前端:从状态管理到有限状态机的思考

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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。

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;
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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>
 
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// 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>
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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⚠️: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

参考资料

• 可视化工具: xstate.js.org/viz/

• mobx中文文档: cn.mobx.js.org/

• Xstate文档: xstate.js.org/

• 浅谈对比Xstate、redux使用: juejin.cn/post/684490…

• 前端状态管理与有限状态机: juejin.cn/post/684490…

• 状态管理新思路: 有限状态机载前端的应用: mp.weixin.qq.com/s/Zt1kXj5ts…

关于本文

气旋

https://juejin.cn/post/6952047570046697485

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