十分钟学会有限状态机的实现原理
在学习状态机实现原理之前，我们先了解状态机的五个定义如下：
定义一：有限的状态
定义二：有限的事件
定义三：一个初始状态
定义四：变换器（给定当前状态 + 事件，可以得出下个状态）
定义五：若干个（或无）的最终状态
然后我们依据状态机的定义进行逐个分析。
定义解读
定义一：有限的状态
状态机之所以这样命名，大略都可以理解为管理“状态”的机器。从工业生产可用性的角度来看，任何事物都是可以近似看做有限的状态的。
怎么理解呢？比如一杯水的温度可以算作它的状态，理论上温度的值是无限的，比如我可以说水的温度从 30° 升到了 30.0001° 也算是状态变化，但是我们在普遍场景下，对水的温度精度并不会要求很高。
因此我们可以定义为水的每 1° 就是一个状态，并且我们只关注 0° ~ 100°。因此水的温度状态就只有 100 个，从而表达了有限的概念。
对于设计实现来说，我们拿灯泡举例子，假设灯泡有亮、不亮、坏掉三个状态，我们仅仅用一个数组就可以表达完这个事情。
const lightBulbStates = ['LIT', 'UNLIT', 'BROKEN'];复制代码当然，在实际开发中，我们也可以用哈希表或者 enum 枚举所有状态。
const lightBulbStates = { lit: 'LIT', unlit: 'UNLIT', broken: 'BROKEN',
};复制代码
定义二：有限的事件
什么是事件？
举个例子：比如说小明心如止水地在工作，突然隔壁同事给了他一巴掌，小明气炸了，准备撸起袖子去打架。
这里小明就是一个状态机，他从心如止水的状态，转换到了气炸了的状态，全因发生了被同事扇了一巴掌的事件，并且产生了准备去干架的行为副作用。公式如下：
心如止水（状态） + 被扇一巴掌（事件） = 气炸了（新的状态）+ 准备干架（副作用）。
当然同事之间还是要团结友爱啦，君子动口不动手，我们要以理服人，是吧。
基于上述的例子，我们进行抽象，总结得出公式如下：
state + event = newState + effect复制代码因此，因为状态是有限的，所以当然事件也是有限的。就比如图有三个顶点，点之间的连线如果有向，那也只有六条线，这很好理解。
再结合到我们的灯泡状态机来看，它的事件有如下几种：
unlit + TOGGLE = lit + effect lit + TOGGLE = unlit + effect unlit + BREAK = broken + effect lit + BREAK = broken + effect复制代码
我们整理一下，用 JavaScript 对象来表述这个事情：
const lightBulbEventMap = { unlit: { on: { TOGGLE: 'lit', BREAK: 'broken', }, }, lit: { on: { TOGGLE: 'unlit', BREAK: 'broken', }, }, broken: {}, };复制代码这样状态与事件之间的关系就一目了然了。
定义三：一个初始状态
盘古开天、女娲造人、伊甸园里的亚当夏娃，万事万物都有一个初始状态。就像人的一生也会从呱呱落地开始，到化作一抔黄土结束，整个过程是随时间流逝而不断变换的，我们不可能直接绕过开始，直接到中间某个节点。
对于状态机来说也是如此。灯泡买回来一般处于未点亮的状态（正常来说）。因此，我们还是用 JavaScript 对象来表述这个事情：
const lightBulbMachine = { initial: 'unlit', states: { unlit: { on: { TOGGLE: 'lit', BREAK: 'broken',
},
}, lit: { on: { TOGGLE: 'unlit', BREAK: 'broken',
},
}, broken: {},
},
};复制代码
定义四：变换器（给定当前状态 + 事件，可以得出下个状态）
其实到这里我们已经把灯泡的状态、事件都定义完了。但我们仍然需要给出变换器的实现，用以实现状态与状态之前的过渡。
变换器实现复杂么？不，一点也不。请看：
function transition(state, event) { return machine.states[state].on[event]; }复制代码然后我们可以用变换器函数对灯泡的状态进行运算
const newState = transition('unlit', 'TOGGLE'); // lit复制代码
或者~
const newState = transition('lit', 'BREAK'); // broken复制代码假如灯泡坏了，我们还是想点亮它，怎么办？
const newState = transition('broken', 'TOGGLE'); // Throw error复制代码
状态机告诉你，痴心妄想！
定义五：若干个（或无）的最终状态
前面说到万事万物都有起点，所以按道理来说，应该也必然有终点。但是考虑到实际应用中，其实抽象来说未必需要一个终点。就比如网站用户可以登录、漫游、退出、再登录、再漫游等等，它并没有一个实际的终点。
但是也可以有终点。比如 Promise 请求，从 init 到 pending，再返回 resolve 代表成功，或者 reject 代表失败。它有两个终点。
比如人从出生到逝去，宏观上来说，分别对应着初始状态、最终状态。
我们还是回到我们的灯泡状态机，broken 就是它的最终状态。状态机一旦抵达到最终的状态，就相当于结束了。
const lightBulbMachine = { initial: 'unlit', states: { // ... broken: { type: 'final', }, }, };复制代码状态机最简单实现
来，让我们实现一个状态机吧！
function createMachine({ initial, states }) { const machine = { initialState: initial, transition: (state, event) => states[state].on[event]
}; return machine;
}复制代码
同学们肯定会觉得，就这么简单么？其实本质上就这样。虽然如此简单的实现，是绝对不能支撑起我们复杂的业务场景需求的。但是一旦只要明白了本质，扩展的实现理解起来也不会很困难。
副作用
上文的状态机实现其实本质上是个纯函数，但我们仔细观察上文提到过的公式。
state + event = newState + effect复制代码关于副作用我们却只字未提。在大型的应用中，副作用是到处存在的，比如网络请求、本地日志存储、错误输出、DOM 操作、数据库写入、事件注册监听。
纯函数可以提高我们代码的质量，但是却不能表达复杂的业务。
状态机也是如此。状态机可以通过注册活动（Activities）、上下文（context）、订阅状态机服务（Service.subscribe）等方式进行表达副作用。
这些都可以去 XState Docs XState 官网进行学习了解。
源码解读
这里贴上了最简单的状态机实现（@xstate/fsm）的注释。除了包含了上述最基本的五个定义、还有扩展上下文（context）、条件守护（cond）、状态机解释服务（service）等。
对状态机更进一步实现感兴趣的同学可以阅读。
// xstate.jsimport {
toTransitionObject, toActionObject, toEventObject, toArray, isString, isFunction
} from './util';const INIT_EVENT = { type: 'xstate.init' };const ASSIGN_ACTION = 'xstate.assign';function createMatcher(value) { return stateValue => value === stateValue;
}function createUnchangedState(value, context) { return {
value,
context, actions: [], changed: false, matches: createMatcher(value)
};
}export function assign(assignment) { return { type: ASSIGN_ACTION,
assignment
}
}export function execActions(state, event) {
state.actions.forEach(({ exec }) => {
exec && exec(state.context, event);
});
}// 通过约定的状态机配置，生产一个有限状态机// 状态机定义如下：// - 定义一：有限的状态// - 定义二：有限的事件// - 定义三：一个初始状态// - 定义四：变换器（给定当前状态 + 事件，可以得出下个状态）// - 定义五：若干个（或无）的最终状态export function createMachine(fsmConfig, options = {}) { function getCombinedActions({ states, initial }) { const entryAction = states[initial].entry; return toArray(
entryAction
).map(action => toActionObject(action, options.actions));
} function getContext() { return fsmConfig.context || {};
} const machine = { _options: options, config: fsmConfig, // 实现定义三 - 一个初始状态节点
initialState: { // 状态值
value: fsmConfig.initial, // 事件
actions: getCombinedActions(fsmConfig), // 上下文
context: getContext(), // 状态匹配判断方法
matches: createMatcher(fsmConfig.initial)
}, // 实现定义四 - 变换器
transition: (state, event) => { const { value, context } = isString(state) ?
{ value: state, context: getContext() } : state; const eventObject = toEventObject(event); const stateConfig = fsmConfig.states[value]; if (stateConfig.on) { // 根据事件类型取得对应的变换器
const transitions = toArray(stateConfig.on[eventObject.type]); for (const transtion of transitions) { // 实际上没有任何变换器、或使用 undefined 中断了变换器
if (transtion === undefined) { return createUnchangedState(value, context);
} const { target = value, actions = [], cond = () => true } = toTransitionObject(transtion); let nextContext = context; // 条件守护，只要满足一个变换器，直接退出
if (cond(context, eventObject)) { // 判断上下文是否被修改
let assigned = false; // 获取下个状态对象节点
const nextStateConfig = fsmConfig.states[target]; const allActions = [] // 依次进行当前状态的 Exit Action、当前状态的 Action 集合、下个状态的 Entry Action
.concat(
stateConfig.exit, actions, nextStateConfig.entry
) // 过滤假值
.filter(a => a) // 寻找 Action 配置，返回统一格式的 Action 对象
.map(action => toActionObject(action, machine._options.actions)) // 内部事件，支持 assign 函数修改上下文
.filter(action => { if (action.type === ASSIGN_ACTION) {
assigned = true; let tmpContext = Object.assign({}, nextContext); if (isFunction(action.assignment)) {
tmpContext = action.assignment(nextContext, eventObject);
} else { Object.keys(action.assignment).forEach(key => { const assignment = action.assignment[key];
tmpContext[key] = isFunction(assignment) ? assignment(nextContext, eventObject) : assignment
});
}
nextContext = tmpContext; return false;
} return true;
}); return { value: target, context: nextContext, actions: allActions, changed: target !== value || allActions.length > 0 || assigned, matches: createMatcher(target)
};
}
}
} // 状态节点未注册任何变换器、条件守护未满足，导致停留在原本的状态节点
return createUnchangedState(value, context);
}
}; return machine;
}// 状态机服务的状态export const INTERPRETER_STATUS = { NotStarted: 0, Running: 1, Stopped: 2};// 将 Machine 解释为一个状态机服务，应用于实际生产环境export function interpret(machine) { let state = machine.initialState; let status = INTERPRETER_STATUS.NotStarted; // 用以订阅状态机服务
const listeners = new Set(); const service = { _machine: machine,
send(event) { // 状态机服务未启动时，不允许发送事件
if (status !== INTERPRETER_STATUS.Running) { return;
} // 通过变换器更新状态
state = machine.transition(state, event); // 执行当前状态的所有 Action（Action 集合在 Machine 中已进行计算）
execActions(state, toEventObject(event));
listeners.forEach((listener) => listener(state)); return service;
}, subscribe: (listener) => {
listeners.add(listener);
listener(state); return { unsubscribe: () => listeners.delete(listener)
};
}, // 状态机服务启动
start: () => {
status = INTERPRETER_STATUS.Running;
execActions(state, INIT_EVENT); return service;
}, // 状态机服务暂停
stop: () => {
status = INTERPRETER_STATUS.Stopped;
listeners.clear(); return service;
},
get state() { return state;
},
get status() { return status;
}
}; return service;
}export const Machine = createMachine;复制代码
// util.jsexport function toArray(item) { return item === undefined ? [] : [].concat(item); }export function isString(o) { return typeof o === 'string'; }export function isFunction(o) { return typeof o === 'function'; }export function toActionObject(action, actionMap = {}) { action = isString(action) && actionMap[action] ? actionMap[action] : action; if (isString(action)) { return { type: action }; } else if (isFunction(action)) { return { type: action.name, exec: action } } else { return action; } }export function toEventObject(event) { return isString(event) ? { type: event } : event; }export function toTransitionObject(transition) { return isString(transition) ? { target: transition } : transition; }复制代码