第96章　状态机

第94章建立了生命周期系统，第95章建立了事件系统。

第96章进一步把二者连接起来：

状态机负责根据当前 State、Condition 和 Event，判断是否允许发生 Transition，并执行对应 Action，使对象从一个状态进入另一个状态。

因此可以把三章关系理解为：

第94章 Lifecycle
    ↓
管理对象生命周期

第95章 Event
    ↓
描述发生了什么

第96章 State Machine
    ↓
根据 Event + Condition
控制 State Transition

核心模型：

Event
  ↓
Condition
  ↓
Transition
  ↓
Action
  ↓
New State

1. State Machine

1.1 State Machine 定义

State Machine（状态机）可以定义为：

State Machine 是由 State、Transition、Condition、Action 和 Event 组成的离散状态控制机制，根据输入事件和当前条件决定对象是否从当前状态转换到目标状态。

基本结构：

State Machine
├── State
├── Event
├── Condition
├── Transition
├── Action
└── State Event

例如一个 Device：

OFF
 ↓ START
INITIALIZING
 ↓ READY
READY
 ↓ RUN
RUNNING
 ↓ STOP
STOPPED

这里：

OFF        = State
START      = Event
READY条件   = Condition
OFF→INITIALIZING = Transition
启动设备     = Action

1.2 状态机不是决策系统

必须保持边界：

Decision
    ↓
选择做什么

而：

State Machine
    ↓
判断当前状态允许怎样变化

例如：

Decision = START DEVICE

状态机检查：

当前状态 = READY
是否允许 START？

如果允许：

READY
 ↓
RUNNING

因此：

Decision 负责选择，State Machine 负责状态转换。

2. State

State 是状态机的基本单位。

定义：

State 是对象在某一个时间点满足特定条件时所处的结构化运行状态。

例如 Individual：

CREATED
INITIALIZING
READY
RUNNING
WAITING
PAUSED
STOPPING
STOPPED
ERROR
UNKNOWN

Device：

OFF
INITIALIZING
READY
RUNNING
STOPPING
STOPPED
ERROR
MAINTENANCE
DISCONNECTED
UNKNOWN

2.1 State 结构

可以定义：

State
{
    id
    name
    object_id
    type
    properties
    entered_at
    exited_at
}

例如：

{
    id: "running",
    name: "RUNNING",
    object_id: "Machine_A",
    type: "DEVICE_STATE"
}

2.2 State 与 Property

必须区分：

State = 对象当前处于什么运行状态
Property = 对象具有什么属性和值

例如：

Machine_A

可以同时拥有：

state = RUNNING

temperature = 92
speed = 1200
load = 82

所以：

temperature = 92

是 Property。

而：

RUNNING

是 State。

Property 可以影响 State Transition：

temperature > 95
      ↓
Condition
      ↓
RUNNING → STOPPING

3. Transition

Transition 是状态转换。

定义：

Transition 是 State Machine 根据 Event 和 Condition，将对象从一个 State 转换到另一个 State 的结构化过程。

基本形式：

Current State
      ↓
    Event
      ↓
  Condition
      ↓
  Transition
      ↓
  Action
      ↓
  New State

例如：

READY
  │
  │ START
  ▼
RUNNING

3.1 Transition 结构

Transition
{
    id
    from_state
    to_state
    event
    condition
    action
    priority
    state
}

例如：

{
    id: "device_start",
    from_state: "READY",
    to_state: "RUNNING",
    event: "START",
    condition: "device_available",
    action: "START_DEVICE",
    state: "ACTIVE"
}

3.2 Transition 不是 Event

例如：

START

是 Event。

而：

READY → RUNNING

是 Transition。

关系：

Event
  ↓
触发 Transition
  ↓
State Change

4. Condition

Condition 是状态转换条件。

定义：

Condition 是判断当前状态是否允许执行某一个 Transition 的结构化条件。

例如：

Current State = READY
Event = START
Condition = DeviceAvailable = TRUE

满足：

READY
  ↓
START
  ↓
DeviceAvailable = TRUE

才允许：

RUNNING

4.1 Condition 状态

Condition 可以具有：

TRUE
FALSE
UNKNOWN
CONFLICT

不能把：

UNKNOWN

直接当成：

TRUE

也不能简单当成：

FALSE

例如：

DeviceAvailable = UNKNOWN

则：

READY
 ↓
START
 ↓
UNKNOWN

可能导致：

Transition = BLOCKED

4.2 多条件

可以使用：

AND
OR
NOT

例如：

State = READY
AND
Power = TRUE
AND
Connection = TRUE

全部满足：

READY → RUNNING

如果：

Power = TRUE
Connection = FALSE

则：

Transition = REJECTED

5. Action

State Machine 中的 Action 是状态转换过程中实际执行的操作。

例如：

READY
   ↓
START
   ↓
Condition TRUE
   ↓
Action = START_DEVICE
   ↓
RUNNING

Action 可以包括：

SET_PROPERTY
SET_STATE
CALL_METHOD
SEND_COMMAND
CREATE_EVENT
CREATE_OBJECT
UPDATE_OBJECT
STOP_PROCESS

5.1 State Machine Action 与 Decision Action

这里需要继续保持概念边界。

Decision Action

前面的 Action 是：

Decision
   ↓
Behavior
   ↓
Action

表示：

Individual 决定执行的具体操作。

State Machine Action

状态机 Action 是：

状态转换过程中用于完成状态切换或同步对象状态的操作。

例如：

READY
 ↓
Transition
 ↓
Action: initialize_runtime
 ↓
RUNNING

因此：

State Machine Action

可以是普通 Action 的内部执行动作，也可以是状态转换专用动作。

状态机本身不应该取代 Decision。

6. State Event

State Event 是与状态变化直接相关的事件。

例如：

STATE_ENTERED
STATE_EXITED
STATE_CHANGED
TRANSITION_STARTED
TRANSITION_COMPLETED
TRANSITION_FAILED

6.1 State Enter

例如：

READY
 ↓
RUNNING

产生：

STATE_EXITED
target = READY

以及：

STATE_ENTERED
target = RUNNING

6.2 State Changed

可以产生：

STATE_CHANGED

结构：

{
    object_id: "Machine_A",
    previous_state: "READY",
    current_state: "RUNNING",
    event: "START",
    timestamp: "..."
}

6.3 Transition Event

转换开始：

TRANSITION_STARTED

转换完成：

TRANSITION_COMPLETED

转换失败：

TRANSITION_FAILED

于是状态机本身也可以使用第95章建立的 Event System：

State Machine
      ↓
State Event
      ↓
Event Queue
      ↓
Event Dispatcher
      ↓
Listener
      ↓
Handler

7. Individual 状态机

Individual 是 SAI 的运行主体，因此需要拥有自己的状态机。

7.1 Individual State

CREATED
    ↓
INITIALIZING
    ↓
READY
    ↓
RUNNING
    ↓
WAITING
    ↓
RUNNING
    ↓
STOPPING
    ↓
STOPPED

异常：

ERROR
PAUSED
UNKNOWN

7.2 Individual 启动

CREATED
   │
   │ INITIALIZE
   ▼
INITIALIZING
   │
   │ INITIALIZATION_SUCCESS
   ▼
READY

对应：

Event = INITIALIZE
Condition = ConfigurationValid
Action = initialize()

7.3 Individual 开始运行

READY
   │
   │ START
   ▼
RUNNING

条件：

Kernel = RUNNING
Memory = READY
Required Engines = READY
InformationReceiver = READY

满足后：

Action = startRuntime

7.4 Individual 等待

当没有新的 Information：

RUNNING
   │
   │ NO_INPUT
   ▼
WAITING

收到新 Information：

WAITING
   │
   │ INFORMATION_RECEIVED
   ▼
RUNNING

这与第94章的生命周期直接对应。

7.5 Individual 暂停

例如系统检测到异常：

RUNNING
   ↓
ERROR_DETECTED
   ↓
PAUSE
   ↓
PAUSED

修复完成：

PAUSED
   ↓
RESUME
   ↓
RUNNING

7.6 Individual 停止

RUNNING
   │
   │ STOP
   ▼
STOPPING
   │
   │ STOP_COMPLETED
   ▼
STOPPED

Individual 状态机完整模型

                         ┌──────────┐
                         │ CREATED  │
                         └────┬─────┘
                              │ INITIALIZE
                              ▼
                      ┌──────────────┐
                      │ INITIALIZING │
                      └──────┬───────┘
                             │ SUCCESS
                             ▼
                         ┌────────┐
                  ┌──────│ READY  │──────┐
                  │      └───┬────┘      │
                  │          │ START      │
                  │          ▼            │
                  │      ┌─────────┐      │
                  │      │ RUNNING │◄─────┘
                  │      └────┬────┘
                  │           │ NO_INPUT
                  │           ▼
                  │      ┌─────────┐
                  └──────│ WAITING │
                         └────┬────┘
                              │ INFORMATION
                              └──────────────→ RUNNING

RUNNING
   │
   │ STOP
   ▼
STOPPING
   │
   ▼
STOPPED

RUNNING
   │ ERROR
   ▼
ERROR
   │
   │ REPAIR + VERIFY
   ▼
READY

8. Device 状态机

Device 状态机主要负责设备运行状态。

例如：

OFF
INITIALIZING
READY
RUNNING
PAUSED
STOPPING
STOPPED
ERROR
MAINTENANCE
DISCONNECTED
UNKNOWN

8.1 Device 启动

OFF
 ↓ POWER_ON
INITIALIZING
 ↓ INITIALIZATION_SUCCESS
READY

8.2 Device 开始运行

READY
 ↓ START
RUNNING

条件：

Power = ON
Connection = CONNECTED
No Critical Error
Capability = AVAILABLE

8.3 Device 暂停

RUNNING
 ↓ PAUSE
PAUSED

恢复：

PAUSED
 ↓ RESUME
RUNNING

8.4 Device 停止

RUNNING
 ↓ STOP
STOPPING
 ↓ STOP_COMPLETED
STOPPED

8.5 Device 异常

例如温度超过安全限制：

RUNNING
   ↓
TEMPERATURE_HIGH
   ↓
Condition:
temperature > 95
   ↓
STOP
   ↓
STOPPING
   ↓
STOPPED

如果是严重异常：

RUNNING
   ↓
CRITICAL_ERROR
   ↓
EMERGENCY_STOP
   ↓
STOPPED

8.6 Device 断开

RUNNING
   ↓
CONNECTION_LOST
   ↓
DISCONNECTED

重新连接：

DISCONNECTED
   ↓ CONNECT
READY

是否能够直接进入 READY，需要根据设备实际状态和 Condition 判断，不能固定假设。

Device 状态机完整模型

                 ┌──────┐
                 │ OFF  │
                 └──┬───┘
                    │ POWER_ON
                    ▼
             ┌──────────────┐
             │ INITIALIZING │
             └──────┬───────┘
                    │ SUCCESS
                    ▼
                ┌───────┐
          ┌─────│ READY │─────┐
          │     └───┬───┘     │
          │         │ START   │
          │         ▼         │
          │     ┌─────────┐   │
          │     │ RUNNING │   │
          │     └────┬────┘   │
          │          │        │
          │          │ PAUSE  │
          │          ▼        │
          │     ┌─────────┐   │
          │     │ PAUSED  │───┘ RESUME
          │     └─────────┘
          │
          │ STOP
          ▼
       STOPPING
          │
          ▼
       STOPPED

RUNNING
   │
   │ ERROR
   ▼
 ERROR
   │
   │ REPAIR + VERIFY
   ▼
 READY

RUNNING
   │
   │ CONNECTION_LOST
   ▼
DISCONNECTED

Individual 与 Device 状态机的关系

这是 SAI 状态机体系中非常重要的一层。

Individual：

Individual_A
state = RUNNING

Device：

Machine_A
state = RUNNING

两者不是同一个状态。

例如：

Individual_A = RUNNING
Machine_A    = ERROR

这是完全可能的。

Individual 可以发现：

Machine_A ERROR

然后：

Detection
   ↓
Risk
   ↓
Diagnosis
   ↓
Decision
   ↓
Repair

所以：

Individual State
       ≠
Device State

但是二者可以通过 Event、Information、Feedback 建立关系：

Device State
     ↓
State Event
     ↓
Event System
     ↓
Information
     ↓
Individual
     ↓
Cognition
     ↓
Decision
     ↓
Action
     ↓
Device State

状态机与生命周期、事件系统的统一关系

现在前三章可以正式连接：

              Lifecycle
                  │
                  ▼
                State
                  ▲
                  │
             Transition
             ▲       │
             │       ▼
           Event → Condition
                     │
                     ▼
                   Action
                     │
                     ▼
                 New State
                     │
                     ▼
               State Event
                     │
                     └────→ Event System

也就是说：

第94章

Lifecycle

规定对象从哪里开始、如何运行、如何结束。

第95章

Event System

负责传递“发生了什么”。

第96章

State Machine

负责根据：

Current State
+
Event
+
Condition

决定：

Transition
+
Action
+
New State

SAI 状态机核心公式

可以把状态转换抽象成：

Transition =
(Current State + Event + Condition)

完整执行：

Current State
      +
Event
      +
Condition
      ↓
Transition
      ↓
Action
      ↓
New State
      ↓
State Event

例如：

Machine_A
state = RUNNING

Event:
TEMPERATURE_CHANGED

Property:
temperature = 97

Condition:
temperature > 95

Transition:
RUNNING → STOPPING

Action:
STOP_DEVICE

New State:
STOPPED

形成：

RUNNING
   ↓
TEMPERATURE_CHANGED
   ↓
temperature > 95
   ↓
Transition
   ↓
STOP_DEVICE
   ↓
STOPPED
   ↓
STATE_CHANGED

本章核心定义

State Machine

State Machine 是通过 State、Event、Condition、Transition 和 Action 管理对象状态变化的离散运行机制。

State

State 表示对象当前所处的结构化状态。

Transition

Transition 表示对象从一个状态向另一个状态的合法转换过程。

Condition

Condition 决定某个状态转换是否满足执行条件。

Action

Action 是状态转换过程中实际执行的操作。

State Event

State Event 是状态进入、退出、改变以及状态转换过程产生的事件。

最终形成：

Event
   ↓
Condition
   ↓
Transition
   ↓
Action
   ↓
State Change
   ↓
State Event
   ↓
Event System

而 SAI Framework 中已经形成三层基础机制：

第94章 Lifecycle
        ↓
管理“生命周期”

第95章 Event System
        ↓
管理“发生什么”

第96章 State Machine
        ↓
管理“状态如何变化”

最终统一为：

┌──────────────────────────────────────┐
│             SAI Framework            │
│                                      │
│  Lifecycle                           │
│      ↓                               │
│  State Machine                       │
│      ↑                               │
│  Event System                        │
│      ↓                               │
│  State → Event → Condition           │
│      ↓                               │
│  Transition → Action → New State     │
│                                      │
└──────────────────────────────────────┘

这一步使 SAI Framework 中的 Individual、Device、Behavior、Information、Object、Learning 不再只是具有一个静态 state 属性，而是开始具备明确、可追踪、可验证的状态转换机制。

第96章 状态机

第96章 状态机

1. State Machine

1.1 State Machine 定义

1.2 状态机不是决策系统

2. State

2.1 State 结构

2.2 State 与 Property

3. Transition

3.1 Transition 结构

3.2 Transition 不是 Event

4. Condition

4.1 Condition 状态

4.2 多条件

5. Action

5.1 State Machine Action 与 Decision Action

Decision Action

State Machine Action

6. State Event

6.1 State Enter

6.2 State Changed

6.3 Transition Event

7. Individual 状态机

7.1 Individual State

7.2 Individual 启动

7.3 Individual 开始运行

7.4 Individual 等待

7.5 Individual 暂停

7.6 Individual 停止

Individual 状态机完整模型

8. Device 状态机

8.1 Device 启动

8.2 Device 开始运行

8.3 Device 暂停

8.4 Device 停止

8.5 Device 异常

8.6 Device 断开

Device 状态机完整模型

Individual 与 Device 状态机的关系

状态机与生命周期、事件系统的统一关系

第94章

第95章

第96章

SAI 状态机核心公式

本章核心定义

State Machine

State

Transition

Condition

Action

State Event