- 先放一个用C++11实现的FSM的代码: kuafu
- 咱们先来看一下什么是有限状态机(Finite-state machine, FSM), 先给一个 百度百科的解释
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简单说就是作一件事可能会经过多个不同状态的转换, 转换依赖于在不同时间发生的不同事件来触发, 举个例子,比如 TCP的状态转换图, 在实现上就可以用FSM.
tcp.jpeg
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
- 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; - 根据实现需要, 抽象出用于触发状态转换的事件
Event; - 为了处理一个
Event, 需要定义状态的转换过程Transition; - 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);
- 根据业务需要, 拆解抽象出若干个不同状态
-
用张简图来说明一下
fsm.jpg- MachineSet可以同时管理多个Machine;
- 外部触发的Event进入到MachineSet的事件队列;
- 事件队列里的Event被顺序处理, 被Dispatch到match的Machine;
- Machine根据当前的所处的state和Event类型来判断当前Event是否有效;
- 如果上面(4)中的Event有效, 则进行状态转换;
- 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:
- 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; - 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;
- 直接使用MachineSet提供的
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) {
}
...
}
};
- 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_;
};
- 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_));
}
- 创建
MachineSet, 并开始event处理线程
kuafu::MachineSetSharedPtr machine_set = kuafu::MachineSet::MakeMachineSet();
machine_set->StartBackground(500);
- 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_);
- 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());
};
...
- 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));
machine_set->Enqueue(std::make_shared<FoodEvent>(
FoodEventType::FET_LOGIN_OK,
food_machine));
machine_set->Enqueue(std::make_shared<FoodEvent>(
FoodEventType::FET_LOGOUT,
food_machine));
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