浅析C# 状态机Stateless

2023-07-22 06:18:14 209

最近在折腾一些控制相关的软件设计，想起来状态机这个东西，对解决一些控制系统状态切换还是挺有用的。

状态机（有限状态自动机）网上有很多介绍。简单理解就是定义一系列状态，通过一系列的事件，可以使得状态可以相互之间切换。

如果不使用状态机的思想来编程，那么针对过程的编程方法会使得程序拓展性变差，并且不容易调试。而状态机只需要定义好了各种状态和状态切换之间的事件，你只管触发事件，剩下的事情它自己就自动完成了（毕竟名称叫做有限状态自动机），这对于很多需要定义各种控制阶段的系统简直是完美适配。了解到.NET也有很多库可以实现这些功能，本文主要介绍一下Stateless的应用。

Stateless介绍

Stateless可以创建极简的状态机与对应的工作流。很多项目（包括VisualStudioExtension、AIlab）都有使用到它。

它支持以下特性：

支持各种类型作为状态和触发事件
支持状态继承
支持状态进入/离开事件
支持条件状态转移
支持状态/转移查询

也有几点需要注意的：

它支持异步语法，但是它是单线程的，不是线程安全的。
可以导出DOTgraph

安装起来很简单，直接在nuget中安装即可：

Install-PackageStateless

Stateless使用

用起来也挺简单的，以打电话这个事情为例，针对打电话的种种动作和状态做成一个状态机。
需要先定义一些状态和事件/触发器，电话有拨号、接通、留言等事件，有响铃、挂起、挂断等事件：

//代码来自官方示例，可以在官方github库上找到，略有修改以完整展示功能。
enumTrigger
{
CallDialed,
CallConnected,
LeftMessage,
PlacedOnHold,
TakenOffHold,
PhoneHurledAgainstWall,
MuteMicrophone,
UnmuteMicrophone,
SetVolume
}

enumState
{
OffHook,
Ringing,
Connected,
OnHold,
PhoneDestroyed
}

然后就是创建一个状态机了：

_machine=newStateMachine(()=>_state,s=>_state=s);

最后也是最需要详细解释的，就是配置状态机的行为了：

/*
为了解释尽可能多的功能，以下程序修改了官方的代码，可以在官方找可以直接执行的代码。
*/

//使用Permit指示发生某个事件后，从一个状态变换到另外一个状态。
_machine.Configure(State.OffHook)
.Permit(Trigger.CallDialed,State.Ringing);

//设置一个带参数的事件，这个事件是CallDialed的类型
var_setCalleeTrigger=_machine.SetTriggerParameters(Trigger.CallDialed);
_machine.Configure(State.Ringing)
//允许重新进入当前的状态，这个过程会触发进入和退出动作
.PermitReentry(Trigger.Ringing)
//使用OnEntryFrom指示在触发这个状态的时候，运行某个动作，这里指定的是一个带参数的事件
.OnEntryFrom(_setCalleeTrigger,callee=>OnDialed(callee),"Callernumbertocall")
.Permit(Trigger.CallConnected,State.Connected);

_machine.Configure(State.OnHold)
//定义子状态
.SubstateOf(State.Connected)
.Permit(Trigger.TakenOffHold,State.Connected)
.Permit(Trigger.PhoneHurledAgainstWall,State.PhoneDestroyed);

_machine.Configure(State.Connected)
//进入状态的时候执行动作
.OnEntry(t=>StartCallTimer())
//离开状态执行动作
.OnExit(t=>StopCallTimer())
//状态不变化，但是响应某种事件，和PermitReentry不同，它不会触发进入和退出的动作
.InternalTransition(Trigger.MuteMicrophone,t=>OnMute())
.InternalTransition(Trigger.UnmuteMicrophone,t=>OnUnmute())
.InternalTransition(_setVolumeTrigger,(volume,t)=>OnSetVolume(volume))
.Permit(Trigger.LeftMessage,State.OffHook)
.Permit(Trigger.PlacedOnHold,State.OnHold)
//指定在发生同一种事件的时候，根据事件的参数不同而决定进入不同的状态。
.PermitIf(_setCalleeTrigger,State.Connected,callee=>string.IsNullOrWhiteSpace(callee))
.PermitIf(_setCalleeTrigger,State.Connected,callee=>!string.IsNullOrWhiteSpace(callee))
//如果没有定义这个事件而发生了这个事件，会弹出异常。通过指定忽略某一类事件，可以避免这个情况。
.Ignore(Trigger.CallDialled);

//当然也可以使用这个来避免弹出上面说的异常
_machine.OnUnhandledTrigger((state,trigger)=>{});

//可以使用异步调用，但是必须要在触发事件的时候，使用FireAsync
_machine.Configure(State.PhoneDestroyed)
.OnEntryAsync(async()=>awaitSendEmailToAssignee());

配置好了各状态之间的转换，下面就是触发事件了。

publicvoidDialed(stringcallee)
{
//有参数的触发
_machine.Fire(_setCalleeTrigger,callee);
}

publicvoidConnected()
{
//无参数的触发
_machine.Fire(Trigger.CallConnected);
}

publicasyncTaskPhoneDestroy()
{
//异步触发
await_machine.FireAsync(Trigger.PhoneDestroyed);
}

publicstringToDotGraph()
{
//导出DOTGRAPH
returnUmlDotGraph.Format(_machine.GetInfo());
}

外部调用很简洁：

phoneCall.Dialed("Prameela");
phoneCall.Connected();
phoneCall.SetVolume(2);
phoneCall.Hold();

只需要调用事件即可，别的都会按照我们设置好的动作来进行了，非常自动化。

总结

Stateless可以很好地实现状态机，有点事件驱动的编程的感觉，但本质上不同，Stateless核心是各个状态的迁移。

虽然Stateless很小巧方便，但是还有有很多地方不尽如人意（官方说这就是他们自己的设计目标，维持极简）：

没有启动和停止的说法，一般在构造函数里面创建就一直有效。
不是线程安全的
拓展性有限

还有一个Appccelerate.StateMachine（地址），这个支持四种不同的状态机实现：

PassiveStateMachine：同步单线程处理状态转换
ActiveStateMachine：同步多线程处理状态转换
AsyncPassiveStateMachine：异步单线程处理状态转换
AsyncActiveStateMachine：异步多线程处理状态转换

其中active的是线程安安全的。另外，它还支持状态、事件的持久化，拓展性强。用法差不多，只是配置的关键字上面有一点区别，大家可以自行翻文档。

以上就是浅析C#状态机Stateless的详细内容，更多关于C#状态机Stateless的资料请关注毛票票其它相关文章！

浅析C# 状态机Stateless

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