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状态机的介绍和使用(一)
2023-08-06 07:49:48 】 浏览:84
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1 状态机简介

1.1 定义

我们先来给出状态机的基本定义。一句话:

状态机是有限状态自动机的简称,是现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。

先来解释什么是“状态”( State )。现实事物是有不同状态的,例如一个自动门,就有 open 和 closed 两种状态。我们通常所说的状态机是有限状态机,也就是被描述的事物的状态的数量是有限个,例如自动门的状态就是两个 open 和 closed 。

状态机,也就是 State Machine ,不是指一台实际机器,而是指一个数学模型。说白了,一般就是指一张状态转换图。例如,根据自动门的运行规则,我们可以抽象出下面这么一个图。

自动门有两个状态,open 和 closed ,closed 状态下,如果读取开门信号,那么状态就会切换为 open 。open 状态下如果读取关门信号,状态就会切换为 closed 。

状态机的全称是有限状态自动机,自动两个字也是包含重要含义的。给定一个状态机,同时给定它的当前状态以及输入,那么输出状态时可以明确的运算出来的。例如对于自动门,给定初始状态 closed ,给定输入“开门”,那么下一个状态时可以运算出来的。

这样状态机的基本定义我们就介绍完毕了。重复一下:状态机是有限状态自动机的简称,是现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。

1.2 四大概念

下面来给出状态机的四大概念。

第一个是 State ,状态。一个状态机至少要包含两个状态。例如上面自动门的例子,有 open 和 closed 两个状态。

第二个是 Event ,事件。事件就是执行某个操作的触发条件或者口令。对于自动门,“按下开门按钮”就是一个事件。

第三个是 Action ,动作。事件发生以后要执行动作。例如事件是“按开门按钮”,动作是“开门”。编程的时候,一个 Action 一般就对应一个函数。

第四个是 Transition ,变换。也就是从一个状态变化为另一个状态。例如“开门过程”就是一个变换。

2 DSL

2.1 DSL

DSL是一种工具,它的核心价值在于,它提供了一种手段,可以更加清晰地就系统某部分的意图进行沟通。

这种清晰并非只是审美追求。一段代码越容易看懂,就越容易发现错误,也就越容易对系统进行修改。因此,我们鼓励变量名要有意义,文档要写清楚,代码结构要写清晰。基于同样的理由,我们应该也鼓励采用DSL。

按照定义来说,DSL是针对某一特定领域,具有受限表达性的一种计算机程序设计语言。

这一定义包含3个关键元素:

语言性(language nature):DSL是一种程序设计语言,因此它必须具备连贯的表达能力——不管是一个表达式还是多个表达式组合在一起。

受限的表达性(limited expressiveness):通用程序设计语言提供广泛的能力:支持各种数据、控制,以及抽象结构。这些能力很有用,但也会让语言难于学习和使用。DSL只支持特定领域所需要特性的最小集。使用DSL,无法构建一个完整的系统,相反,却可以解决系统某一方面的问题。

针对领域(domain focus):只有在一个明确的小领域下,这种能力有限的语言才会有用。这个领域才使得这种语言值得使用。

比如正则表达式,/\d{3}-\d{3}-\d{4}/就是一个典型的DSL,解决的是字符串匹配这个特定领域的问题。

2.2 DSL的分类

按照类型,DSL可以分为三类:内部DSL(Internal DSL)、外部DSL(External DSL)、以及语言工作台(Language Workbench)。

Internal DSL是一种通用语言的特定用法。用内部DSL写成的脚本是一段合法的程序,但是它具有特定的风格,而且只用到了语言的一部分特性,用于处理整个系统一个小方面的问题。 用这种DSL写出的程序有一种自定义语言的风格,与其所使用的宿主语言有所区别。例如我们的状态机就是Internal DSL,它不支持脚本配置,使用的时候还是Java语言,但并不妨碍它也是DSL。

builder.externalTransition()
                .from(States.STATE1)
                .to(States.STATE2)
                .on(Events.EVENT1)
                .when(checkCondition())
                .perform(doAction());





External DSL是一种“不同于应用系统主要使用语言”的语言。外部DSL通常采用自定义语法,不过选择其他语言的语法也很常见(XML就是一个常见选 择)。比如像Struts和Hibernate这样的系统所使用的XML配置文件。

Workbench是一个专用的IDE,简单点说,工作台是DSL的产品化和可视化形态。

三个类别DSL从前往后是有一种递进关系,Internal DSL最简单,实现成本也低,但是不支持“外部配置”。Workbench不仅实现了配置化,还实现了可视化,但是实现成本也最高。他们的关系如下图所示:

2.3 DSL示例

2.3.1 内部DSL示例

HTML: 通过自然语言编写

在Groovy中,通过DSL可以用易读的写法生成XML

def s = new StringWriter()
def xml = new MarkupBuilder(s)
xml.html{
    head{
        title("Hello - DSL")
        script(ahref:"https://xxxx.com/vue.js")
        meta(author:"marui116")
    }
    body{
        p("JD-ILT-ITMS")
    }
}
println s.toString()





最后将生成

<html>
  <head>
    <title>Hello - DSL</title>
    <script ahref='https://xxxx.com/vue.js' />
    <meta author='marui116' />
  </head>
  <body>
    <p>JD-ILT-ITMS</p>
  </body>
</html>





MarkupBuilder的作用说明:

A helper class for creating XML or HTML markup. The builder supports various 'pretty printed' formats.
Example:
  new MarkupBuilder().root {
    a( a1:'one' ) {
      b { mkp.yield( '3 < 5' ) }
      c( a2:'two', 'blah' )
    }
  }
  
Will print the following to System.out:
  <root>
    <a a1='one'>
      <b>3 < 5</b>
      <c a2='two'>blah</c>
    </a>
  </root>





这里相对于Java这样的动态语言,最为不同的就是xml.html这个并不存在的方法居然可以通过编译并运行,它内部重写了invokeMethod方法

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