erlang四大behaviour之二-gen_fsm

今天介绍erlang的一个非常重要的behaviour，就是gen_fsm-有限状态机，有限状态机的作用非常之多，比如文本解析，模式匹配、游戏逻辑等等方面的处理都是它的强项，所以这个behaviour非常之重要

1. 有限状态机

有限状态机可以用下面这个公式来表达

State(S) x Event(E) -> Actions(A), State(S')

表示的就是在S状态时如果有事件E发生，那么执行动作A后把状态调整到S’。理解很好理解，如果能够熟练应用必须得下苦功，多练习。

2. 一个例子

erlang手册中用这个例子来解释的：开锁问题，有一个密码锁的门，它就可以看作一个状态机，初始状态门是锁着的，任何时候有人按一个密码键就会产生一个事件，这个键值和前面的按键组合后与密码相比较，看是否正确，如果输入的密码顺序是对的，那么将门打开30秒，如果输入密码不完全，则等待下次按钮按下，如果输入密码顺序是错的，则重新开始等待按键按下。

-module(code_lock).
-behaviour(gen_fsm).
-export([start_link/1]).
-export([button/1]).
-export([init/1, locked/2, open/2]).
start_link(Code) ->
    gen_fsm:start_link({local, code_lock}, code_lock, Code, []).
button(Digit) ->
    gen_fsm:send_event(code_lock, {button, Digit}).
init(Code) ->
    {ok, locked, {[], Code}}.
locked({button, Digit}, {SoFar, Code}) ->
    case [Digit|SoFar] of
        Code ->
            do_unlock(),
            {next_state, open, {[], Code}, 3000};
        Incomplete when length(Incomplete)<length(Code) ->
            {next_state, locked, {Incomplete, Code}};
        _Wrong ->
            {next_state, locked, {[], Code}}
    end.
open(timeout, State) ->
    do_lock(),
    {next_state, locked, State}.

这些代码下面解释

3. 启动状态机

在上一节提到的例子里，我们使用code_lock:start_link(Code)启动gen_fsm

start_link(Code) ->
    gen_fsm:start_link({local, code_lock}, code_lock, Code, []).

start_link调用gen_fsm:start_link/4，启动一个新的gen_fsm进程并连接。
1）第一个参数{local, code_lock}指定名字，在本地注册为code_lock
2）第二个参数code_lock是回调模块
3）第三个参数Code是传递给回调模块init函数的参数，就是密码锁的密码
4）第四个[]是状态机的选项
如果进程注册成功，则新的gen_fsm进程调用code_lock:init(Code)，返回{ok, StateName, StateData}。StateName是gen_fsm的初始状态，在这里返回的是locked，表示初始状态下门是锁着的，StateData是gen_fsm的内部状态，在这里Statedata是当前的按键顺序（初始时为空）和正确的锁代码，是个列表

init(Code) ->
    {ok, locked, {[], Code}}.

 

注意gen_fsm:start_link是同步的，直到gen_fsm进程初始化并准备好开始接受请求时才会返回。加入gen_fsm是监控树的一部分，那么gen_fsm:start_link必须被使用，也就是被一个监控者调用，gen_fsm:start则是启动单独的gen_fsm进程，也就是gen_fsm不是监控树的一部分

4. 事件通知

使用gen_fsm:send_event/2来实现按建事件的通知

button(Digit) ->
    gen_fsm:send_event(code_lock, {button, Digit}).

code_lock是gen_fsm的名字，且必须用这个名字启动进程，{button, Digit}是发送的事件，事件是作为消息发送给gen_fsm的，当事件被接收到，gen_fsm就调用StateName(Event, StateData)，它的返回值应该是{next_state, StateName1, StateData1}。StateName是当前状态名称，而StateName1是将转换到的下一状态名称，StateData1是StateData的新值

locked({button, Digit}, {SoFar, Code}) ->
    case [Digit|SoFar] of
        Code ->
            do_unlock(),
            {next_state, open, {[], Code}, 30000};
        Incomplete when length(Incomplete)<length(Code) ->
            {next_state, locked, {Incomplete, Code}};
        _Wrong ->
            {next_state, locked, {[], Code}};
    end.
open(timeout, State) ->
    do_lock(),
    {next_state, locked, State}.

假如门是锁着的且按了一个按键，完整的按键序列和密码相比较，根据比较结果来决定门是打开（状态切到open）还是保持locked状态。

5 超时

假如输入的密码正确，门被打开，locked/2函数返回下面的序列

{next_state, open, {[], Code}, 30000};

30000表示超时30000毫秒，在30秒后，超时发生，调用StateName(timeout, StateData) ，门又重新锁上

open(timeout, State) ->
    do_lock(),
    {next_state, locked, State}.

 

6. 所有状态事件

有时候一个事件可以到达gen_fsm进程的任何状态，取代用gen_fsm:send_event/2发送消息和写一段每个状态函数处理事件的代码，这个消息我们可以用gen_fsm:send_all_state_event/2 发送，用Module:handle_event/3处理

-module(code_lock).
...
-export([stop/0]).
...
stop() ->
    gen_fsm:send_all_state_event(code_lock, stop).
...
handle_event(stop, _StateName, StateData) ->
    {stop, normal, StateData}.

 

7. 停止

假如gen_fsm是监控树的一部分，则不需要停止方法，gen_fsm会自动被监控者停止。如果需要在结束前清理数据，那么shutdown strategy必须为一个timeout，并且必须在gen_fsm的init方法里设置捕获exit信号，然后gen_fsm进程会调用callback方法terminate(shutdown, StateName, StateData)

init(Args) ->
    ...,
    process_flag(trap_exit, true),
    ...,
    {ok, StateName, StateData}.
...
terminate(shutdown, StateName, StateData) ->
    ..code for cleaning up here..
    ok.

 

8. 独立gen_fsm进程

加入gen_fsm不是监控树的一部分，stop函数可能有用，如:

...
-export([stop/0]).
...
stop() ->
    gen_fsm:send_all_state_event(code_lock, stop).
...
handle_event(stop, _StateName, StateData) ->
    {stop, normal, StateData}.
...
terminate(normal, _StateName, _StateData) ->
    ok.

 回调函数处理stop事件并返回{stop, normal, StateData1}，normal表示正常停止，StateData1为gen_fsm的新的StateData值，这将导致gen_fsm调用terminate(normal, StateName, StateData1)然后自然的停止

 9. 处理其他信息

收到的其他消息由handle_info(Info, StateName, StateData)处理，其他消息的一个例子就是exit消息，假如gen_fsm进程与其他进程link了并且trace了信号，就要处理exit消息

handle_info({'EXIT', Pid, Reason}, StateName, StateData) ->
    ..code to handle exits here..
    {next_state, StateName1, StateData1}.

 补充：gen_fsm exports and callbacks 

gen_fsm module                          Callback module 
gen_fsm:start_link -------------------> Module:init/1 
gen_fsm:start 
gen_fsm:send_event -------------------> Module:StateName/2 
gen_fsm:send_all_state_event ---------> Module:handle_event/3 
gen_fsm:sync_send_event --------------> Module:StateName/3 
gen_fsm:sync_send_all_state_event ----> Module:handle_sync_event/4 
gen_fsm:reply 
gen_fsm:send_event_after 
gen_fsm:start_timer 
gen_fsm:cancel_timer 
gen_fsm:enter_loop 
                                        Module:handle_info/3 
                                        Module:terminate/3 
                                        Module:code_change/4

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