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基于有限状态机的交互组件设计与实现

作者：admin 发布于：2012-10-12 11:05:00

有限状态机（FSM）（维基百科）是设计和实现事件驱动程序内复杂行为组织原则的有力工具。

早在 2007 年，IBM 的工程师就提出在在 JavaScript 中使用有限状态机来实现组件的方法，原文地址如下：

《JavaScript 中的有限状态机》

现在结合 KISSY 等现代 JS 库和框架提供的强大的自定义事件的功能，我们可以利用有限状态机设计出代码层次清晰，结构优雅的前端交互组件。

今天，我们会通过设计并实现一个下拉选择（模拟 select）组件来一步步说明如何利用 FSM 和 KISSY 来设计和实现一个有复杂行为的交互组件。

我们的工作会分成三个步骤来进行：

第一步：设计组件状态，用户行为和组件行为

第二步：通过代码来描述设计出来的内容

第三步：实现一个有限状态机让组件工作起来

第一步：设计阶段

首先，我们需要确定组件的状态和状态间的转换关系

通过对组件可能会发生的行为进行研究，我们为组件设计了以下三个状态：

1. 收起状态（fold）:

组件的初始状态，用户可能会进行以下操作：

展开下拉框（unfoldmenu）转移到展开状态（unfold）

2. 展开状态（unfold）:

用户展开下拉框的状态，用户可能会进行以下操作：

收起下拉框（foldmenu）转移到收起状态（fold）

鼠标经过选项（overitem）转移到高亮状态（highlight）

3. 高亮状态（highlight）:

!{](https://gw.alicdn.com/tfs/TB1cD2RQXXXXXaZXVXXXXXXXXXX-242-186.png)

鼠标经过选项时，高亮经过的选项，用户可能会进行以下操作：

收起下拉框（foldmenu）转移到收起状态（fold）

点击选项（clickitem）转移到收起状态（fold）

鼠标经过选项（overitem）转移到高亮状态（highlight）

以上就是这个小组件可能会有的三种状态，用一个状态转换图来表示如下：

在状态描述中包含了触发状态发生转移的动作（事件）

可以很明显的看出这些事件并不是浏览器中原生的事件。

这里，我们使用自定义事件来描述用户的行为，这样我们可以使得用户行为和组件行为的逻辑完全分离，代码将会更容易理解和维护。

定义用户行为：

在这个组件里，我们有以下四种用户行为：

展开下拉框（unfoldmenu）：鼠标点击橙色区域时触发

收起下拉框（foldmenu）：鼠标离开组件区域达到 2 秒，点击橙色区域，点击组件外部区域

点击选项（clickitem）：点击下拉框中的某个选项

鼠标经过选项（overitem）：鼠标经过下拉框中的某个选项
定义组件行为：

在状态转移的过程中，组件本身会有很多动作，如显示下拉框等，我们接下来在上面的状态图中加入转移过程中组件的动作

fold():收起下拉框

unfold():展开下拉框

highlightItem():高亮某个选项

selectItem():选中某个选项，并把值填充到橘黄色区域

第二步：实现阶段（基于 KISSY 实现）

全局变量：S=KISSY, D=S.DOM, E=S.Event

1. 描述状态

跟设计过程一样，我们需要用一个结构来描述状态的转移以及转移过程中的动作

我们在这里使用对象来描述：

fold: {
  unfoldmenu: function(event) {
    _this.unfold();
    return 'unfold';
  }
}

如上面这段代码就描述了在 fold 状态下，可以触发 unfoldmenu 这个用户行为来转移到 unfold 状态，

我们通过函数返回值的形式来通知 FSM 下一步的状态。

这样，我们就可以通过这种形式描述所有的状态，结构如下：

states: {
  // 收起（初始状态）
  fold: {
    unfoldmenu: function(event) {
      _this.unfold();
      return 'unfold';
    }
  },

  // 展开状态
  unfold: {
    foldmenu: function(event) {
      _this.fold();
      return 'fold';
    },
    overitem: function(event) {
      _this.highlightItem(event.currentItem);
      return 'highlight';
    }

  },

  // 高亮状态
  highlight: {
    foldmenu: function(event) {
      _this.fold();
      return 'fold';
    },

    // 选中条目
    clickitem: function(event) {
      _this.selectItem(event.currentItem);
      return 'fold';
    },

    overitem: function(event) {
      _this.highlightItem(event.currentItem);
      return 'highlight';
    }
  }
}

在定义好状态后，我们还需要设定一个初始状态：

initState: 'fold'

2. 描述用户行为

我们使用一个方法来描述用户行为，即驱动 FSM 发生状态转移的事件：

foldmenu: function(fn) {
  var timeout;
  
  E.on(_this.container, 'mouseleave', function(e) {
    if (timeout) clearTimeout(timeout);
    timeout = setTimeout(function() {
      fn();
    }, 1000);
  });
  E.on([_this.container, _this.slideBox], 'mouseenter',
    function(e) {
      if (timeout) clearTimeout(timeout);
    });
  E.on('body', 'click', function(e) {
    var target = e.target;
    if (!D.get(target, _this.container)) {
      if (timeout) clearTimeout(timeout);
      fn();
    }
  });
}

如上面这个代码就定义了 foldmenu 这个用户行为，同时，FSM 会自动将它定义为一个自定义事件，我们通过传入的回调函数 fn 来通知 FSM 触发这个事件的时机。

通过上边的例子可以看出，我们可以将一个很复杂的动作定义为一个用户行为，也可以将几个不同的动作定义为一个用户行为，将用户行为和组件的动作彻底分开。

与状态相同，我们也将所有的用户行为放在一个对象中。

events: {
  unfoldmenu: function(fn) {},
  foldmenu: function(fn) {},
  overitem: function(fn) {},
  clickitem: function(fn) {}
}

3. 描述组件行为

由于组件行为一般都包含对组件本身的一些直接操作，可以作为 API 开放给用户使用，因此我们把描述组件行为的方法放在组件的 prototype 上，这部分代码如下：

S.augment(SlideMenu, S.EventTarget, {
  setText: function() {
    var _this = this;
    var select = _this.select;

    D.html(select, _this.text);
  },
  unfold: function() {
    var _this = this;
    var slideBox = _this.slideBox;

    if (!_this.isFold) return;
    _this.isFold = false;
    D.show(slideBox);
  },
  fold: function() {
    var _this = this;
    var options = _this.options;
    var slideBox = _this.slideBox;

    if (_this.isFold) return;
    D.removeClass(options, 'hover');
    _this.isFold = true;
    D.hide(slideBox);
  },

  highlightItem: function(curItem) {
    var _this = this;
    var options = _this.options;

    D.removeClass(options, 'hover');
    D.addClass(curItem, 'hover');
  },

  selectItem: function(curItem) {
    var _this = this;
    var value = D.attr(curItem, 'data-value');
    var text = D.attr(curItem, 'data-text');

    _this.value = value;
    _this.text = text;
    _this.setText()
    _this.fold();
    _this.fire('select', {
      value: value,
      text: text
    });
  }
});

第三步：实现有限状态机（基于 KISSY 实现）

前面我们定义了组件的状态，用户行为，以及组件本身的动作，
接下来我们来实现一个有限状态机（FSM），让整个组件工作起来。通过上面实现的代码，我们可以看出 FSM 的输入有以下三个：

初始状态

状态描述对象

用户行为描述对象

代码结构如下：

initState: 'fold',
  states: {
    // 收起（初始状态）
    fold: {},
    // 展开状态
    unfold: {},
    // 高亮状态
    highlight: {}
  },

  events: {
    unfoldmenu: function(fn) {},
    foldmenu: function(fn) {},
    overitem: function(fn) {},
    clickitem: function(fn) {}
  }

FSM 需要两个功能：

将用户行为与自定义事件相关联（defineEvents）

在用户行为发生时（即触发自定义事件时），根据状态描述对象来转移状态（handleEvents）

代码如下：

functionFSM(config) {
  this.config = config;
  this.currentState = this.config.initState;
  this.nextState = null;
  this.states = this.config.states;
  this.events = this.config.events;
  this.defineEvents();
}

var proto = {
  // 事件驱动状态转换(表现层)
  handleEvents: function(event) {
    if (!this.currentState) return;

    var actionTransitionFunction = this.states[this.currentState][event.type];

    if (!actionTransitionFunction) return;

    var nextState = actionTransitionFunction.call(this, event);

    this.currentState = nextState;
  },

  // 定义事件 (行为层)
  defineEvents: function() {
    var _this = this;
    varevents = this.events;

    for (k in events) {
      (function(k) {
        var fn = events[k];

        fn.call(_this, function(event) {
          _this.fire(k, event);
        });
        _this.on(k, _this.handleEvents);
      })(k)
    }
  }
}

S.augment(FSM, S.EventTarget, proto);

然后，只需要实例化一个 FSM 即可

new FSM({
  initState: 'fold',
  states: {...},
  events: {...}
});

最后，总结一下。

使用 FSM 模式设计和实现交互组件，可以获得以下特性：

交互逻辑清晰

用户行为和组件行为完全分离，代码具有良好的分层结构

对设计具有良好的纠错特性，当设计上对状态和状态的转移有遗漏时，在实现阶段很容易流程出现走不通的情况，可以促进交互设计对细节的补充。

题图：https://unsplash.com/photos/hyquz5mHdok By @Nathan Hulsey

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