基于协程的状态机

Question

我有一个棘手而有趣的问题要问你。

在处理 I/O 任务（例如通过 Twisted、Tornado 中的某个传输层实现协议）时，我发现了类似的场景或模式。该模式是通用的而不是抽象的。例如，当您使用MODEM-like 设备时，您向他发送命令并接收结果。

但是，有时您需要对调制解调器对上一条命令的响应做出反应，并使用新命令。例如，假设modem为M，->为通信算子，取一个参数，message key，server为S。

    1. s ->(a) M
       1.1 M ->(b) S # modem reacts on `a` as `b`; so next we should send him command B
       1.2 M ->(c) S # modem responses on `a` as `c`; so next we should send him C
    2. s ->(b) M
       2.1 M ->(g) S
       2.2 M -> (f) S
       ...
       2.N M -> (x) S
    ...

所以，它看起来像 FSM 行为。在使用非阻塞 I/O（通过流对象）时，最好在 tornado 中实现这个场景。通过简单地提供跟踪场景作为输入并覆盖输入中描述的状态（事件）的处理程序，我们可以达到良好的有限状态机行为。

输入可能有以下符号：

{
  a: (b, c, d),
  b: (c, 'exit|silence'),
  c: (a, 'exit|silence'),
  d: (b)
}

所有这些字母数字符号都是州名。 每个键值对都是状态名称和可能的状态转换集。

使用 tornado coroutines 和 futures 中引入的 FSM 的可能实现是什么？ 请分享您的想法和代码。

Answer 1

我认为Twisted 更适合协议实现。无论如何，在 Python 中，函数和方法是第一类的对象，这意味着您可以将它们存储在字典中。您还可以使用functools.partial 将带有参数的函数绑定到字典键。您可以使用它来实现转换。每个状态应该是一个包含字典的函数，其中键是可能的输入状态，值是输出状态。然后，您可以轻松地从一个州跳到另一个州。要使用 Tornado 循环的下一个状态，而不是直接调用，应该使用 ioloop.IOLoop.instance().add_callback 将其注册为回调。

自动机接受语言a*b*c的示例实现：

import errno
import functools
import socket
from tornado import ioloop, iostream

class Communicator(object):
    def connection_ready(self, sock, fd, events):
        while True:
            try:
                connection, address = sock.accept()
            except socket.error, e:
                if e[0] not in (errno.EWOULDBLOCK, errno.EAGAIN):
                    raise
                return
            connection.setblocking(0)
            self.stream = iostream.IOStream(connection)
            self.stream.read_until(delimiter='\n', callback=self.initial_state) 

    def initial_state(self, msg):
        msg = msg.rstrip()
        print "entering initial state with message: %s" % msg
        transitions = {
            'a' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.state_a, msg),
            'b' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.state_b, msg),
            'c' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.final_state, msg)
        }
        try:
            transitions[msg[0]]()
        except:
            self.stream.write("Aborted (wrong input)\n", self.stream.close)

    def state_a(self, msg):
        print "entering state a with message: %s" % msg
        transitions = {
            'a' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.stream.write, "got a\n", functools.partial(self.state_a, msg[1:])),
            'b' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.state_b, msg),
            'c' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.final_state, msg[1:])
        }
        try:
            transitions[msg[0]]()
        except:
            self.stream.write("Aborted (wrong input)\n", self.stream.close)

    def state_b(self, msg):
        print "entering state b with message: %s" % msg
        transitions = {
            'a' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.state_a, msg),
            'b' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.stream.write, "got b\n", functools.partial(self.state_a, msg[1:])),
            'c' : functools.partial(ioloop.IOLoop.instance().add_callback, self.final_state, msg[1:])}
        try:
            transitions[msg[0]]()
        except:
            self.stream.write("Aborted (wrong input)\n" , self.stream.close)

    def final_state(self, msg):
        print "entering final state with message: %s" % msg
        self.stream.write("Finished properly with message %s\n" % msg, self.stream.close)

if __name__ == '__main__':
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM, 0)
    sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    sock.setblocking(0)
    sock.bind(("", 8000))
    sock.listen(5000)

    communicator = Communicator()
    io_loop = ioloop.IOLoop.instance()
    callback = functools.partial(communicator.connection_ready, sock)
    io_loop.add_handler(sock.fileno(), callback, io_loop.READ)
    try:
        io_loop.start()
    except KeyboardInterrupt:
        io_loop.stop()
        print "exited cleanly"

使用 Netcat 的会话：

$ nc localhost 8000
aaaaa
got a
got a
got a
got a
got a
Aborted (wrong input)
$ nc localhost 8000
abababab
got a
got b
got a
got b
got a
got b
got a
got b
Aborted (wrong input)
$ nc localhost 8000
aaabbbc
got a
got a
got a
got b
got b
got b
Finished properly with message 
$ nc localhost 8000
abcabc
got a
got b
Finished properly with message abc