Gen_Fsm行为

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2023-12-01

本章应该结合 gen_fsm(3) 来阅读，其中面有所有接口函数和回调函数的详细说明。

有限状态机

一个有限状态机FSM，可以用一个关系式来描述：

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

这些关系解释如下：

如果我们处在状态 S 并且事件 E 发生了，那么，我们需要执行动作 A ，并且转变到状态 S' 。

对于一个用 gen_fsm 行为实现的FSM来说，状态转换规则被写为符合如下约定的一系列Erlang函数：

StateName( Event, StateData ) ->
    .. 这里放动作的代码 ...
    { next_state, StateName', StateData' }

例子

一个带有密码锁的门可以被看作一个FSM。初始状态下，门是锁着的。一个人无论何时按下一个按钮都会产生一个事件。取决于之前哪些按钮被按下，当前序列可能是正确的、不完整、或者错误的。

如果是正确的，那么门会打开30秒（30000ms）。如果是不完整的，那么等待按下另一个按钮。如果是错误的，那么我们重来，等待新的按钮序列。

使用 gen_fsm 实现的密码锁可以得到以下回调模块：

-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}.

该代码将会在下一节中进行解释。

启动一个Gen_Fsm

在上一节的例子中，该gen_fsm是通过调用 code_lock:start_link(Code) 来启动的：

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

start_link 调用函数 gen_fsm:start_link/4。该函数产生并连接到一个新的gen_fsm进程.

第一个参数 {local, code_lock} 指明了名字。在这里，gen_fsm会在本地注册为 code_lock 。如果名字被省略了，那么将不会注册gen_fsm。这样就必须使用它的pid。名字也可以这样写 {global, Name}, 这样，gen_fsm就是使用 global_register_name/2 来注册了。
第二个参数 code_lock 是回调模块的名字，也就是回调函数所位于的模块。在这个例子里面，接口函数(start_link 和 button)是位于和回调函数(init, locked 和 open)相同的模块中。这一般是较好的编程实践，让一个进程对应的代码包含在一个模块里面。
第三个参数 Code 是一个值，将被原封不动传递给回调函数 init 。这里， init 得到锁的正确代码做为内部数据。
第四个参数 [] 是一个选项的列表。参见 gen_fsm(3) 来找到可用的选项。

如果名称注册成功，新的gen_fsm进程会调用回调函数 code_lock:init(Code)。这个函数要返回 {ok, StateName, StateData}，其中 StateName 是gen_fsm初始状态的名字。在这个例子里面是 locked，假设门一开始是锁着的。 StateData 是gen_fsm的内部状态。（对于gen_fsm来说，内部状态一般是指“状态数据”(state data)，以区别于状态机的状态）。在这个例子里面，状态数据（state data）是到目前为止的按钮的顺序（开始的时候为空）和锁的正确密码顺序。

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

注意gen_fsm:start_link是同步的。它只有到gen_fsm已经完成初始化并且可以接收通知的时候才返回。

如果gen_fsm是一个监毒树的一部分的话——即由督程启动的——必须使用 gen_fsm:start_link 。有另外一个函数 gen_fsm:start 来启动一个独立的gen_fsm——即，gen_fsm不属于监督树的一部分。

事件通知

通知密码锁一个按钮被按下的事件是使用 gen_fsm:send_event/2 来实现的：

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

code_lock 是gen_fsm的名字并且必须与启动时候所使用的名字一致。{button，Digit}是实际的事件。

事件被做为消息发送给gen_fsm。当gen_fsm收到这个事件的时候，就会调用StateName( Event, StateData )，该函数需要返回一个元组{ next_state, StateName1, StateData1}. StateName是当前状态的名字，而StateName1是要转到的下一个状态的名字。StateData1是gen_fsm的状态数据的新的值。

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}.

如果门是锁着的，且按下了按钮，那么，到目前位置所有的按钮序列就会与密码锁正确的密码进行比较，然后根据比较的结果，要么门是解锁了gen_fsm进入打开的状态 open ，或者是仍然是处于锁着的状态 locked 。

超时

当一个正确的按钮顺序被按下之后，门会被打开，下面的元组就会从函数 locked/2 返回：

{next_state, open, {[], Code}, 3000};

30000 是一个以毫秒为单位的超时值。30000ms，也就是30秒后，就会发生一个超时。然后 StateName(timeout，StateData) 就会被调用。在这个例子里面，当门处于状态 open （打开）30秒后就会发生超时。然后门又会被锁上：

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

所有的状态事件

有时候，在gen_fsm的任何状态都有可能有事件到达。除了可以用 gen_fsm:send_event/2 发送消息，并为每一个状态函数写一个子句来处理事件之外，还可以通过 gen_fsm:send_all_state_event/2 来发送消息，并用 Module:handle_event/3 来处理。

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

停止

在监督树中

如果gen_fsm是监督树的一部分，那么不需要停止函数。它的督程会自动停止它。具体如何进行是通过督程中的关闭策略集来定义。

如果需要在终止前先进行清除操作，那么关闭策略必须是一个超时值，并且，gen_fsm必须在 init 函数里面设置成捕捉退出信号。当被要求关闭时，gen_fsm会调用回调函数 terminate(shutdown, StateName, StateData):

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

独立的Gen_Fsm

如果gen_fsm不是监督树的一部分，那么一个停止函数是有用的，例如：

...
-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.

处理 stop 事件的回调函数返回一个元组 {stop，normal，StateData1}，这里的 normal 指明了这是一个正常的终止，同时 StateData1 是gen_fsm状态数据的新值。这会使gen_fsm去调用terminate(normal, StateName, StateData1 )，然后优雅的终止。

处理其他消息

如果gen_fsm需要接收事件之外的消息，那么必须实现回调函数 handle_info(Info, StateName, StateData) 来处理这些消息。其他的消息比如退出消息，如果gen_fsm是联接到其他的进程（非督程）的，并且需要捕获退出信号。

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