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所属分类：Web前端
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本文作者：木杪
有限状态机（FSM） 是计算机科学中的一种数学模型，可用于表示和控制系统的行为。它由一组状态以及定义在这些状态上的转换函数组成。FSM 被广泛用于计算机程序中的状态机制。
有限状态机（FSM）应用场景
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在各种自动化系统的应用： 例如交通信号灯、地铁站的旋转闸门、银行自动取款机等。通过对状态和转换函数的定义，可以实现对系统行为的精确控制。
交通信号灯状态流转图
地铁站的旋转闸门状态流转图
银行自动取款机状态流转图
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在编程领域的应用： 例如在编写编译器和解释器时，可以使用有限状态机（FSM) 来处理词法分析。例如：
JSON.Parse -
在Notion中应用： 可以使用 有限状态机（FSM) 的相关概念来构建各种工作流程，例如状态转换图、状态转换表等。
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在web中应用： 我们熟悉的 Promise 也是一个状态机，具有三个状态：pending、resolved。rejected。
Promise状态流转图
登录功能流转图
类似这样的状态机的例子数不胜数，甚至于，人也是一种极其复杂的状态机，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，以至于现代科学完全无法解密这种状态机。
有限状态机（FSM）实现原理
具体来说，FSM由以下几部分组成：
- 初始状态：系统的初始状态。
- 状态集合：表示系统可能处于的各种状态。
- 转移函数：定义系统在不同状态之间的转移条件和结果。
- 终止状态：系统在某个状态下可以停止计算。
有限状态机(FSM) 的实现基于状态转移图。状态转移图 是一个有向图，它表示有限状态机(FSM) 中状态之间的转移关系。在状态转移图中，每个状态表示系统的某种状态，每个转移表示系统从一个状态转移到另一个状态的条件和结果。
实现简易的有限状态机（FSM）
实现步骤
- 当状态机开始执行时，它会自动进入初始化状态（initial state）。
- 每个状态都可以定义，在进入（onEnter）或退出（onExit）该状态时发生的行为事件（actions），通常这些行为事件会携带副作用（side effect）。
- 每个状态都可以定义触发转换（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，状态机该如何处理这种事件。
- 在状态转换发生时，可以定义可以触发的行为事件，从而一般用来表达其副作用。
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: ${state}`); 有限状态机（FSM）的 应用实现
在状态比较多的情况下，把状态、事件及 transitions 集中到一个状态机中，进行统一管理。这样不需要写太多的 if-else，或者 case 判断，如果增加状态和事件，也便于代码的维护和扩展。
文本解析器
实现思路
- 确定状态和输入
在编写 FSM 之前，我们需要确定我们的状态和输入。在这个例子中，我们将定义三个状态：起始状态、数字状态和字符串状态。我们还将定义四个输入：数字、字母、引号和空格。 - 定义状态机类
现在，我们可以编写代码来实现我们的 FSM 。我们需要定义一个状态机类，它将接受输入，并根据转移规则转换状态。该类应该包含以下属性：currentState：当前状态。states：状态列表。transitions：转移列表。
它还应该包含以下方法：transition：该方法接受一个输入参数input，根据当前状态以及输入参数，执行相应的状态转换。
- 定义转移规则
我们还需要定义状态之间的转移规则。为此，我们将使用转移列表，其中包含状态之间的映射和输入。转移规则应该考虑当前状态和输入，并根据它们确定下一个状态。如果当前状态和输入没有匹配的转移规则，则应该抛出一个异常。 - 解析文本
现在，我们可以使用状态机解析文本。我们需要将文本拆分为单词，并将每个单词作为输入提供给状态机。在处理完所有输入后，我们可以通过调用getInputType方法来获取解析的令牌。
示例代码
const STATES = { START: "start", NUMBER: "number", STRING: "string", }; const INPUTS = { NUMBER: "number", LETTER: "letter", SPACE: "space", QUOTE: "quote", }; const TRANSITIONS = [ { currentState: STATES.START, input: INPUTS.NUMBER, nextState: STATES.NUMBER, }, { currentState: STATES.START, input: INPUTS.LETTER, nextState: STATES.STRING, }, { currentState: STATES.START, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START }, { currentState: STATES.START, input: INPUTS.QUOTE, nextState: STATES.STRING }, { currentState: STATES.NUMBER, input: INPUTS.NUMBER, nextState: STATES.NUMBER, }, { currentState: STATES.NUMBER, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START }, { currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.LETTER, nextState: STATES.STRING, }, { currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.SPACE, nextState: STATES.START }, { currentState: STATES.STRING, input: INPUTS.QUOTE, nextState: STATES.START }, ]; class TextParse { constructor() { this.currentState = STATES.START; this.buffer = ""; this.type; } performTransition(input) { const transition = TRANSITIONS.find( (t) => t.currentState === this.currentState && t.input === input.type ); if (!transition) throw new Error( `Invalid input "${input.value}" for state "${this.currentState}"` ); this.currentState = transition.nextState; if (this.currentState === STATES.START) { const token = this.buffer; const type = this.type; this.buffer = ""; this.type = ""; return { type, value: token, }; } else { this.buffer += input.value; this.type = input.type; } } } function textParse(input) { const textParse = new TextParse(); const tokens = []; for (let i = 0; i < input.length; i++) { const char = input[i]; try { const token = textParse.performTransition({ type: getInputType(char), value: char, }); if (token) { tokens.push(token); } } catch (e) { console.error(e.message); return null; } } const lastToken = textParse.performTransition({ type: INPUTS.SPACE }); if (lastToken) { tokens.push(lastToken); } return tokens; } function getInputType(char) { if (/[0-9]/.test(char)) { return INPUTS.NUMBER; } else if (/[a-zA-Z]/.test(char)) { return INPUTS.LETTER; } else if (/[sntr]/.test(char)) { return INPUTS.SPACE; } else if (char === '"') { return INPUTS.QUOTE; } else { throw new Error(`Unknown input type for "${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' } // ] web 应用
使用 有限状态机（FSM） 结合 React 构建 web 应用，不局限于身份认证，登录，步骤表单，有蛮多 web 应用在
有限状态机（FSM）的实践 ，下面主要描述 从有限状态机（FSM）在服务端拉取数据的状态转移上的应用
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状态转移图
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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 */, }, } 总结
结合前端应用的探索体现的不多，可以再作为第二篇内容去探讨，有兴趣的同学可以尝试一下 有限状态机（FSM） 在 web 上的应用探索，以及 Xstate库（FSM封装的功能性库） 的应用，以及跟 状态管理库 差异化的知识。在这里提醒一点，状态管理库 （Redux） 和 Xstate 并不是互斥的，Xstate 关注的是如何设计状态，状态管理库关注的是如何管理状态。事实上，状态机几乎可以与任何无主见的状态管理工具一起使用。我鼓励您探索各种方法，以确定最适合您、您的团队和您的应用程序的方法。
