前端：从状态管理到有限状态机的思考

 1. 状态管理

在我们前端开发中，一定会接触现在最热门的几大框架(Vue, React等等)，在使用框架的过程中，我们一定会接触某些状态管理工具。

Vue我们会使用Vuex来管理全局状态， React会使用Redux来管理。

首先是不是，在问为什么？

在使用类似Vue,React框架时，我们一定会使用状态管理吗？这个答案是肯定的。或许我不会主动去使用Vuex, Redux，但我们编写每一个组件的时候就已经在管理状态，Vuex, Redux只是更方便我们进行全局的状态管理。

为什么一定会使用状态管理？这是因为现代前端框架使用数据驱动视图的形式来描述页面。比如，Vue、 React组件会有一个自己内部，外部的状态来共同决定组件的如何显示的，用户与组件交互导致数据变更，进而改变视图。

框架	内部状态	外部状态
Vue	data	props
React	state, useState	props

所以我们所写大部分业务逻辑，是在管理状态，框架会帮我们状态映射成视图，这可以说是很经典的MVVM模式。

View = ViewModel(Model); 
// 视图 =  状态 + 管理 
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2. 有限状态机：计算机中一种用来进行对象行为建模的工具

其作用主要是描述对象在它的生命周期内所经历的状态序列，以及如何响应来自外界的各种事件。

我们来理解一下上面这段话。

• 一种对象行为建模工具

  我们用来描述对象行为，状态随着时间转变过渡行为的工具。可以模拟世界上大部分事物。

• 生命周期

  我们通过抽象对象所经历的状态序列，来确定对象一系列可能的生命周期和转变。

• 响应外界事件

  外界事件能够影响对象内部状态。对象能够对外部事件作出响应。

状态机有基本几个要素：

1. 当前所处状态

   在各个时刻只处于一种状态

2. 状态转移函数

   在某种条件下，会从一种状态转移到另外一种状态。

3. 有限状态序列

   拥有有限，可枚举的状态数

 

 

 

 上面这张图所描述的状态机，我们使用js对象来进行描述

const stateTool = { 
  // 当前状态 
  currentState: '1', 
   
  // 状态转变函数 
  transition: (event) => { 
  switch(event.type) { 
      case '1': { 
        this.currentState = event.status; 
        doSomething1(); 
        break; 
      } 
      case '2': { 
        this.currentState = event.status; 
        doSomething2(); 
        break; 
      } 
      case '3': { 
        this.currentState = event.status; 
        doSomething3(); 
        break; 
      } 
      default:  
        console.log('Invalid State!'); 
        break; 
    } 
  } 
} 
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使用有限自动机是一种状态管理的思考方式，我们可以列举组件状态列表，设计触发状态函数。通过外部或内部交互行为，触发函数改变状态，根据状态改变视图

3. Flux思想

Flux是什么？Flux是一个Facebook开发的、利用单向数据流实现的应用架构

简单说，Flux 是一种架构思想，专门解决软件的结构问题。可以说他是有限状态机的另外一种形式。

一个Flux管理分为4个状态：

• View：视图层

• Action（动作）：视图层触发的动作 or 行为

• Dispatcher（派发器）：收集触发行为，进行统一管理，统一分发给store层。

• Store（数据层）：用来存放应用的状态，根据dispatcher触发行为，就提醒Views要更新页面

 

 

 

 

 

要是同学了解flux的的工作流程，那么很容易就发现这是一种工程化的状态机。

 

• 初始状态

我们通过store 存放的是初始化状态，这种初始化状态数据可以页面初始化时设定 或 页面加载时请求后端接口数据，来初始化store数据。

通过store的初始化数据，来构建初始化的视图层。

• 状态转移事件

根据视图层的行为会触发action,我们通过统一的dispatcher来收集action, dispatcher将行为派发给store。

• 状态转移函数

store通过判断事件的类型 和 payload，来修改内部存储状态。达到状态转移的目的，并统一提醒view层更新页面；

4. 全局到局部的状态管理

既然我们是通过数据状态来管理视图的，那么在设计初期我们就可以从有限的状态转移来思考业务逻辑。通过思考每个状态对应的数据，状态转移函数，我们可以很清晰的罗列出数据更变逻辑。从数据去控制视图也是现代前端所接触到的MVVM模式。

一个大型应用，我们也会使用Vuex 或 Redux来进行一整个应用的管理。

在平时的业务中，我们会遇到一个痛点是：Vuex,Redux是一个全局状态管理，但我们现在需要在局部需要一个局部状态管理变更，只能使用 mutation 或 dispatch 去提交更改。

如果我们频繁的更新状态，那么我们需要为每一个局部模块编写大量dispatch函数来间接修改全局状态。随着应用的扩充，dispatch文件会越来越臃肿。

那么我们是不是可以使用不同的状态管理工具，来实现局部状态的管理。在局部状态更新完之后，再去用局部更新去更新全局呢？

注：但这也会有一个缺点，局部管理相对独立。有些高度复用的提交函数需要放在全局状态管理上

a. 框架原生组件状态管理

React Hooks + React.createContext

React Hooks提供了useReducer + useContext + Context 可以实现一个小型的状态管理

// 以下代码就实现了一个能够穿透组件的状态管理 
import React, { useReducer, useContext } from 'react'; 
 
const reducer = (state = 0, { type, ...payload }) => { 
  switch (type) { 
    case 'add': 
      return state + 1; 
    case 'desc': 
      return state - 1; 
    default: 
      return state; 
  } 
} 
 
const Context = React.createContext(); 
const Parent = () => { 
  const [state, dispatch] = useReducer(reducer, 0); 
  return ( 
    <> 
      <Context.Provider value={{ state, dispatch }}> 
        <Son /> 
      </Context.Provider> 
    </> 
  ) 
} 
 
function Son() { 
  return <Counter /> 
} 
 
function Counter() { 
  const { state, dispatch } = useContext(Context); 
  return ( 
    <div> 
      <button onClick={() => dispatch({ type: 'desc' })}>-</button> 
      {state} 
      <button onClick={() => dispatch({ type: 'add' })}>+</button> 
    </div> 
  ) 
} 
export default Parent; 
复制代码 

Vue响应式数据 + vue.Provide/inject

使用vue响应式系统 + provide/inject API来实现一个具有穿透性的局部状态管理

// Parent.vue 
<template> 
  <Son /> 
</template> 
 
<script setup> 
import { provide, reactive, readonly } from "vue"; 
import Son from "./Son.vue"; 
const data = reactive({ 
  count: 0, 
}); 
const onAdd = () => { 
  data.count++; 
}; 
const onDesc = () => { 
  data.count--; 
}; 
provide("store", { 
  data: readonly(data), // 只读属性 
  onAdd, // 修改函数add 
  onDesc, // 修改函数desc 
}); 
</script> 
 
复制代码 

// Son.vue 
<template> 
  <Counter /> 
</template> 
 
<script setup> 
import Counter from "./Counter.vue"; 
</script> 
复制代码 

// Counter.vue 
<template> 
  <div> 
    <button @click="store.onDesc">-</button> 
    {{ store.data.count }} 
    <button @click="store.onAdd">+</button> 
  </div> 
</template> 
 
<script setup> 
import { inject } from "vue"; 
const store = inject("store", {}); // 穿透读取store 
</script> 
复制代码 

b. 线性状态管理：Xstate

 

 

Xstate是一个很有趣的类似有限状态机的状态管理， Xstate 着重点在于 管理状态 ，通过 状态转换去维护数据 。

我们来定义一个简单的promise状态机，使用官方提供的工具进行可视化 

 

 

 

import { Machine } from 'xstate'; 
 
// 创建状态机 
const promiseMachine = Machine({ 
  id: 'promise', // 唯一id 
  initial: 'pending', // 初始化状态 
  states: { // 状态集合 
    pending: { 
      on: { 
        RESOLVE: 'resolved', 
        REJECT: 'rejected', 
   } 
    }, 
    resolved: { 
      type: 'final', 
    }, 
    rejected: { 
      type: 'final' 
    } 
  } 
}) 
复制代码 

注意:warning::状态机不拥有状态，他只是定义状态和定义状态转移

Xstate有提供函数来实现状态机服务，实现拥有状态的实体

import { interpret } from 'xstate' 
const promiseService = interpret(promiseMachine).onTransition(state =>  
  console.log(state.value) 
) // 创建服务，指定状态转移时回调函数 
promiseService.start() // 启动服务 
promiseService.send('RESOLVE'); // 通知服务转移状态，并执行回调函数 
复制代码 

这样子我们就实现了一个简单的Promise状态机。他有很多应用，可以结合Vue,结合React进行使用。更加深入的内容就需要到官方文档中自行探索了！

就我个人的看法，状态机思想非常适合状态转移相对线形的场景，在某些状态多循环的场景转移会相对复杂些

c. 可响应式的状态管理器：Mobx

mobx是一种响应式的状态管理，他所提倡的是拆分store做数据管理。这就很适合做局部的状态管理，根据局部状态管理来更新全局状态。

相同的，我们举个例子

import { action, autorun, observable } from 'mobx' 
import { observer } from 'mobx-react' 
import React from 'react' 
 
const appStore = observable({ // 建立store 
  count: 0, 
  age: 18, 
}) 
 
// autorun 只会观察依赖的相关数据 
// 使用当appStore.age更新时，才会触发该函数 
autorun(() => { 
  // doSomething(); 
  console.log('autorun', appStore.age); 
}) 
 
const Counter = observer(() => { 
  const { count } = appStore; 
  const onAdd = action(() => { // 使用action更新store数据 
    appStore.count++; 
  }) 
  const onDesc = action(() => { 
    appStore.count--; 
  }) 
  return ( 
    <div> 
      <button onClick={onDesc}>-</button> 
      {count} 
      <button onClick={onAdd}>+</button> 
    </div> 
  ) 
}) 
 
export default Counter; 
复制代码 

5. 总结

现在前端主流使用数据驱动视图的形式，来实现业务。希望给大家带来两点启发

1. 用有限状态机去思考某些线性状态场景的数据管理。

2. 在之前的业务开发的时候，就会出现一个痛点，应用全局状态管理非常臃肿。

   在不断功能迭代的过程中，需要做不同的状态管理，虽然都是对同一份数据进行维护，但维护的方式不同，进行一次状态更新就需要编写一个不同的dispatch函数。随着业务需求的增加，dispatch函数越来越多，难以管理和复用。

   思考如何解决这个问题的时，偶然看到了有限状态机相关文章，思考到应用的功能模块在某一个时刻是相互独立的，我们在局部将数据进行更新，之后用一个全局函数对数据进行统一替换。

注：本文为探索性质，使用原生组件进行局部管理不需要引入依赖。但使用第三方工具造成包体积大小的增加，是否会增加性能消耗有待讨论