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looplab/fsm 源码阅读

2023-02-18 16:32:25 时间

github.com/looplab/fsm实现了一个有限状态机，下面研究下它的源码，除了测试文件外，它有下面几个文件：

errors.go //定义了错误
fsm.go   //定义了状态机的核心逻辑
event.go   //定义了事件结构体
graphviz_visualizer.go  //生成graphviz格式的文件
mermaid_visualizer.go   // 生成mermaid格式的文件
visualizer.go  //

总的来说代码分为两部分：1，定义状态机；2，实现状态机的可视化。

第一部分：状态机的定义

状态机大体上可以分为两部分：状态和驱动状态变化的事件。首先我们来定义一个门的状态机，它有两个状态open，closed。对应的有两个事件open和close来驱动状态机状态的变化。 

  fsm := fsm.NewFSM(
    "closed",
    fsm.Events{
      {Name: "open", Src: []string{"closed", "open"}, Dst: "open"},
      {Name: "close", Src: []string{"open"}, Dst: "closed"},
    },
    fsm.Callbacks{
      //事件之前
      "before_open": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("before_open")
        e.Async()
      },
      "before_event": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("before_event")
        e.Async()
      },
      //离开老状态之前
      "leave_closed": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("leave_closed")
        e.Async()
      },
      "leave_state": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("leave_state")
        e.Async()
      },
      //进入新状态之前
      "enter_open": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("enter_open")
        e.Async()
      },
      "enter_state": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("enter_state")
        e.Async()
      },
      //事件执行之后
      "after_open": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("after_open")
        e.Async()
      },
      "after_event": func(e *fsm.Event) {
        fmt.Println("after_event")
        e.Async()
      },
    },
  )
  if err := fsm.Event("close"); err != nil {
    fmt.Println(err)
  }
  if err := fsm.Event("open"); err != nil {
    fmt.Println(err)
  }
  fmt.Println(fsm.Current())
  err := fsm.Transition()
  if err != nil {
    fmt.Println(err)
  }
  fmt.Println(fsm.Current())
  graphviz, _ := vfsm.VisualizeWithType(fsm, "graphviz")
  ioutil.WriteFile("fsm.graphviz", []byte(graphviz), fs.ModePerm)
  diagram, _ := vfsm.VisualizeWithType(fsm, "mermaid-state-diagram")
  ioutil.WriteFile("fsm.diagram.md", []byte("```mermaid\n"+diagram+"\n```"), fs.ModePerm)
  flowChart, _ := vfsm.VisualizeWithType(fsm, "mermaid-flow-chart")
  ioutil.WriteFile("fsm.flowChart.md", []byte("```mermaid\n"+flowChart+"\n```"), fs.ModePerm)

可以看到，定义状态机的时候有三部分组成：状态机的初始状态，状态机的事

件（包括了多个源事件和一个目的事件），状态机的事件回调。整体来说，回

调可以分为四组8个回调，按执行顺序依次为：

1，事件开始之前

A，before_xxx，特定的状态之前

B，before_event所有状态之前

2，离开老状态

A，leave_xxx 离开特定状态

B，leave_state 离开所有状态

3，进入新状态

A，enter_xxx,进入特定状态

B，enter_state 进入所有状态

4，事件执行完毕之后

A，after_xxx 进入特定状态之后

B，after_event 进入所有状态

接着就是两个比较重要的接口：fsm.Event("open")通过传入事件驱动状态的变化，通过传入的事件，从transitions中筛选出对应的transition，初始化当前目标状态的transaction，除了执行transaction本身的交易逻辑外还执行上述8个callback方法，。fsm.Transition()仅仅执行transaction逻辑。下面结合源码具体看看：

fsm.go

func NewFSM(initial string, events []EventDesc, callbacks map[string]Callback) *FSM {
      f.transitions[eKey{e.Name, src}] = e.Dst
      f.callbacks[cKey{target, callbackType}] = fn

NewFSM主要工作是展开我们传入的参数，变成transitions 的map和callbacks 的map，方便后面调用。其中状态机FSM的定义如下：

type FSM struct {
      current string  //当前状态
      transitions map[eKey]string 
      // 事件名，事件类型到目标状态映射
      callbacks map[cKey]Callback
       //回调目标状态，回调类型到回调方法映射
      transition func() 
      //调用transition的方法
      transitionerObj transitioner
      stateMu sync.RWMutex
      eventMu sync.Mutex
 }
type EventDesc struct {
      Name string
      Src []string
      Dst string
  }
    type Callback func(*Event)
    type Events []EventDesc
    type Callbacks map[string]Callback

为了线程安全，对状态转换和事件回调两个map都定义了锁。他们的key分别是： 

    type cKey struct {
      target string
      callbackType int
    }
    type eKey struct {
      event string
      src string
    }

其中transitioner是一个接口

type transitioner interface {
  transition(*FSM) error
}

默认实现如下，它调用了状态机的transition方法： 

func (t transitionerStruct) transition(f *FSM) error {
            f.transition()
 }

状态机实现的函数接口有：

      func (f *FSM) AvailableTransitions() []string
      func (f *FSM) Can(event string) bool
      func (f *FSM) Cannot(event string) bool
      func (f *FSM) Current() string
      func (f *FSM) Event(event string, args ...interface{}) error
      func (f *FSM) Is(state string) bool
      func (f *FSM) Metadata(key string) (interface{}, bool)
      func (f *FSM) SetMetadata(key string, dataValue interface{})
      func (f *FSM) SetState(state string)
      func (f *FSM) Transition() error

其中 

func (f *FSM) Can(event string) bool
  _, ok := f.transitions[eKey{event, f.current}]
  return ok && (f.transition == nil)
//执行事件扭转
func (f *FSM) Event(event string, args ...interface{}) error{
    e := &Event{f, event, f.current, dst, nil, args, false, false}
    err := f.beforeEventCallbacks(e)
   f.transition = func() {
     f.enterStateCallbacks(e)
     f.afterEventCallbacks(e)
    }
   f.leaveStateCallbacks(e)
   err = f.doTransition()
}

func (f *FSM) enterStateCallbacks(e *Event){
  if fn, ok := f.callbacks[cKey{f.current, callbackEnterState}]; ok {
        fn(e)
    }
  if fn, ok := f.callbacks[cKey{"", callbackEnterState}]; ok {
       fn(e)
  }
}
//执行
func (f *FSM) Transition() error{
     return f.doTransition()
}
func (f *FSM) doTransition() error {
  return f.transitionerObj.transition(f)
}

接着我们看下event.go里面事件的定义：

type Event struct {
      FSM *FSM
      Event string
      Src string
      Dst string
      Err error
      Args []interface{}
      canceled bool
      async bool
  }

有两个函数

func (e *Event) Cancel(err ...error) 
func (e *Event) Async()

第二部分：状态机的可视化

支持两种格式，三种方式的可视化graphviz_visualizer.go实现了Graphviz格式展示状态机

writeHeaderLine(&buf)
writeTransitions(&buf, fsm.current, sortedEKeys, fsm.transitions)
writeStates(&buf, sortedStateKeys)
writeFooter(&buf)

mermaid_visualizer.go实现MermaidDiagramType 格式化，支持两种格式： 

VisualizeForMermaidWithGraphType
      case FlowChart:
        return visualizeForMermaidAsFlowChart(fsm), nil
      case StateDiagram:
        return visualizeForMermaidAsStateDiagram(fsm), nil

visualizer.go定义了基础接口和公用函数的实现

func Visualize(fsm *FSM) string{
     VisualizeWithType
      case GRAPHVIZ:
        return Visualize(fsm), nil
      case MERMAID:
        return VisualizeForMermaidWithGraphType(fsm, StateDiagram)
      case MermaidStateDiagram:
        return VisualizeForMermaidWithGraphType(fsm, StateDiagram)
      case MermaidFlowChart:
        return VisualizeForMermaidWithGraphType(fsm, FlowChart)
}

在前文的例子中我们生成了上述三种格式对应的文件如何可视化呢，对于graphviz，可以转化成图片格式

dot -T png fsm.graphviz -o fsm.dot.png

对于Mermaid格式，可是安装vscode插件Markdown Preview Mermaid Support，然后通过markdown代码段的方式可视化，打开后点击cmd shift v可以看到下面的效果：

至此源码分析完毕。

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