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深度剖析C#中Stateless 状态机

作者：极客智造

Stateless状态机库提供了一种优雅且强大的方式来管理复杂的状态逻辑,通过声明式的方式定义状态、触发事件和状态转换规则,本文主要介绍了C#中Stateless 状态机,感兴趣的可以了解一下

一、引言

在软件开发中，状态管理是一个常见且复杂的问题。随着系统功能的不断增加，状态之间的转换逻辑变得错综复杂，传统的编程方式往往难以清晰地表达和管理这些状态。Stateless 状态机库为解决这一问题提供了一种优雅而强大的解决方案。它允许开发者以声明式的方式定义状态、状态转换规则以及在状态转换过程中执行的动作，从而使代码结构更加清晰、易于维护和扩展。

二、基本概念

2.1 状态（State）

状态是状态机的基本元素，代表系统在某个特定时刻的情况。例如，在一个订单处理系统中，订单可能有 “待支付”、“已支付”、“已发货”、“已完成” 等状态。在 Stateless 中，状态通常用枚举类型来表示。

public enum OrderState
{
    PendingPayment,
    Paid,
    Shipped,
    Completed
}

2.2 触发事件（Trigger）

触发事件是导致状态转换的条件。当某个触发事件发生时，状态机根据预设的规则从一个状态转换到另一个状态。同样，触发事件也可以用枚举类型表示。

public enum OrderTrigger
{
    Pay,
    Ship,
    ConfirmDelivery
}

2.3 状态转换（Transition）

状态转换定义了在什么条件下，状态机可以从一个状态转换到另一个状态。Stateless 允许我们通过配置状态机来定义这些转换规则。

三、核心 API 详解

3.1StateMachine<TState, TTrigger>类

这是 Stateless 的核心类，用于创建和管理状态机。TState 是状态的类型，TTrigger 是触发事件的类型。

var orderStateMachine = new StateMachine<OrderState, OrderTrigger>(OrderState.PendingPayment);

3.2Configure(TState state)方法

该方法用于配置某个状态的转换规则和相关动作。通过链式调用其他方法，我们可以定义状态的进入动作、离开动作、允许的转换等。

orderStateMachine.Configure(OrderState.PendingPayment)
    .Permit(OrderTrigger.Pay, OrderState.Paid)
    .OnEntry(() => Console.WriteLine("订单进入待支付状态"))
    .OnExit(() => Console.WriteLine("订单离开待支付状态"));

3.3Permit(TTrigger trigger, TState destinationState)方法

Permit 方法定义了在当前状态下，当某个触发事件发生时，状态机可以转换到指定的目标状态。

orderStateMachine.Configure(OrderState.Paid)
    .Permit(OrderTrigger.Ship, OrderState.Shipped);

3.4PermitIf(TTrigger trigger, TState destinationState, Func<bool> condition)方法

PermitIf 方法与 Permit 类似，但它增加了一个条件判断。只有当条件 condition 返回 true 时，状态机才会在触发事件发生时进行状态转换。

orderStateMachine.Configure(OrderState.PendingPayment)
    .PermitIf(OrderTrigger.Pay, OrderState.Paid, () => CheckPaymentValidity());

3.5PermitReentry(TTrigger trigger)方法

PermitReentry 方法允许状态机在接收到指定触发事件时，重新进入当前状态。这在某些情况下非常有用，例如系统需要重新处理某个状态下的任务。

orderStateMachine.Configure(OrderState.Shipped)
    .PermitReentry(OrderTrigger.Ship);

3.6Ignore(TTrigger trigger)方法

Ignore 方法用于忽略某个触发事件，即当该事件发生时，状态机不会发生状态转换。

orderStateMachine.Configure(OrderState.Completed)
    .Ignore(OrderTrigger.Pay);

3.7OnEntry(Action action)和OnExit(Action action)方法

OnEntry 方法定义了状态机进入某个状态时要执行的动作，OnExit 方法定义了离开某个状态时要执行的动作。

orderStateMachine.Configure(OrderState.Shipped)
    .OnEntry(() => Console.WriteLine("订单已发货"))
    .OnExit(() => Console.WriteLine("订单准备完成"));

3.8Fire(TTrigger trigger)方法

Fire 方法用于触发一个事件，使状态机根据预设的规则进行状态转换。

orderStateMachine.Fire(OrderTrigger.Pay);

3.9CanFire(TTrigger trigger)方法

CanFire 方法用于检查在当前状态下，是否可以触发某个事件。

if (orderStateMachine.CanFire(OrderTrigger.Ship))
{
    orderStateMachine.Fire(OrderTrigger.Ship);
}

3.10IsInState(TState state)方法

IsInState 方法用于检查状态机当前是否处于指定的状态。

if (orderStateMachine.IsInState(OrderState.Paid))
{
    Console.WriteLine("订单已支付");
}

3.11GetPossibleTriggers()方法

GetPossibleTriggers 方法返回在当前状态下，所有可以触发的事件。

var possibleTriggers = orderStateMachine.GetPossibleTriggers();
foreach (var trigger in possibleTriggers)
{
    Console.WriteLine($"当前可触发事件: {trigger}");
}

四、高级特性

4.1 状态参数传递

在某些情况下，我们可能需要在状态转换过程中传递一些参数。Stateless 支持通过 TriggerWithParameters 方法来实现这一点。

// 定义带参数的触发事件
var payTrigger = orderStateMachine.SetTriggerParameters<decimal>(OrderTrigger.Pay);
 
// 触发带参数的事件
orderStateMachine.Fire(payTrigger, 100.0m);
 
// 在状态配置中处理参数
orderStateMachine.Configure(OrderState.PendingPayment)
    .OnEntryFrom(payTrigger, amount => Console.WriteLine($"支付金额: {amount}"))
    .Permit(OrderTrigger.Pay, OrderState.Paid);

4.2 层次化状态机

Stateless 支持创建层次化的状态机，即一个状态可以包含子状态。这种结构可以帮助我们更好地组织和管理复杂的状态逻辑。

// 定义父状态和子状态
public enum ParentState
{
    StateA,
    StateB
}
 
public enum ChildState
{
    SubState1,
    SubState2
}
 
// 创建父状态机
var parentStateMachine = new StateMachine<ParentState, OrderTrigger>(ParentState.StateA);
 
// 创建子状态机
var childStateMachine = new StateMachine<ChildState, OrderTrigger>(ChildState.SubState1);
 
// 配置父状态机和子状态机的关系
parentStateMachine.Configure(ParentState.StateA)
    .OnEntry(() => childStateMachine.Fire(OrderTrigger.Pay));

4.3 状态机扩展

Stateless 允许我们通过扩展方法来增强状态机的功能。例如，我们可以创建一个扩展方法来记录状态转换的日志。

public static class StateMachineExtensions
{
    public static void LogTransitions<TState, TTrigger>(this StateMachine<TState, TTrigger> stateMachine)
    {
        stateMachine.OnTransitioned(transition =>
        {
            Console.WriteLine($"状态转换: {transition.Source} -> {transition.Destination}");
        });
    }
}
 
// 使用扩展方法
orderStateMachine.LogTransitions();

五、应用场景

5.1 订单处理系统

如前文所述，订单处理系统是状态机的典型应用场景。通过 Stateless，我们可以清晰地定义订单在不同阶段的状态转换规则，确保业务逻辑的正确性。

5.2 游戏开发

在游戏开发中，角色的状态管理是一个重要的任务。例如，角色可能有 “站立”、“行走”、“奔跑”、“攻击”、“受伤” 等状态。使用 Stateless 可以方便地管理角色状态的转换，使游戏逻辑更加清晰。

5.3 工作流引擎

工作流引擎通常涉及到多个任务的流转和状态变化。Stateless 可以帮助我们构建灵活的工作流状态机，实现任务的自动分配和处理。

六、总结

Stateless 状态机库为开发者提供了一种强大而灵活的方式来管理复杂的状态逻辑。通过其丰富的 API 和高级特性，我们可以轻松地定义状态、触发事件和状态转换规则，实现状态参数传递、层次化状态机和状态机扩展等功能。无论是在小型项目还是大型企业级应用中，Stateless 都能发挥出巨大的作用。作为开发者，掌握 Stateless 状态机的使用，将有助于提高代码的质量和可维护性，提升开发效率。

到此这篇关于深度剖析C#中Stateless 状态机的文章就介绍到这了,更多相关C# Stateless 状态机内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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