JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript`的`State Machine`：其在状态管理中的应用。

嘿，各位靓仔靓女，晚上好啊！今天咱来聊点儿刺激的，啊不，是烧脑的——JavaScript 的状态机！别怕，听起来高大上，其实就是个纸老虎。保证各位听完，腰不酸了，腿不疼了，一口气能写十个 Bug…呃，是十个状态机！

状态机是啥玩意儿？

想象一下，你正在玩一个超级玛丽的游戏。玛丽有几个状态：站立、跳跃、行走、死亡。当按下“跳跃”键，玛丽就从“站立”状态切换到“跳跃”状态。这就是一个简单的状态机。

简单来说，状态机就是描述一个事物在不同条件下，如何从一种状态转换到另一种状态的模型。 它包含以下几个核心要素：

• 状态 (State): 事物可能处于的不同情况。比如上面例子中的“站立”、“跳跃”。
• 事件 (Event): 触发状态转换的动作。比如“按下跳跃键”。
• 转换 (Transition): 从一个状态到另一个状态的改变。
• 动作 (Action): 状态转换时执行的副作用，比如播放跳跃动画。

JavaScript 中的状态机：为什么要用它？

你可能会说，用 if-else 或者 switch 也能实现状态切换啊，干嘛要用状态机这么麻烦的东西？ 问得好！

• 代码可读性更高： 状态机将状态逻辑和转换规则集中管理，让代码结构更清晰，易于理解和维护。想想看，几十个 if-else 嵌套在一起，谁看了不头大？
• 减少 Bug： 状态机可以帮助你明确定义所有可能的状态和转换，减少遗漏或错误的判断，从而降低 Bug 产生的概率。
• 更容易扩展： 当需要添加新的状态或转换时，状态机可以让你更容易地进行扩展，而不需要修改大量的代码。
• 更容易测试： 状态机可以让你更容易地编写单元测试，验证状态转换的正确性。

状态机在状态管理中的应用

现在，让我们看看状态机在前端状态管理中的一些实际应用。

1. UI 组件的状态管理： 比如一个按钮，它可以有 disabled、enabled、loading 等状态。 使用状态机，可以清晰地定义这些状态之间的转换规则。

2. 表单验证： 表单的不同字段可能处于 validating、valid、invalid 等状态。 状态机可以帮助你管理这些状态，并根据用户的输入触发相应的验证逻辑。

3. 异步请求： 一个异步请求可能经历 idle、pending、success、failure 等状态。 状态机可以帮助你管理这些状态，并在不同的状态下显示不同的 UI。

手撸一个简单的状态机

理论讲了一堆，不如直接上手撸一个。 我们先来实现一个简单的状态机，用于管理一个灯泡的状态：on 和 off。

class StateMachine {
  constructor(initialState, transitions) {
    this.state = initialState;
    this.transitions = transitions;
  }

  transition(event) {
    if (this.transitions[this.state] && this.transitions[this.state][event]) {
      const nextState = this.transitions[this.state][event];
      this.state = nextState;
      console.log(`状态转换：${event} -> ${this.state}`); // 打印状态转换信息
      return this.state;
    } else {
      console.warn(`无效的转换：${this.state} -> ${event}`);
      return null;
    }
  }

  getState() {
    return this.state;
  }
}

// 定义状态和转换规则
const lightTransitions = {
  off: {
    turnOn: 'on',
  },
  on: {
    turnOff: 'off',
  },
};

// 创建状态机实例
const lightMachine = new StateMachine('off', lightTransitions);

// 测试状态转换
console.log(`当前状态：${lightMachine.getState()}`); // 输出：当前状态：off
lightMachine.transition('turnOn'); // 输出：状态转换：turnOn -> on
console.log(`当前状态：${lightMachine.getState()}`); // 输出：当前状态：on
lightMachine.transition('turnOff'); // 输出：状态转换：turnOff -> off
console.log(`当前状态：${lightMachine.getState()}`); // 输出：当前状态：off
lightMachine.transition('break'); // 输出：无效的转换：off -> break

这段代码定义了一个 StateMachine 类，它接受一个初始状态和一个转换规则对象作为参数。transition 方法用于触发状态转换，getState 方法用于获取当前状态。

lightTransitions 对象定义了灯泡的状态转换规则。例如，当灯泡处于 off 状态时，如果触发 turnOn 事件，则状态转换为 on。

使用 xstate 库

虽然我们可以手撸状态机，但是对于复杂的应用，使用现成的状态机库会更加方便。 xstate 是一个非常流行的 JavaScript 状态机库，它提供了更强大的功能和更灵活的配置。

首先，安装 xstate：

npm install xstate

然后，我们可以使用 xstate 来实现灯泡状态机：

import { createMachine, assign } from 'xstate';

// 定义状态机
const lightMachine = createMachine({
  id: 'light',
  initial: 'off',
  states: {
    off: {
      on: {
        TURN_ON: 'on',
      },
    },
    on: {
      on: {
        TURN_OFF: 'off',
      },
      entry: () => console.log('灯亮了！'), // 进入 on 状态时执行的动作
      exit: () => console.log('灯灭了！'), // 离开 on 状态时执行的动作
    },
  },
});

// 导入服务
import { interpret } from 'xstate';

// 创建服务
const lightService = interpret(lightMachine)
  .onTransition((state) => console.log(state.value))
  .start();

// 发送事件
lightService.send('TURN_ON'); // 输出：on
lightService.send('TURN_OFF'); // 输出：off

createMachine 函数用于创建状态机。 id 属性用于指定状态机的 ID，initial 属性用于指定初始状态，states 属性用于定义状态和转换规则。

on 属性用于定义事件和状态的转换关系。例如，当灯泡处于 off 状态时，如果接收到 TURN_ON 事件，则状态转换为 on。

entry 和 exit 属性用于定义进入和离开状态时执行的动作。

interpret 函数用于创建一个状态机服务，可以驱动状态转换。 send 方法用于发送事件，触发状态转换。

更高级的用法

xstate 还提供了许多高级功能，例如：

• Context (上下文): 用于存储状态机的数据。
• Guards (守卫): 用于根据上下文的值来决定是否进行状态转换。
• Actions (动作): 用于在状态转换时执行副作用，例如更新上下文、发送网络请求等。
• Activities (活动): 用于在状态处于某个状态时持续执行的任务，例如轮询服务器、播放动画等。
• Parallel States (并行状态): 允许状态机同时处于多个状态。
• Hierarchical States (分层状态): 允许状态机拥有嵌套的状态。

下面是一个使用 context 和 actions 的例子，用于管理一个计数器的状态：

import { createMachine, assign } from 'xstate';

const counterMachine = createMachine({
  id: 'counter',
  initial: 'idle',
  context: {
    count: 0,
  },
  states: {
    idle: {
      on: {
        INCREMENT: {
          target: 'idle',
          actions: assign({
            count: (context) => context.count + 1,
          }),
        },
        DECREMENT: {
          target: 'idle',
          actions: assign({
            count: (context) => context.count - 1,
          }),
        },
      },
    },
  },
});

const counterService = interpret(counterMachine)
  .onTransition((state) => console.log(`Count: ${state.context.count}`))
  .start();

counterService.send('INCREMENT'); // 输出：Count: 1
counterService.send('INCREMENT'); // 输出：Count: 2
counterService.send('DECREMENT'); // 输出：Count: 1

在这个例子中，context 用于存储计数器的值。 INCREMENT 和 DECREMENT 事件分别用于增加和减少计数器的值。 assign 函数用于更新 context 的值。

状态机的可视化

xstate 还可以与可视化工具集成，例如 xstate-viz，它可以让你以图形化的方式查看状态机的状态和转换规则。 这对于理解和调试复杂的状态机非常有帮助。

状态机 VS 其他状态管理方案

你可能会想，React 还有 Redux、Vue 还有 Vuex，这些状态管理方案也很流行，状态机和它们有什么区别？

特性	状态机	Redux/Vuex
核心概念	状态、事件、转换	单一状态树、Action、Reducer
状态转换方式	基于事件触发的显式状态转换	通过 Action 触发 Reducer 更新状态树
适用场景	复杂的状态逻辑和状态转换场景	全局状态管理，组件间数据共享
优点	清晰的状态定义，易于理解和维护，减少 Bug	集中管理状态，方便调试，适合大型应用
缺点	学习曲线较陡峭，代码量可能稍多	需要编写大量的 Action 和 Reducer，容易冗余

简单来说，Redux/Vuex 更适合管理全局状态，而状态机更适合管理单个组件或模块的复杂状态逻辑。 它们可以结合使用，例如使用 Redux/Vuex 管理全局状态，使用状态机管理组件的内部状态。

总结

状态机是一种强大的工具，可以帮助你更好地管理状态和状态转换。 虽然学习曲线可能稍陡峭，但是一旦掌握了它，你就会发现它能大大提高你的代码质量和开发效率。

记住，状态机不是银弹，不要滥用它。 只有在需要管理复杂的状态逻辑时，才应该考虑使用状态机。

好了，今天的讲座就到这里。 希望各位能够从中学到一些东西，并在实际项目中尝试使用状态机。 祝大家早日成为状态机大师！ 拜拜！