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JavaScript与有限状态机

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摘要:有限状态机是一个非常有用的模型,可以模拟世界上大部分事物。它对JavaScript的意义在于,很多对象可以写成有限状态机。

有限状态机(Finite-state machine)是一个非常有用的模型,可以模拟世界上大部分事物。

简单说,它有三个特征:

* 状态总数(state)是有限的。
* 任一时刻,只处在一种状态之中。
* 某种条件下,会从一种状态转变(transition)到另一种状态。

它对JavaScript的意义在于,很多对象可以写成有限状态机。

举例来说,网页上有一个菜单元素。鼠标悬停的时候,菜单显示;鼠标移开的时候,菜单隐藏。如果使用有限状态机描述,就是这个菜单只有两种状态(显示和隐藏),鼠标会引发状态转变。

代码可以写成下面这样:

  1.  
  2. var menu = {  
  3.       
  4. // 当前状态  
  5. currentState: 'hide',  
  6.  
  7. // 绑定事件  
  8. initialize: function() {  
  9. var self = this;  
  10. self.on("hover", self.transition);  
  11. },  
  12.  
  13. // 状态转换  
  14. transition: function(event){  
  15. switch(this.currentState) {  
  16. case "hide":  
  17. this.currentState = 'show';  
  18. doSomething();  
  19. break;  
  20. case "show":  
  21. this.currentState = 'hide';  
  22. doSomething();  
  23. break;  
  24. default:  
  25. console.log('Invalid State!');  
  26. break;  
  27. }  
  28. }  
  29.  
  30. };  
  31.  

可以看到,有限状态机的写法,逻辑清晰,表达力强,有利于封装事件。一个对象的状态越多、发生的事件越多,就越适合采用有限状态机的写法。

另外,JavaScript语言是一种异步操作特别多的语言,常用的解决方法是指定回调函数,但这样会造成代码结构混乱、难以测试和除错等问题。有限状态机提供了更好的办法:把异步操作与对象的状态改变挂钩,当异步操作结束的时候,发生相应的状态改变,由此再触发其他操作。这要比回调函数、事件监听、发布/订阅等解决方案,在逻辑上更合理,更易于降低代码的复杂度。

下面介绍一个有限状态机的函数库Javascript Finite State Machine。这个库非常好懂,可以帮助我们加深理解,而且功能一点都不弱。

该库提供一个全局对象StateMachine,使用该对象的create方法,可以生成有限状态机的实例。

  1. var fsm = StateMachine.create(); 

生成的时候,需要提供一个参数对象,用来描述实例的性质。比如,交通信号灯(红绿灯)可以这样描述:

  1. var fsm = StateMachine.create({  
  2.  
  3. initial: 'green',  
  4.  
  5. events: [  
  6. { name: 'warn',  from: 'green',  to: 'yellow' },  
  7. { name: 'stop', from: 'yellow', to: 'red' },  
  8. { name: 'ready',  from: 'red',    to: 'yellow' },  
  9. { name: 'go', from: 'yellow', to: 'green' }  
  10. ]  
  11.  
  12. });  
  13.  

交通信号灯的初始状态(initial)为green,events属性是触发状态改变的各种事件,比如warn事件使得green状态变成yellow状态,stop事件使得yellow状态变成red状态等等。

生成实例以后,就可以随时查询当前状态。

* fsm.current :返回当前状态。
* fsm.is(s) :返回一个布尔值,表示状态s是否为当前状态。
* fsm.can(e) :返回一个布尔值,表示事件e是否能在当前状态触发。
* fsm.cannot(e) :返回一个布尔值,表示事件e是否不能在当前状态触发。

Javascript Finite State Machine允许为每个事件指定两个回调函数,以warn事件为例:

* onbeforewarn:在warn事件发生之前触发。
* onafterwarn(可简写成onwarn) :在warn事件发生之后触发。

同时,它也允许为每个状态指定两个回调函数,以green状态为例:

* onleavegreen :在离开green状态时触发。
* onentergreen(可简写成ongreen) :在进入green状态时触发。

假定warn事件使得状态从green变为yellow,上面四类回调函数的发生顺序如下:onbeforewarn → onleavegreen → onenteryellow → onafterwarn

除了为每个事件和状态单独指定回调函数,还可以为所有的事件和状态指定通用的回调函数。

* onbeforeevent :任一事件发生之前触发。
* onleavestate :离开任一状态时触发。
* onenterstate :进入任一状态时触发。
* onafterevent :任一事件结束后触发。

如果事件的回调函数里面有异步操作(比如与服务器进行Ajax通信),这时我们可能希望等到异步操作结束,再发生状态改变。这就要用到transition方法。

  1. fsm.onleavegreen = function(){  
  2. light.fadeOut('slow'function() {  
  3. fsm.transition();  
  4. });  
  5. return StateMachine.ASYNC;  
  6. };  
  7.  

上面代码的回调函数里面,有一个异步操作(light.fadeOut)。如果不希望状态立即改变,就要让回调函数返回StateMachine.ASYNC,表示状态暂时不改变;等到异步操作结束,再调用transition方法,使得状态发生改变。

Javascript Finite State Machine还允许指定错误处理函数,当发生了当前状态不可能发生的事件时自动触发。

  1. var fsm = StateMachine.create({  
  2. // ...  
  3. error: function(eventName, from, to, args, errorCode, errorMessage) {  
  4. return 'event ' + eventName + ': ' + errorMessage;  
  5. },  
  6. // ...   
  7. });  
  8.  

比如,当前状态是green,理论上这时只可能发生warn事件。要是这时发生了stop事件,就会触发上面的错误处理函数。

Javascript Finite State Machine的基本用法就是上面这些,更详细的介绍可以参见它的主页

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