传统的实现方案

• if...else : 搞一大堆if else, 一个函数写很长很长......
• swich...case : 也搞一大堆一个函数写很长很长......

FSM的实现方案

• 根据具体的业务需要, 将业务的处理流程定义为一个状态机, 此状态机中存在以下必要元素
  1. 根据业务需要, 拆解抽象出若干个不同状态 State , 并确定此状态机的初始状态;
  2. 根据实现需要, 抽象出用于触发状态转换的事件 Event ;
  3. 为了处理一个 Event , 需要定义状态的转换过程 Transition ;
  4. 状态机要先判断当前所处的状态是否与当前发生的 Event 匹配(注意: 相同的状态可能同时匹配多个Event);
• 用张简图来说明一下 fsm.jpg
  1. MachineSet可以同时管理多个Machine;
  2. 外部触发的Event进入到MachineSet的事件队列;
  3. 事件队列里的Event被顺序处理, 被Dispatch到match的Machine;
  4. Machine根据当前的所处的state和Event类型来判断当前Event是否有效;
  5. 如果上面(4)中的Event有效, 则进行状态转换;
  6. 状态转换具体来说涉及到三个回调函数: 6.1 当前state离开, 是第一个回调,需要使用者根据实际需要处理; 6.2 trasition这个转换过程, 是第二个回调; 6.3 新state的进入, 是第三个回调;
  • 一个简单的状态机,差不多就是上面这些内容, 剩下的就是用程序语言把它实现出来了;

  FSM的C++ 实现

  • 先放一个用C++11实现的FSM的代码: kuafu
  • 实现简介: 主要就是按上面的思路, 封装了 MachineSet , Machine , Event , Transition , Predicate
  • 对于Event的处理, 提供两种方案:
    1. 直接使用MachineSet提供的 StartBackground , 开启一个work thread, 在这个work thread中不断从存储event的fifo队列中获取event后dispatch到各个machine;
    2. 不使用MachineSet提供的event fifo, 实现自己的 MachineSetHandler , 将其实例注册到MachineSet, 从event的派发;

  一个具体的实际

  • 我们来使用上面的FSM的实现来模拟一个用户登陆的场景;
  • 定义用到的Event和几种不同的事件类型

  enum class FoodEventType {
      FET_LOGIN, // 开始登陆 
      FET_LOGIN_FAILED, // 登陆失败
      FET_LOGIN_OK,  // 登陆成功
      FET_LOGOUT, // 登出
  class FoodEvent : public kuafu::EventTemplate<FoodEventType> {
      public:
          using underlying_type = std::underlying_type<FoodEventType>::type;
          FoodEvent(FoodEventType type, const kuafu::MachineBaseSharedPtr& machine)
              :kuafu::EventTemplate<FoodEventType>(type, machine) {
  };

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  • 定义用到的状态机, 从 kuafu::StateMachine 继承, 其中包括用过的几种state和transition

  class FoodMachine : public kuafu::StateMachine {
      public:
          FoodMachine(const std::string& name);
      public:
          virtual void Birth();
      public:
         // 需要用到的三种状态: 启动, 登陆中, 成功
          kuafu::StateSharedPtr startup_;
          kuafu::StateSharedPtr loging_;
          kuafu::StateSharedPtr welcome_;
          // 需要用到的几种转换
          kuafu::TransitionSharedPtr startup_loging_;
          kuafu::TransitionSharedPtr loging_welcome_;
          kuafu::TransitionSharedPtr loging_startup_;
          kuafu::TransitionSharedPtr welcome_startup_;
          kuafu::TransitionSharedPtr welcome_timeout_;
  };

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  • 在 Birth() 函数中构造 state和 transition, Birth() 是 StateMachine 的一个虚函数, 每个用户实现的Machine都需要实现它:

  void FoodMachine::Birth() {
      startup_ = kuafu::State::MakeState(*this, "startup");
      loging_ = kuafu::State::MakeState(*this, "loging");
      welcome_ = kuafu::State::MakeState(*this, "welcom", 5000);
      startup_loging_ = kuafu::Transition::MakeTransition("startup_loging",
                  startup_,
                  loging_,
                  std::make_shared<kuafu::SimplePredicate<FoodEvent>>(FoodEventType::FET_LOGIN));
      loging_welcome_ = kuafu::Transition::MakeTransition("loging_welcome",
                  loging_,
                  welcome_,
                  std::make_shared<kuafu::SimplePredicate<FoodEvent>>(FoodEventType::FET_LOGIN_OK));
      loging_startup_ = kuafu::Transition::MakeTransition("loging_startup",
                  loging_,
                  startup_,
                  std::make_shared<kuafu::SimplePredicate<FoodEvent>>(FoodEventType::FET_LOGIN_FAILED));
      welcome_startup_ = kuafu::Transition::MakeTransition("welcome_startup",
                  welcome_,
                  startup_,
                  std::make_shared<kuafu::SimplePredicate<FoodEvent>>(FoodEventType::FET_LOGOUT));
      welcome_timeout_ = kuafu::Transition::MakeTransition("welcome_timeout",
                  welcome_,
                  welcome_,
                  std::make_shared<kuafu::TimeoutPredicate>(type_));
  }

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  • 创建 MachineSet , 并开始event处理线程

  kuafu::MachineSetSharedPtr machine_set = kuafu::MachineSet::MakeMachineSet();
  machine_set->StartBackground(500);

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  • 创建用户定义的Machine, 设置初始状态

  std::shared_ptr<FoodMachine> food_machine = kuafu::MakeMachine<FoodMachine>("food_machine");
  food_machine->SetStartState(food_machine->startup_);

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  • 设置state和transition相应的回调

  food_machine->startup_->OnEnter = [&](kuafu::MachineBase& machine,
                          const kuafu::StateSharedPtr& state) {
                  INFO_LOG("Enter " << state->GetName());
  food_machine->startup_loging_->OnTransition = [&](kuafu::MachineBase& machine,
                          const kuafu::StateSharedPtr& from_state,
                          kuafu::ITransitionSharedPtr transition,
                          kuafu::EventSharedPtr event,
                          const kuafu::StateSharedPtr& to_state) {
                  INFO_LOG(transition->GetName()
                              << " | "
                              << from_state->GetName()
                              << " -> "
                              << to_state->GetName());
  ...

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  • 模拟event发生:

  machine_set->Enqueue(std::make_shared<kuafu::MachineOperationEvent>(
                              kuafu::MachineOperator::MO_ADD,
                              food_machine));
              machine_set->Enqueue(std::make_shared<FoodEvent>(
                              FoodEventType::FET_LOGIN,
                              food_machine));