[移动开发][Android]StateMachine介绍（三）——进阶

前文回顾

• [Android]StateMachine介绍（一）——概览
• [Android]StateMachine介绍（二）——拆解

这一篇会进一步介绍一些高级应用场景；

State的层级关系

State切换时的调用时序

根据之前的了解，我们知道在State切入时会调用其enter()方法，在退出时会调用其exit()方法；
但是那都是基于评级关系而言的，当State存在层级关系的时候，enter()/exit()的调用时序是否会存在差异呢？

为了探究这点，我们先假设有如下State层级关系的状态机：

然后，我们设置State1为初始状态，并沿着如下顺序进行状态切换：

State1 -> State2 -> State3 -> State1

其调用时序如下：

虚线箭头表示切换的方向，虚线旁的调用栈即为调用时序；

并列关系的状态切换规律已经理清了，那么我们接下来看看层级关系内的状态切换：

从结果来看，规律似乎是：“状态A到状态B切换时的调用栈就是从状态A回到空节点，再切到状态B的最短路线” （这里我划掉了，可见是错误的，要看结论的请直接移步文档末尾；）

State1->State2->State3/State4的现象均如此，但如果在此时，我们从State4切换到State3，就会发现不满足：

（下图省略了已经讨论完毕的State1与State2，并再添加了一个State5，作为State4的子状态）

可以看到，具有层级关系的状态之间切换会有如下两个特征：

• 从父状态进入子状态，直接依次向下调用子状态的enter()，直到目标状态为止；
• 从子状态进入父状态，会从自身开始，依次向上调用exit()，直到调用目标状态的exit()后再调入目标状态的enter()；

可能这里会让人很疑惑：为什么进入父状态时需要先退出再进入；

为了更好理解，这里再引入一个State6，并指定其为State3的子状态，即与State4并列：

其各个状态切换的调用栈如下图：

除去State4与State5的状态切换情况（上面已经讨论过了），其余状态切换的调用栈如下图：

可见，State3下的两个子状态：State4与State6，两者切换时并不会调用State3的exit()；因此可以确定，调用栈并不是单纯的路线顺序；

根据分析代码，我注意到一段关键代码：

private void performTransitions(State msgProcessedState, Message msg) {
	...
					/**
		             * Determine the states to exit and enter and return the
		             * common ancestor state of the enter/exit states. Then
		             * invoke the exit methods then the enter methods.
		             */
    		        StateInfo commonStateInfo = setupTempStateStackWithStatesToEnter(destState);
                    // flag is cleared in invokeEnterMethods before entering the target state
                    mTransitionInProgress = true;
                    invokeExitMethods(commonStateInfo);
	...
}

这里告诉了我状态切换的一个向上查找的标准：退到非两个状态本身的公共父状态为止

两个重点：

• 切换前后两个状态本身不能作为这里的公共父状态；
• 找到的这个公共父状态不会退出；

举例：

• State5 -> State4
  • State4为State5的父状态，但是由于上面提到，切换前后两个状态本身不能作为公共父状态，因此还需要向上找，即State3为State5与State4的公共父状态；
  • 因此，调用栈为：State5.exit() -> State4.exit() -> (State3，但不会走任何回调) -> State4.enter()，与上面结论一致；
• State5 -> State6
  • State5与State6没有直接联系，因此向上寻找，可以发现最早将二者联系起来的是State3，即为公共父状态；
  • 因此，调用栈为：State5.exit() -> State4.exit() -> (State3，但不会走任何回调) -> State6.enter()，与上面结论一致；
• State4 -> State6
  • 显而易见，State4与State6的公共父状态为State3；
  • 因此，调用栈为：State4.exit() -> (State3，但不会走任何回调) -> State6.enter()，与上面结论一致；

结论： 一个比较容易的记忆方法就是：

"状态A到状态B切换时的调用栈就是从状态A回到两者的公共父状态，再走到状态B的最短路线"

State切换时内部实现

上面已经介绍了现象即规律，不想深究的可以就此打住；
但是为了将状态机吃透，便于后续开发时可以有更多参考的模型，因此这里会着重介绍下这个机制实现所依赖的数据结构：

• private StateInfo mStateStack[];
• private int mStateStackTopIndex = -1;
• private StateInfo mTempStateStack[];
• private int mTempStateStackCount;

前面已经介绍过，状态切换本质是performTransitions()方法实现的，其核心实现截取如下：

            //mDestState不为null表示有外部调用transitionTo
            //此处用本地变量是因为这是在Handler内部异步执行，
            //而在接下来时间内，mDestState可能会再次改变
            State destState = mDestState;
            if (destState != null) {
				while (true) {
					//求得切换前后两个状态的公共父状态；
                    StateInfo commonStateInfo = setupTempStateStackWithStatesToEnter(destState);
                    //这个状态标记会在invokeEnterMethods中清除，在清除之前，如果发生transitionTo的调用，会通过Log.wtf打印信息；（对于eng版本就会crash）
                    mTransitionInProgress = true;

                    //从当前状态一直向上调用exit()方法，直到上方求得的公共父状态为止（不包含）
                    invokeExitMethods(commonStateInfo);
                    //更新状态栈mStateStack
                    int stateStackEnteringIndex = moveTempStateStackToStateStack();
                    //从状态栈第一个成员变量active不为true的状态开始，调用enter()方法；
                    invokeEnterMethods(stateStackEnteringIndex);

					//由于状态发生变化，因此将待处理的消息移至消息队列最前端，防止被后续消息插队导致时序错误；
                    moveDeferredMessageAtFrontOfQueue();

					//如果本地变量destState与成员变量mDestState不相等，则表示在这之前外部调用
					//transitionTo再次被调用；重新赋值destState并重复执行上述while语句；
                    if (destState != mDestState) {
                        // A new mDestState so continue looping
                        destState = mDestState;
                    } else {
                        // No change in mDestState so we're done
                        break;
                    }
                }
                //状态切换完毕，置空mDestState 
                mDestState = null;
            }

这里稍微展开一点，依次看看setupTempStateStackWithStatesToEnter和moveTempStateStackToStateStack的实现：

        private final StateInfo setupTempStateStackWithStatesToEnter(State destState) {
            mTempStateStackCount = 0;
            //首先获取目标状态，并从此逆向查询
            StateInfo curStateInfo = mStateInfo.get(destState);
            do {
            	//将查询到的结果添加到mTempStateStack中
                mTempStateStack[mTempStateStackCount++] = curStateInfo;
                curStateInfo = curStateInfo.parentStateInfo;
                //直到没有父状态，或者找到第一个活跃的父状态；这里就对应上面提到的
                //“非两个状态本身的公共父状态”
            } while ((curStateInfo != null) && !curStateInfo.active);

			//因此返回的就是上面所谓的“非两个状态本身的公共父状态”
            return curStateInfo;
        }

		private final int moveTempStateStackToStateStack() {
			//简单来说，是将mTempStateStack反序录入到mStateStack中；
			//注意，mStateStackTopIndex在invokeExitMethods时已经退到公共父状态对应的下标处了，此时
			//并非指代当前状态的在mStateStack中的下标；
            int startingIndex = mStateStackTopIndex + 1;
            //因为是反序录入，因此从mTempStateStack的末尾开始；
            int i = mTempStateStackCount - 1;
            int j = startingIndex;
            while (i >= 0) {
                mStateStack[j] = mTempStateStack[i];
                j += 1;
                i -= 1;
            }

			//录入完成后的mStateStackTopIndex 应为目标状态在mStateStack中的下标；即
			//mStateStack最后一个有效元素的下标；
            mStateStackTopIndex = j - 1;
            //返回的startingIndex 代表公共父状态后的第一个子状态在mStateStack中的下标，
            //后续invokeEnterMethods方法中，会以此为起始点调用后面所有State的enter()方法，
            //完成上方《State切换时的调用时序》中讨论的调用栈；
            return startingIndex;
        }

小结：
虽然在上方 《State切换时的调用时序》 章节中，我的结论是：

"状态A到状态B切换时的调用栈就是从状态A回到两者的公共父状态，再走到状态B的最短路线"

但是从这里的代码来看，实际上逻辑并非现象看上去那么线性，具体说来是经过了这几个步骤：

• 找到当前状态与目标状态的公共父状态；-- setupTempStateStackWithStatesToEnter()
• 将公共父状态到目标状态的层级关系录入mTempStateStack；-- setupTempStateStackWithStatesToEnter()
• 从当前状态开始，依次执行exit()方法，直到退到公共父状态（公共父状态不会调用exit()，即不会退出）；-- invokeExitMethods()
• 从公共父状态在mStateStack的下标为止开始，将mTempStateStack中的状态栈反序追加到mStateStack中；-- moveTempStateStackToStateStack()
• mStateStack追加完成后，再以公共父状态在mStateStack的下标为止开始至mStateStack有效数据末尾，依次执行State的enter()方法；-- invokeEnterMethods()

后记

暂时就写这么多吧，实际上StateMachine还有很多细节可以挖掘，包括日志的记录，并发的处理，以及processMessage()方法返回值决定是否调用父状态的processMessage()等。但这些都不会影响我们对StateMachine工作机制的理解，因此这里就暂不展开了。

感兴趣的可以自行了解。