.Net轻量状态机Stateless

2024-02-20 16:10:40

.Net轻量状态机Stateless

　　很多业务系统开发中，不可避免的会出现状态变化，通常采用的情形可能是使用工作流去完成，但是对于简单场景下，用工作流有点大财小用感觉，比如订单业务中，订单状态的变更，涉及到的状态量不是很多，即使通过简单的if-else也能足够使用，甚至是用上switch去减少if-else的使用，都是可以的，尽管这会丧失某些东西。为更好的优化整个流程，此时会考虑到使用状态模式来解决一些问题。

　　Stateless状态机GitHub：https://github.com/dotnet-state-machine/stateless

一、状态模式与状态机

1、状态模式："允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它所属的类 "。 (State Pattern: "Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class ".)

　　对于这个定义，有点抽象，变通理解一下可以这么理解：状态拥有者将变更行为委托给状态对象，状态拥有者本身只拥有状态(当然也可以抛弃状态对象)，状态对象履行变更职责。

2、状态机："依照指定的状态流程图，根据当前执行的动作，将当前状态按照预定的条件变更到新的状态 "。

　　状态机有4个要素，即现态、条件、动作、次态。其中，现态和条件是“因”，动作和次态是“果”。

现态 - 是指当前对象的状态
条件 - 当一个条件满足时，当前对象会触发一个动作
动作 - 条件满足之后，执行的动作
次态 - 条件满足之后，当前对象的新状态。次态是相对现态而言的，次态一旦触发，就变成了现态

3、状态迁移图："在UML建模中，常常可见，用来描述一个特定的对象所有可能的状态,以及由于各种事件的发生而引起的状态之间的转移和变化，也是配置状态机按照何种行径的前提 "。

二、Stateless功能介绍

　　Stateless是一个基于C#创建状态机的简单库。基于.Net Standard实现，在.Net Framework和.Net Core项目中都可以使用。源码地址：https://github.com/dotnet-state-machine/stateless。

　　以一个打电话的使用案例来讲讲Stateless的功能：

//初始化状态机
var phoneCall = new StateMachine<State, Trigger>(State.OffHook);

//流程配置
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);

// ...

//触发行为
phoneCall.Fire(Trigger.CallDialled);
Assert.AreEqual(State.Ringing, phoneCall.Stat

1、功能特性

　状态机常见功能：

支持所有.Net类型的状态和触发器(数字、字符串、枚举等等)
分层状态
状态的进入和退出事件
用卫语句来支持条件转换
内省

　提供了一些有用的扩展：

支持外部的状态存储（例如：由ORM跟踪属性）
参数化触发器
可重入状态
导出DOT格式图

2、分层状态

　　在以下例子中，OnHold状态是Connected状态的子状态。这意味着电话挂起的时候，还是连接状态的，通过IsInState()方法，可以判定是否当前状态处于父状态下的子状态，比如IsInState(State.Connected)能够返回true，说明当前OnHold状态是处于Connected状态的。

phoneCall.Configure(State.OnHold)
  .SubstateOf(State.Connected)
  .Permit(Trigger.TakenOffHold, State.Connected)
  .Permit(Trigger.PhoneHurledAgainstWall, State.PhoneDestroyed);

3、状态的进入和退出事件

　　在前面的例子中，StartCallTimer()方法会在通话连接时执行，StopCallTimer()方法会在通话结束时执行，对应的便是，进入该状态与脱离该状态时候执行的事件。当电话的状态从已连接(Connected)变为挂起(OnHold)时, 不会触发StartCallTimer()方法和StopCallTimer()方法，这是因为OnHold是Connected的子状态，对于进入和退出事件的处理者，可以传参提供触发动作，现状和次状信息。

4、外部状态存储

　　有时候，当前对象的状态需要来自于一个ORM对象，或者需要将当前对象的状态保存到一个ORM对象中，UI框架需要存储一个状态到绑定属性中。为了支持这种外部状态存储，StateMachine类的构造函数支持了读写状态值。如代码里，通过使用myState可以去存储和获取状态值。

var stateMachine = new StateMachine<State, Trigger>(
  () => myState.Value,
  s => myState.Value = s
);

5、内省

　　该状态机可以通过StateMachine.PermittedTriggers属性获取当前状态下可以触发的触发器列表。并能够使用StateMachine.GetInfo()获取状态相关的配置信息。

public IEnumerable<TTrigger> PermittedTriggers
{
    get
    {
        return GetPermittedTriggers();
    }
}

//返回StateMachineInfo对象，包含状态及触发器列表。
_machine.GetInfo();

6、卫语句

　　状态机将根据卫语句在多条转换线路之间进行选择，卫语句必须是互斥的，多个卫语句不能同时生效。子状态可以通过重新指定来覆盖状态转换，但是子状态不能覆盖父状态允许的状态转换，当触发器触发时，卫语句开始评估线路选择，因此不会带来其它方面的影响。

phoneCall.Configure(State.OffHook)
  .PermitIf(Trigger.CallDialled, State.Ringing, () => IsValidNumber)
  .PermitIf(Trigger.CallDialled, State.Beeping, () => !IsValidNumber)

7、参数化触发器

　　支持将强类型参数提供给触发器，使用方法PermitDynamic()配置状态机时，能够通过触发器参数动态选择目标状态。

var assignTrigger = stateMachine.SetTriggerParameters<string>(Trigger.Assign);

stateMachine.Configure(State.Assigned)
    .OnEntryFrom(assignTrigger, email => OnAssigned(email));
    
stateMachine.Fire(assignTrigger, "joe@example.com");

8、忽视转换和重入状态

　　如果触发了一个没有配置过的线路，将会抛出一个异常，通过使用Ignore方法，忽视一些触发，当触发了此类触发器时，不会抛出异常，而改为忽略该次触发。

phoneCall.Configure(State.Connected)
    .Ignore(Trigger.CallDialled);

　　另外，一个状态能够使用PermitReentry方法配置为重复进入(从本状态到本状态)，entry和exit事件也会被再次触发。

stateMachine.Configure(State.Assigned)
    .PermitReentry(Trigger.Assigned)
    .OnEntry(() => SendEmailToAssignee());

　　默认情形下，必须明确忽略哪些触发器。当未配置的触发器被触发时默认是抛出异常，可以通过使用OnUnhandledTrigger配置状态机覆写处理异常情形。

stateMachine.OnUnhandledTrigger((state, trigger) => { });

9、导出DOT格式图

　　运行状态可视化状态机是很有用处的，使用状态机时，代码是命令式的，而状态图是副产物。

phoneCall.Configure(State.OffHook)
    .PermitIf(Trigger.CallDialled, State.Ringing, IsValidNumber);
    
string graph = UmlDotGraph.Format(phoneCall.GetInfo());

　　UmlDotGraph.Format()方法返回代表状态机的字符串，使用DOT graph语言格式。这个可以被支持DOT graph语言的工具渲染。像graphviz.org和viz.js的dot command line工具。

　　诸如生成的字符串在viz.js中解析的状态机图形。

10、异步触发

　　该状态机支持异步操作，对于Entry/Exit方法等都有相应的异步方法，带Async结尾，并且对于触发也有异步方法FireAsync()，需要注意的是，尽管使用了异步，但仍然是单线程操作，不能被多个线程同时使用。

stateMachine.Configure(State.Assigned)
    .OnEntryAsync(async () => await SendEmailToAssignee());
    
await stateMachine.FireAsync(Trigger.Assigned);

　至此，对于状态机Stateless的功能差不多了解完毕了，开始将状态机融入到项目中实际使用起来，也已经加入到日程中。

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.Net轻量状态机Stateless

一、状态模式与状态机

二、Stateless功能介绍

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