状态机的核心思想

状态机的核心思想就是 将行为的判断集中控制，并且通过明确的状态和状态之间的转换来管理系统的行为。

在传统的编程中，尤其是有多个状态的系统，往往会在代码中出现很多条件判断（如 if-else 或 switch）来决定当前状态下应该执行什么操作。而使用状态机的方式，我们将这些条件判断集中管理，通常通过一种结构化、明确的方式来定义每个状态及其可能的行为和转换规则。

核心概念

  1. 状态：系统可以处于的不同状态（例如，Pending、Paid、Shipped、Delivered）。
  2. 状态转换：从一个状态到另一个状态的转移（例如，从 Pending 到 Paid，从 Paid 到 Shipped）。
  3. 行为：当系统处于某个状态时，它执行的操作或行为（例如，当订单状态是 Paid 时，系统可以触发发货操作）。
  4. 状态机的作用：通过控制和管理状态之间的转换规则和行为，使得状态管理变得清晰、统一、可扩展。

为什么状态机有效？

  1. 集中控制行为：

    • 所有的状态和行为都被集中管理，你不再需要在程序中到处写 if-else 或 switch 语句来判断当前状态。
    • 每个状态下的行为都被明确地定义在状态机中，这样代码更加清晰，易于理解。

  2. 避免重复和错误的状态转换：

    • 状态机强制规定了合法的状态转移规则，确保状态的转换是符合逻辑的，不会发生错误的转换（比如从 Shipped 直接跳到 Paid）。
    • 这种约束减少了逻辑错误和意外的行为。

  3. 易于扩展：

    • 随着系统的需求变化，你可以很容易地添加新的状态、状态转换和行为，只需修改状态机的配置，而不需要在代码的各个地方修改判断逻辑。
    • 增加一个新的状态和转换规则不需要重构原有代码，极大地提高了系统的可维护性和可扩展性。

  4. 可预测和清晰的状态流：

    • 状态机使得系统的状态变化具有可预测性，每个状态都有明确的转换规则，开发者可以很容易地了解和调试系统在每个状态下的行为。
    • 例如，系统在 Shipped 状态时一定会做某件事（比如通知用户发货），而在 Paid 状态时则会做另一件事。

举个简单的例子

假设你有一个 电梯 系统，它有以下几个状态：

  • Idle（空闲）
  • MovingUp（向上移动）
  • MovingDown（向下移动）
  • DoorOpen（门打开）

如果不使用状态机，你可能会在每个操作中写很多 if 语句来判断当前电梯的状态，并决定执行什么操作。

传统做法：

1
2
3
4
5
6
7
if (currentState === "Idle") {
  // 执行启动电梯上升的逻辑
} else if (currentState === "MovingUp") {
  // 执行电梯移动上的逻辑
} else if (currentState === "DoorOpen") {
  // 执行打开电梯门的逻辑
}

这种方式容易导致逻辑混乱，特别是当状态增多时，代码会变得越来越复杂。

使用状态机：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
class Elevator {
  constructor() {
    this.state = "Idle"; // 电梯初始状态
  }

  // 移动电梯
  moveUp() {
    if (this.state === "Idle") {
      console.log("电梯正在上升");
      this.state = "MovingUp";
    } else {
      console.log("电梯无法上升，当前状态:", this.state);
    }
  }

  moveDown() {
    if (this.state === "Idle") {
      console.log("电梯正在下降");
      this.state = "MovingDown";
    } else {
      console.log("电梯无法下降，当前状态:", this.state);
    }
  }

  openDoor() {
    if (this.state === "Idle") {
      console.log("电梯门已打开");
      this.state = "DoorOpen";
    } else {
      console.log("电梯无法打开门，当前状态:", this.state);
    }
  }

  getState() {
    return this.state;
  }
}

这种方式的优势

  • 集中控制：所有的状态判断都集中在 Elevator 类的函数内部。每个函数负责一种状态的转换和行为，没有冗余的 if-else。
  • 避免错误的状态转换：电梯不会在 MovingUp 或 MovingDown 状态下尝试打开门，也不会在打开门时尝试移动。每个状态都有明确的转换规则，避免了不合理的操作。
  • 易于扩展：假设我们增加一个新的 Maintenance（维护）状态，只需要在状态机中添加新的状态和规则，而不需要更改原有的代码逻辑。

总结

状态机本质上是通过将多个状态和这些状态下的行为集中管理，使得代码更加清晰、可预测、易于扩展。它将系统的状态转换逻辑显式化，减少了潜在的错误，同时避免了冗余的判断代码。特别是在处理复杂的系统、状态之间有复杂转换的场景下，状态机是一个非常有效的工具。