状态机

什么是状态机

有限状态机

状态机也叫有限状态机(FSM)，是一个计算的数学模型。
状态个数有限，在一个时刻，系统处于一种状态。收到触发事件之后，系统可能会做出动作或者转移状态。

状态机核心元素：
现态：是指当前所处的状态。
条件：又称为事件。当一个条件被满足，可能将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。
动作：条件满足后执行的动作行为。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。
次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。

状态机特征：

• 状态总数（state）是有限的。
• 任一时刻，只处在一种状态之中。
• 某种条件下，会从一种状态转变（transition）到另一种状态。

状态机可以对状态增加进入动作(entry action)或退出动作（exit action）

常见表方式

方式一:

事件	当前状态	次状态	动作
E1	S1	Si	Ax
E2	S1	Sj	Ay
...	...	...	...
En	S1	Sk	Az
E1	S2	Si'	Ax'
E2	S2	Sj'	Ay'
...	...	...	...
En	S2	Sk'	Az'
...	...	...	...
E1	Sm	Si''	Ax''
E2	Sm	Sj''	Ay''
...	...	...	...
En	Sm	Sk''	Az''

方式二:

	E1	E2	...	En
S1	Sj/Ax	Sj/Ay	...	Sk/Az
S2	Si'/Ax'	Sj'/Ay'	...	Sk'/Az'
...	...	...	...
Sm	Si''/Ax''	Sj''/Ay''	...	Sk''/Az''

方式三:

	S1	S2	...	Sm
S1	Ei/Ax	-	...	-
S2	-	-	...	Ej/Ay
...	...	...	...	...
Sm	-	Ek/Az	...	-

UML状态机

为了解决状态机的状态爆炸(state and transition explosion)问题，UML对传统状态机进行了扩展。
UML状态机相对于传统状态机的最重要创新是引入了层次嵌套状态，以此UML状态机也叫层次状态机(HSM)。
实质就是消除重复。

比如传统状态机可能出现在不同状态下，相同事件下，动作是一样的。类似面向对象中的继承，相同的动作可以被抽象到父状态(superstate)。

传统状态机

如上图的传统状态机中，计算器可以从任何状态跳转到OFF状态，也就是说都要执行相同的状态转移动作。

层次状态机

而在层次状态机中，定义一个新状态ON，operand1，operand2，opEntered和result状态都是ON的子状态(substate)。当用户按下OFF键的时候，子状态发现不能处理，就把事件给到父状态去处理。

状态转移

在UML状态机中执行状态转移规则如下：

1. 执行guard运算，如果为true继续下面步骤
2. 执行退出动作
3. 执行转移关联动作
4. 执行进入动作

如：S11 转移到T111

image

执行顺序为：xS11 -> t1 -> xS1 -> t2 -> eT1 -> eT11 -> t3 -> eT111

事件延迟处理

一个状态可以指定一组可以在该状态中推迟的事件类型。 这意味着那些事件的发生只要该状态仍处于活动状态，就不会调度这些类型。传统状态机对于当前状态不能处理事件往往丢弃。在层次状态机中，事件可以被父状态处理，但是都不能处理的时候也会选择丢弃。通过增加事件延迟处理功能，加强了事件处理的灵活性。

REF

https://www.jianshu.com/p/20d7f7c37b03
https://www.jianshu.com/p/3bd1db91a4bf
https://en.wikipedia.org/wiki/UML_state_machine#Hierarchically_nested_states