.NET中的狀態機庫Stateless
標題：.NET中的狀態機庫Stateless
作者：Lamond Lu
地址：https://www.cnblogs.com/lwqlun/p/10674018.html
介紹
什麽是狀態機和狀態模式
狀態機是一種用來進行對象建模的工具，它是一個有向圖形，由一組節點和一組相應的轉移函數組成。狀態機通過響應一系列事件而“運行”。每個事件都在屬於“當前” 節點的轉移函數的控制範圍內，其中函數的範圍是節點的一個子集。函數返回“下一個”（也許是同一個）節點。這些節點中至少有一個必須是終態。當到達終態， 狀態機停止。
狀態模式主要用來解決對象狀態轉換比較復雜的情況。它把狀態的邏輯判斷轉移到不同的類中，可以把復雜的邏輯簡單化。
狀態機的要素
狀態機有4個要素，即現態、條件、動作、次態。其中，現態和條件是“因”， 動作和次態是“果”。
- 現態 - 是指當前對象的狀態
- 條件 - 當一個條件滿足時，當前對象會觸發一個動作
- 動作 - 條件滿足之後，執行的動作
- 次態 - 條件滿足之後，當前對象的新狀態。次態是相對現態而言的，次態一旦觸發，就變成了現態
Stateless
Stateless是一款基於.NET的開源狀態機庫，最新版本4.2.1, 使用它你可以很輕松的在.NET中創建狀態機和以狀態機為基礎的輕量級工作流。
由於整個項目基於.NET Standard的編寫的，所以在.NET Framework和.NET Core項目中都可以使用。
項目源代碼 https://github.com/dotnet-state-machine/stateless
以下是一個使用Stateless編寫的打電話流程
var phoneCall = new StateMachine<State, Trigger>(State.OffHook); phoneCall.Configure(State.OffHook) .Permit(Trigger.CallDialled, State.Ringing); phoneCall.Configure(State.Ringing) .Permit(Trigger.CallConnected, State.Connected); phoneCall.Configure(State.Connected) .OnEntry(() => StartCallTimer()) .OnExit(() => StopCallTimer()) .Permit(Trigger.LeftMessage, State.OffHook) .Permit(Trigger.PlacedOnHold, State.OnHold); // ... phoneCall.Fire(Trigger.CallDialled); Assert.AreEqual(State.Ringing, phoneCall.State);
代碼解釋
- 當前初始化了一個狀態機來描述點電話的狀態，這裏電話的初始狀態為掛機狀態(OffHook)
- 當電話處於掛機狀態時，如果觸發被呼叫事件，電話的狀態會變為響鈴狀態(Ringing)
- 當電話處於響鈴狀態時，如果觸發通過連接事件，電話的狀態會變為已連接狀態(Connected)
- 當電話處於已連接狀態時，系統會開始計時，已連接狀態變為其他狀態時，系統會結束計時
- 當電話處於已連接狀態時，如果觸發留言事件，電話的狀態會變為掛機狀態(OffHook)
- 當電話處於已連接狀態時，如果觸發掛起事件，電話的狀態會變為掛起狀態(OnHold)
Fire是觸發事件的函數，這裏觸發了一個呼叫事件- 觸發呼叫事件之後，電話的狀態變更為響鈴狀態，所以
Assert.AreEqual(State.Ringing, phoneCall.State)的斷言是正確的。
Stateless支持的特性
- 對任何.NET類型的狀態和觸發器的通用支持
- 分層狀態
- 狀態的進入和退出事件
- 保護子句以支持條件轉換
- 內省
與此同時，還提供一些有用的擴展：
- 支持外部的狀態存儲（例如：由ORM跟蹤屬性）
- 參數化觸發器
- 可重入狀態
- 支持DOT格式圖導出
分層狀態
在以下例子中，OnHold狀態是Connected狀態的子狀態。這意味著電話掛起的時候，還是連接狀態的。
phoneCall.Configure(State.OnHold)
.SubstateOf(State.Connected)
.Permit(Trigger.TakenOffHold, State.Connected)
.Permit(Trigger.PhoneHurledAgainstWall, State.PhoneDestroyed);狀態的進入和退出事件
在前面的例子中，StartCallTimer()方法會在通話連接時執行，StopCallTimer()方法會在通話結束時執行（或者電話掛起的時候，或者把電話被扔到墻上毀壞的時候^.^）。
當電話的狀態從已連接(Connected)變為掛起(OnHold)時, 不會觸發StartCallTimer()方法和StopCallTimer()方法， 這是因為OnHold是Connected的子狀態。
外部狀態存儲
有時候，當前對象的狀態需要來自於一個ORM對象，或者需要將當前對象的狀態保存到一個ORM對象中。為了支持這種外部狀態存儲，StateMachine類的構造函數支持了讀寫狀態值。
var stateMachine = new StateMachine<State, Trigger>(
() => myState.Value,
s => myState.Value = s);內省
狀態機可以通過StateMachine.PermittedTriggers屬性，提供一個當前對象狀態下，可以觸發的觸發器列表。並提供了一個方法StateMachine.GetInfo()來獲取有關狀態的配置信息。
保護子句
狀態機將根據保護子句在多個轉換之間進行選擇。
phoneCall.Configure(State.OffHook)
.PermitIf(Trigger.CallDialled, State.Ringing, () => IsValidNumber)
.PermitIf(Trigger.CallDialled, State.Beeping, () => !IsValidNumber);註意：
配置中的保護子句必須是互斥的，子狀態可以通過重新指定來覆蓋狀態轉換，但是子狀態不能覆蓋父狀態允許的狀態轉換。
參數化觸發器
Stateless中支持將強類型參數指定給觸發器。
var assignTrigger = stateMachine.SetTriggerParameters<string>(Trigger.Assign);
stateMachine.Configure(State.Assigned)
.OnEntryFrom(assignTrigger, email => OnAssigned(email));
stateMachine.Fire(assignTrigger, "[email protected]");導出DOT圖
Stateless還提供了一個在運行時生成DOT圖代碼的功能，使用生成的DOT圖代碼，我們可以生成可視化的狀態機圖。
這裏我們可以使用UmlDotGraph.Format()方法來生成DOT圖代碼。
phoneCall.Configure(State.OffHook)
.PermitIf(Trigger.CallDialled, State.Ringing, IsValidNumber);
string graph = UmlDotGraph.Format(phoneCall.GetInfo());生成的DOT圖代碼例子
digraph {
compound=true;
node [shape=Mrecord]
rankdir="LR"
subgraph clusterOpen
{
label = "Open"
Assigned [label="Assigned|exit / Function"];
}
Deferred [label="Deferred|entry / Function"];
Closed [label="Closed"];
Open -> Assigned [style="solid", label="Assign / Function"];
Assigned -> Assigned [style="solid", label="Assign"];
Assigned -> Closed [style="solid", label="Close"];
Assigned -> Deferred [style="solid", label="Defer"];
Deferred -> Assigned [style="solid", label="Assign / Function"];
}圖形化之後的DOT圖例子
一個BugTracker的例子
看完了這麽多介紹，下面我們來操練一下， 編寫一個Bug的狀態機。
假設在當前的BugTracker系統中，Bug有4個種狀態Open, Assigned, Deferred, Closed。由此我們可以創建一個枚舉類State。
public enum State
{
Open,
Assigned,
Deferred,
Closed
}如果想改變Bug的狀態，這裏有3種動作，Assign, Defer, Close。
public enum Trigger
{
Assign,
Defer,
Close
}下面我們列舉一下Bug對象可能的狀態變化。
- 每個Bug的初始狀態是Open
- 如果當前Bug的狀態是Open, 觸發動作Assign, Bug的狀態會變為Assigned
- 如果當前Bug的狀態是Assigned, 觸發動作Defer, Bug的狀態會變為Deferred
- 如果當前Bug的狀態是Assigned, 觸發動作Close, Bug的狀態會變為Closed
- 如果當前Bug的狀態是Assigned, 觸發動作Assign, Bug的狀態會保持Assigned(變更Bug修改者的場景)
- 如果當前Bug的狀態是Deferred, 觸發動作Assign, Bug的狀態會變為Assigned
由此我們可以編寫Bug類
public class Bug
{
State _state = State.Open;
StateMachine<State, Trigger> _machine;
StateMachine<State, Trigger>.TriggerWithParameters<string> _assignTrigger;
string _title;
string _assignee;
public Bug(string title)
{
_title = title;
_machine = new StateMachine<State, Trigger>(() => _state, s => _state = s);
_assignTrigger = _machine.SetTriggerParameters<string>(Trigger.Assign);
_machine.Configure(State.Open).Permit(Trigger.Assign, State.Assigned);
_machine.Configure(State.Assigned)
.OnEntryFrom(_assignTrigger, assignee => _assignee = assignee)
.SubstateOf(State.Open)
.PermitReentry(Trigger.Assign)
.Permit(Trigger.Close, State.Closed)
.Permit(Trigger.Defer, State.Deferred);
_machine.Configure(State.Deferred)
.OnEntry(() => _assignee = null)
.Permit(Trigger.Assign, State.Assigned);
}
public string CurrentState
{
get
{
return _machine.State.ToString();
}
}
public string Title
{
get
{
return _title;
}
}
public string Assignee
{
get
{
if (string.IsNullOrWhiteSpace(_assignee))
{
return "Not Assigned";
}
return _assignee;
}
}
public void Assign(string assignee)
{
_machine.Fire(_assignTrigger, assignee);
}
public void Defer()
{
_machine.Fire(Trigger.Defer);
}
public void Close()
{
_machine.Fire(Trigger.Close);
}
}代碼解釋：
- 每個Bug都應該有個指派人和標題，所以這裏我添加了一個Assignee和Title屬性
- 當指派Bug時，需要指定一個指派人，所以Assign動作的觸發器我使用的是一個參數化的觸發器
- 當Bug對象進入Assigned狀態時，我將當前指定的指派人賦值給了
_assignee字段。
最終效果
這裏我們先展示一個正常的操作流程。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Bug bug = new Bug("Hello World!");
Console.WriteLine($"Current State: {bug.CurrentState}");
bug.Assign("Lamond Lu");
Console.WriteLine($"Current State: {bug.CurrentState}");
Console.WriteLine($"Current Assignee: {bug.Assignee}");
bug.Defer();
Console.WriteLine($"Current State: {bug.CurrentState}");
Console.WriteLine($"Current Assignee: {bug.Assignee}");
bug.Assign("Lu Nan");
Console.WriteLine($"Current State: {bug.CurrentState}");
Console.WriteLine($"Current Assignee: {bug.Assignee}");
bug.Close();
Console.WriteLine($"Current State: {bug.CurrentState}");
}
}運行結果
下面我們修改代碼，我們在創建一個Bug之後，立即嘗試關閉它
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Bug bug = new Bug("Hello World!");
bug.Close();
}
}重新運行程序之後，程序會拋出以下異常。
Unhandled Exception: System.InvalidOperationException: No valid leaving transitions are permitted from state 'Open' for trigger 'Close'. Consider ignoring the trigger.當Bug處於Open狀態的時候，觸發Close動作，由於沒有任何次態定義，所以拋出了異常，這與我們前面定義的邏輯相符，如果希望程序支持Open -> Closed的狀態變化，我們需要修改Open狀態的配置，允許Open狀態通過Close動作變為Closed狀態。
_machine.Configure(State.Open)
.Permit(Trigger.Assign, State.Assigned)
.Permit(Trigger.Close, State.Closed);由此可見我們完全可以根據自身項目的需求，定義一個簡單的工作流，Stateless會自動幫我們驗證出錯誤的流程操作。
總結
今天我為大家分享了一下.NET中的狀態機庫Stateless, 使用它我們可以很容易的定義出自己業務需要的狀態機，或者基於狀態機的工作流，本文大部分的內容都來自官方Github，有興趣的同學可以深入研究一下。
.NET中的狀態機庫Stateless