,會從一種狀態轉變(transition)到另一種狀態。

它對JavaScript的意義在於,很多物件可以寫成有限狀態機。

舉例來說,網頁上有一個選單元素。滑鼠懸停的時候,選單顯示;滑鼠移開的時候,選單隱藏。如果使用有限狀態機描述,就是這個選單隻有兩種狀態(顯示和隱藏),滑鼠會引發狀態轉變。

程式碼可以寫成下面這樣:


  var menu = {
      
    // 當前狀態
    currentState: 'hide',
  
    // 繫結事件
    initialize: function() {
      var self = this;
      self.on("hover", self.transition);
    },
  
    // 狀態轉換
    transition: function(event){
      switch(this.currentState) {
        case "hide":
          this.currentState = 'show';
          doSomething();
          break;
        case "show":
          this.currentState = 'hide';
          doSomething();
          break;
        default:
          console.log('Invalid State!');
          break;
      }
    }
  
  };
  

可以看到,有限狀態機的寫法,邏輯清晰,表達力強,有利於封裝事件。一個物件的狀態越多、發生的事件越多,就越適合採用有限狀態機的寫法。

另外,JavaScript語言是一種非同步操作特別多的語言,常用的解決方法是指定回撥函式,但這樣會造成程式碼結構混亂、難以測試和除錯等問題。有限狀態機提供了更好的辦法:把非同步操作與物件的狀態改變掛鉤,當非同步操作結束的時候,發生相應的狀態改變,由此再觸發其他操作。這要比回撥函式、事件監聽、釋出/訂閱等解決方案,在邏輯上更合理,更易於降低程式碼的複雜度。

下面介紹一個有限狀態機的函式庫Javascript Finite State Machine。這個庫非常好懂,可以幫助我們加深理解,而且功能一點都不弱。

該庫提供一個全域性物件StateMachine,使用該物件的create方法,可以生成有限狀態機的例項。


  var fsm = StateMachine.create();
  

生成的時候,需要提供一個引數物件,用來描述例項的性質。比如,交通訊號燈(紅綠燈)可以這樣描述:


  var fsm = StateMachine.create({
  
    initial: 'green',
  
    events: [
      { name: 'warn',  from: 'green',  to: 'yellow' },
      { name: 'stop', from: 'yellow', to: 'red' },
      { name: 'ready',  from: 'red',    to: 'yellow' },
      { name: 'go', from: 'yellow', to: 'green' }
    ]
  
  });
  

交通訊號燈的初始狀態(initial)為green,events屬性是觸發狀態改變的各種事件,比如warn事件使得green狀態變成yellow狀態,stop事件使得yellow狀態變成red狀態等等。

生成例項以後,就可以隨時查詢當前狀態。

* fsm.current :返回當前狀態。
* fsm.is(s) :返回一個布林值,表示狀態s是否為當前狀態。
* fsm.can(e) :返回一個布林值,表示事件e是否能在當前狀態觸發。
* fsm.cannot(e) :返回一個布林值,表示事件e是否不能在當前狀態觸發。

Javascript Finite State Machine允許為每個事件指定兩個回撥函式,以warn事件為例:

* onbeforewarn:在warn事件發生之前觸發。
* onafterwarn(可簡寫成onwarn) :在warn事件發生之後觸發。

同時,它也允許為每個狀態指定兩個回撥函式,以green狀態為例:

* onleavegreen :在離開green狀態時觸發。
* onentergreen(可簡寫成ongreen) :在進入green狀態時觸發。

假定warn事件使得狀態從green變為yellow,上面四類回撥函式的發生順序如下:onbeforewarn → onleavegreen → onenteryellow → onafterwarn

除了為每個事件和狀態單獨指定回撥函式,還可以為所有的事件和狀態指定通用的回撥函式。

* onbeforeevent :任一事件發生之前觸發。
* onleavestate :離開任一狀態時觸發。
* onenterstate :進入任一狀態時觸發。
* onafterevent :任一事件結束後觸發。

如果事件的回撥函式里面有非同步操作(比如與伺服器進行Ajax通訊),這時我們可能希望等到非同步操作結束,再發生狀態改變。這就要用到transition方法。


  fsm.onleavegreen = function(){
    light.fadeOut('slow', function() {
      fsm.transition();
    });
    return StateMachine.ASYNC;
  };
  

上面程式碼的回撥函式里面,有一個非同步操作(light.fadeOut)。如果不希望狀態立即改變,就要讓回撥函式返回StateMachine.ASYNC,表示狀態暫時不改變;等到非同步操作結束,再呼叫transition方法,使得狀態發生改變。

Javascript Finite State Machine還允許指定錯誤處理函式,當發生了當前狀態不可能發生的事件時自動觸發。


  var fsm = StateMachine.create({
    // ...
    error: function(eventName, from, to, args, errorCode, errorMessage) {
      return 'event ' + eventName + ': ' + errorMessage;
    },
    // ... 
  });
  

比如,當前狀態是green,理論上這時只可能發生warn事件。要是這時發生了stop事件,就會觸發上面的錯誤處理函式。

Javascript Finite State Machine的基本用法就是上面這些,更詳細的介紹可以參見它的主頁

(完)

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