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摘要：狀態(tài)機有三個特征狀態(tài)總數(shù)是有限的。由于有限狀態(tài)機的這些特征，我們可以把狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程做成類似這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。
有限狀態(tài)機是什么
有限狀態(tài)機（英語：finite-state machine，縮寫：FSM）又稱有限狀態(tài)自動機，簡稱狀態(tài)機，是表示有限個狀態(tài)（State）以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移（Transition）和動作（Action）等行為的數(shù)學(xué)模型。
狀態(tài)機有三個特征：
狀態(tài)（State）總數(shù)是有限的。
在任一時刻，只處于一種狀態(tài)。
在某種條件（Event）下，會從某種狀態(tài)轉(zhuǎn)移（Transition）到另一種狀態(tài)，同時執(zhí)行某個動作（Action）。
從有限狀態(tài)機的定義和特征我們可以看到它的幾個重要概念：
狀態(tài)（State）：包括初始狀態(tài)和事件觸發(fā)后的狀態(tài)，同時必須要有一個最終狀態(tài)。
事件（Event）：觸發(fā)狀態(tài)機從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。
轉(zhuǎn)移（Transition）：狀態(tài)切換路徑，包含Event(觸發(fā)該轉(zhuǎn)移的事件)，Source(源狀態(tài)），Target(目的狀態(tài))。
動作（Action）：表示在進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移后要執(zhí)行的具體行為。
由于有限狀態(tài)機的這些特征，我們可以把狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程做成類似這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。
| 條件當(dāng)前狀態(tài) | 狀態(tài)A | 狀態(tài)B | 狀態(tài)C | 狀態(tài)D |
|---|---|---|---|---|
| 條件X | 狀態(tài)B | 狀態(tài)C | 狀態(tài)D | ... |
| 條件Y | 狀態(tài)C | 狀態(tài)D | ... | ... |
| 條件Z | ... | 狀態(tài)A | 狀態(tài)A | 狀態(tài)A |
可以歸納為一個公式。
Old State + Event = New State
把上面的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表用公式表達(dá)就是
狀態(tài)A + 條件X = 狀態(tài)B
狀態(tài)A + 條件Y = 狀態(tài)C
...
我們小時候都應(yīng)該玩過貪吃蛇這個游戲，游戲規(guī)則不必再說，我們看看使用有限狀態(tài)機來實現(xiàn)這個游戲。
狀態(tài)轉(zhuǎn)移表：
| 條件當(dāng)前狀態(tài) | GAME_OVER | UP | DOWN | LEFT | RIGHT |
|---|---|---|---|---|---|
| EAT | ... | UP | DOWN | LEFT | RIGHT |
| HIT | ... | GAME_OVER | GAME_OVER | GAME_OVER | GAME_OVER |
| TURN_UP | UP | ... | ... | UP | UP |
| TURN_DOWN | DOWN | ... | ... | DOWN | DOWN |
| TURN_LEFT | LEFT | LEFT | LEFT | ... | ... |
| TURN_RIGHT | RIGHT | RIGHT | RIGHT | ... | ... |
EAT：吃掉食物
HIT：撞墻或自己
TURN_UP：向上轉(zhuǎn)向事件
...
GAME_OVER： 為了簡便一點，我們讓它既是開始又是結(jié)束的狀態(tài)，當(dāng)按下上下左右任一鍵時開始游戲。
UP: 向上前進(jìn)狀態(tài)，此時可以吃掉食物，也可以撞到墻或自己，同時可以向左向右轉(zhuǎn)向，但按下向上或向下是不會觸發(fā)任何動作。
...
當(dāng)我們把狀態(tài)轉(zhuǎn)移表定義好之后就會發(fā)現(xiàn)這個游戲剩下的部分非常好寫，而且邏輯非常清楚，這就是有限狀態(tài)機的好處。
有限狀態(tài)機在編程中有哪些應(yīng)用詞法分析
正則表達(dá)式
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
游戲設(shè)計
自動電話客服
...
我們用有限狀態(tài)機做什么筆者目前所在的部門是正在使用OpenStack做電子網(wǎng)絡(luò)靶場的一個項目，必然少不了對虛擬機各項指標(biāo)的采集，因此對采集進(jìn)行監(jiān)控也是必要的措施，以便在采集故障之后及時預(yù)警。
整個監(jiān)控流程是由客戶端（Java微服務(wù)）往Kafka中發(fā)一條采集配置，采集端（Python）收到這條配置后進(jìn)行解析配置，然后進(jìn)行指標(biāo)采集，同時往Kafka回傳一些運行信息，當(dāng)想要停止采集時需要客戶端再次下發(fā)一條關(guān)閉配置，采集端進(jìn)行執(zhí)行并回傳至Kafka關(guān)閉信息。
看似這個過程十分簡單，像把大象裝進(jìn)冰箱一樣簡單。
打開冰箱門。
把大象塞進(jìn)行。
關(guān)上冰箱門。
使用有限狀態(tài)機來做其中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時真的就像是把大象塞進(jìn)冰箱一樣簡單（其中使用restful接口接收客戶端的開始關(guān)閉配置，監(jiān)聽kafka指定topic來處理采集端消息）。
定義狀態(tài)轉(zhuǎn)移表| 條件當(dāng)前狀態(tài) | Idle | processing | wait_close | exception | timeout | closed |
|---|---|---|---|---|---|---|
| start_conf | ||||||
| error_conf | closed | |||||
| pro_start | processing | |||||
| heartbeat | processing | processing | ||||
| error_runtime | exception | |||||
| stop_conf | wait_close | wait_close | wait_close | |||
| pro_stop | closed | closed | closed | |||
| msg_timeout | timeout | timeout | timeout | timeout | ||
| fix | closed |
事件
start_conf：客戶端（Java微服務(wù)）采集配置
error_conf：采集端（Python）配置解析錯誤
pro_start：采集端（Python）開始采集
heartbeat：采集端（Python）正在采集
error_runtime ：采集端（Python）采集過程中出錯
stop_conf:客戶端（Java微服務(wù)）關(guān)閉配置
pro_stop: 采集端（Python）退出采集
msg_timeout:采集端（Python）消息超時
fix: 監(jiān)控端 手動確認(rèn)任務(wù)已經(jīng)人為修復(fù)
狀態(tài)
Idle：收到采集配置后有限狀態(tài)機的默認(rèn)狀態(tài)
processing：正在采集
wait_close ：收到關(guān)閉配置后等待關(guān)閉
exception：采集異常
timeout：超時
closed：采集關(guān)閉
使用狀態(tài)機進(jìn)行編碼筆者這里使用的庫是squirrel-foundation，支持多實例狀態(tài)機并且和spring進(jìn)行整合也比較簡單。
總結(jié)有限狀態(tài)機能使我們從復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)移判斷中脫離出來，專心業(yè)務(wù)邏輯，并且避免狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程的判斷錯誤，是一種很強大的模型。
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