.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
什麼是狀態機和狀態模式
狀態機是一種用來進行物件建模的工具,它是一個有向圖形,由一組節點和一組相應的轉移函式組成。狀態機通過響應一系列事件而“執行”。每個事件都在屬於“當前” 節點的轉移函式的控制範圍內,其中函式的範圍是節點的一個子集。函式返回“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物件狀態轉換比較複雜的情況。它把狀態的邏輯判斷轉移到不同的類中,可以把複雜的邏輯簡單化。
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 - 是指當前物件的狀態
- 條件 - 當一個條件滿足時,當前物件會觸發一個動作
- 動作 - 條件滿足之後,執行的動作
- 次態 - 條件滿足之後,當前物件的新狀態。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, 使用它你可以很輕鬆的在.NET中建立狀態機和以狀態機為基礎的輕量級工作流。
由於整個專案基於.NET Standard的編寫的,所以在.NET Framework和.NET Core專案中都可以使用。
專案原始碼 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);
程式碼解釋
Fire Assert.AreEqual(State.Ringing, phoneCall.State)
Stateless支援的特性
- 對任何.NET型別的狀態和觸發器的通用支援
- 分層狀態
- 狀態的進入和退出事件
- 保護子句以支援條件轉換
- 內省
與此同時,還提供一些有用的擴充套件:
- 支援外部的狀態儲存(例如:由ORM跟蹤屬性)
- 引數化觸發器
- 可重入狀態
- 支援DOT格式圖匯出
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,還是連線狀態的。
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()
方法會在通話連線時執行, StopCallTimer()
方法會在通話結束時執行(或者電話掛起的時候,或者把電話被扔到牆上毀壞的時候^.^)。
當電話的狀態從已連線(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。
外部狀態儲存
有時候,當前物件的狀態需要來自於一個ORM物件,或者需要將當前物件的狀態儲存到一個ORM物件中。為了支援這種外部狀態儲存, StateMachine
類的建構函式支援了讀寫狀態值。
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,提供一個當前物件狀態下,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資訊。
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);
注意:
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。
引數化觸發器
Stateless中支援將強型別引數指定給觸發器。
var assignTrigger = stateMachine.SetTriggerParameters<string>(Trigger.Assign); stateMachine.Configure(State.Assigned) .OnEntryFrom(assignTrigger, email => OnAssigned(email)); stateMachine.Fire(assignTrigger, "[email protected]");
匯出DOT圖
Stateless還提供了一個在執行時生成DOT圖程式碼的功能,使用生成的DOT圖程式碼,我們可以生成視覺化的狀態機圖。
這裡我們可以使用 UmlDotGraph.Format()
方法來生成DOT圖程式碼。
phoneCall.Configure(State.OffHook) .PermitIf(Trigger.CallDialled, State.Ringing, IsValidNumber); string graph = UmlDotGraph.Format(phoneCall.GetInfo());
生成的DOT圖程式碼例子
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
看完了這麼多介紹,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。由此我們可以建立一個列舉類 State
。
public enum State { Open, Assigned, Deferred, Closed }
如果想改變Bug的狀態,這裡有3種動作,Assign, Defer, Close。
public enum Trigger { Assign, Defer, Close }
下面我們列舉一下Bug物件可能的狀態變化。
- 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); } }
程式碼解釋:
_assignee
最終效果
這裡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}"); } }
執行結果
下面我們修改程式碼,我們在建立一個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(); } }
重新執行程式之後,程式會丟擲以下異常。
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,所以丟擲了異常,這與我們前面定義的邏輯相符,如果希望程式支援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專案的需求,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。