Async-FSM

Async-FSMはステートマシン（Finite StateMachine）実装のためのJavaScriptライブラリです。ソースコードはNode.jsで書かれています。

Async-FSMの特徴（Features）

• UML2.0をベースに設計。状態の生成から遷移、トリガの指定など主要な機能をサポート。
• サーバー・クライアントサイド両方での利用を想定。ソースコードはMITライセンスで改変・再配布が自由。
• コンポジット状態やサブマシン状態など複雑な階層を持った状態に対応。履歴疑似状態など多くの疑似状態をサポート。
• マシン・状態・遷移などをオブジェクトとして扱い、オブジェクト間の相互作用モデルによる柔軟なプログラミングが可能。
• Promise機構の非同期処理を利用して状態の振る舞いやトリガを適切なタイミングで実行。

使い方（Usage）

ブラウザで使う場合（Browser）

依存ファイルをCDN経由で取得

<script src="https://cdn.rawgit.com/wiz-code/async-fsm/04b40835/dist/async-fsm.min.js"></script>
<script>
var FSM = require('async-fsm');
....
....
</script>

サーバーで使う場合（Server）

npmでパッケージをインストールできます。

$ npm install "@wiz-code/async-fsm"

Node.jsのrequire()関数を使ってモジュールを読み込みます。

var FSM = require('@wiz-code/async-fsm');

ライブラリのクラス構成

Async-FSMが読み込まれるとFSMという、このライブラリのクラス（コンストラクタ）を集約したグローバル変数が作成されます。

基本のクラス

• FSM.Machine
• FSM.State
• FSM.Transition
• FSM.Region

高度なクラス

• FSM.InitialPseudoState
• FSM.FinalState
• FSM.SubMachine
• FSM.HistoryPseudoState
• FSM.TerminatePseudoState
• FSM.ChoicePseudoState
• FSM.EntryPointPseudoState
• FSM.ExitPointPseudoState

ステートマシン構築と実行の基本的な流れ

FSM.Machineクラスのインスタンスを作成します。

var myMachine = new FSM.Machine('my-machine');

FSM.Stateクラスを使ってステートマシン図に追加する状態を作成します。

var myState1 = new FSM.State('my-state1');
var myState2 = new FSM.State('my-state2');

ステートマシンのインスタンスに状態を追加します。

myMachine.addState(myState1, myState2);

FSM.Transitionクラスを使って、各状態からの遷移を作成します。

var firstTransit = new FSM.Machine('first-transit', false, state1);
var secondTransit = new FSM.Machine('second-transit', state1, state2);

ステートマシンのインスタンスに遷移を追加します。

myMachine.addTransition(firstTransit, secondTransit);

ステートマシンに状態と遷移を追加し終わったら、ステートマシンのdeploy()メソッドでシステムの構築を完了します。

myMachine.deploy();

ステートマシンのstart()メソッドでシステムを起動します。

myMachine.start();

クラスオブジェクトをグローバル名前空間に展開

FSM.globalize();

//"FSM"を省いて記述できる
var machine = Machine('new-machine');

トレース用メッセージの非表示

FSM.logger.disable();

各クラス詳細

クラス共通のメソッド

• getId()
• getName()
• setName( String $name )
• isActive()

クラス共通のプロパティ

• parent: [State/Machineインスタンス]
• children: [Array/Object]

Machineクラス

Machineクラスはステートマシン図のトップレベルを示すステートマシン（以下マシン）を生成します。マシンは「状態（State）」の一種であり、「領域（Region）」を持つなどStateと同じように振る舞いますが、Stateクラスと異なりEntryアクションなどがありません。

Machineインスタンスが生成されると、内部的な処理として自動的にひとつの領域が追加され、さらにそこへ開始疑似状態と終了状態が追加されます。ステートマシン図が階層を持たない（単純状態のみの構成）ならば、図を構成するすべてのState/TransitionインスタンスはMachineインスタンスのメソッド群（addState()など）を使用して追加します。もし状態や遷移の追加作業がすべて終了したら、自身のdeploy()メソッドを実行してマシンを起動可能な状態にします。マシンを起動するには自身のstart()メソッドを使います。

new FSM.Machine( String $machine_name [, Object $options] )

Machineクラスのオプション

プロパティ名: データ型 ［デフォルト値］

• data: JSONデータ型 [Null]
• props: Object [Null]
• methods: Object [Null]

Machineクラスのプロパティ/メソッド

Machineクラス固有のメソッド

• deploy()
• undeploy()
• start()
• finish()

Machine/Stateクラス共通のプロパティ

• region: [Regionインスタンス]

Machine/State/Transitionクラス共通のプロパティ

• container: [Regionインスタンス]
• root: [Machineインスタンス]

Machine/Stateクラス共通のメソッド

• addState( State $instance1 [, State $...] )
• addTransition( Transition $instance1 [, Transition $...] )
• appendRegion( Region $instance )
• removeState( State $instance1 [, State $...] )
• removeTransition( Transition $instance1 [, Transition $...] )
• removeRegion( Region $instance )
• completion()

Stateクラス

Stateクラスはステートマシンの各状態（単純状態・コンポジット状態・直交状態）を生成します。Stateクラスは親要素（コンテナ）にひとつの領域（Regionインスタンス）を指定でき、子要素に複数の領域を持つことができます。ただし、Machineクラスと異なり始めから領域が追加されることはありません。領域を追加するには自身のappendRegion()メソッドを使います。なお、領域を持たない状態でaddState()メソッドを使用した場合、自動的に領域が作成されます。デフォルトの領域はMachine/Stateクラスのregionプロパティで参照することができます。領域を複数追加した場合、それらが遷移時に処理される順番は追加された順になります。Async FSMの仕様上Stateクラスは子要素にStateインスタンスを持つことができませんが、便宜上自身の子要素の最初に追加されたRegionインスタンスに直接アクセスできるaddState()・addTransition()メソッドが用意されています。

Stateインスタンスは遷移のタイミングで指定されたentryAction()、doActivity()、exitAction()を実行します。これらはStateインスタンスを生成するときオプションで指定します。トリガとなるTransitionインスタンスで遷移元、遷移先に指定されたStateインスタンスは、これらのコールバック関数にTransitionインスタンスが渡されます。これらの振る舞いは基本的に一度だけ実行されますが、loopオプションをtrueに指定すると、Doアクティビティが反復して実行されます。ループ中はDoアクティビティの引数に前後のコールバック実行時間の差分が渡されます。fpsオプションはループをONにしているときのみ有効で、Doアクティビティの実行間隔を指定できます。autoTransitionオプションはtrueを指定すると、Doアクティビティの実行後、自動的に完了遷移に移行します。ちなみに、Doアクティビティなどのコールバック関数内で、completion()メソッドを実行すると任意のタイミングで完了遷移を実行することができます。

//本来の状態の追加方法
state.region.addState(subState);
//上のコードのシュガーシンタックス
state.addState(subState);

インスタンス作成書式

new FSM.State( String $state_name [, Object $options] )

（注）$state_nameを省略したいときは、第1引数にfalseを指定します。
（作成例1）

var newState = new FSM.State('new-state');
newMachine.addState(newState);

（作成例2）

var newState = new FSM.State('new-state', {
    entryAction: function (transit) {
        console.log('entry!!');
    },
    exitAction: function (transit) {
        console.log('exit!!');
    },
    autoTransition: true,
});

newMachine.addState(newState);

Stateクラスのオプション

プロパティ名: データ型 ［デフォルト値］

• data: JSONデータ型 [Null]
• props: Object [Null]
• methods: Object [Null]
• entryAction: Function [empty function]
• doActivity: Function [empty function]
• exitAction: Function [empty function]
• autoTransition: Bool [false]
• loop: Bool [false]
• fps: Int [60]
• useRAF: Bool [false] //ループ処理にRequestAnimationFrame()を使う。ブラウザ環境で利用可能

State/Transitionクラス共通のメソッド

• getCurrentDepth()

Machine/Stateクラス共通のプロパティ

• region: Region [null]

Machine/Stateクラス共通のメソッド

• getRegion( Integer $region_index )
• getRegionByName( String $region_name )
• getRegionById( String $region_id )
• filterActiveRegion()
• addState( State $instance1 [, State $...] )
• addTransition( Transition $instance1 [, Transition $...] )
• appendRegion( Region $instance )
• removeState( State $instance1 [, State $...] )
• removeTransition( Transition $instance1 [, Transition $...] )
• removeRegion( Region $instance )
• completion()

Stateクラス固有のメソッド

• getTicks()
• getElapsedTime()

Transitionクラス

TransitionクラスはStateインスタンス間のイベントを定義します。インスタンス作成時に遷移前と遷移後のStateインスタンスを指定します。オプションでガード条件やエフェクト（遷移注に実行される振る舞い）を指定することもできます。ただし、guardオプションは必ず真偽値を返す関数を指定しなければなりません。このTransitionインスタンスはtrigger()メソッドを持ちます。trigger()メソッドが実行されると、メソッドが記述されたスコープに関係なく即座に状態の遷移が開始されます。また、internalオプションをtrueに指定すると内部遷移となり、ExitアクションとEntryアクションが省略された状態で自己遷移を行います。なお、完了遷移や終了状態に入場後の遷移のように、遷移がtrigger()メソッドによらない自動遷移（autoTransitionオプションをONにするか、completion()メソッドによる遷移）の場合、unlockedオプションをtrueにしてください。

new FSM.Transition( String $transit_name , State $source , State $target [, Object $options] )

（注）$transit_nameを省略したいときは、第1引数にfalseを指定します。
（作成例1）

var newTransit = new FSM.Transition('new-transit', state1, state2);

（作成例2）

var newTransit = new FSM.Transition('new-transit', state1, state2, {
    guard: function (param) {
        console.log('guard!!');
        return true;
    },
    effect: function (param) {
        console.log('effect!!');
    },
    internal: true,
});

newMachine.addTransition(newTransit);

開始疑似状態からの遷移と、終了状態への遷移に関してはそれらのインスタンスを引数に指定する代わりにfalseまたはコンストラクタを指定します。

//開始疑似状態からの遷移
var newTransit = new FSM.Transition('new-transit', false, state1);

//代わりに開始疑似状態のコンストラクタを指定する方法もある
var newTransit = new FSM.Transition('new-transit', FSM.InitialPseudoState, state1);

//終了状態への遷移
var newTransit = new FSM.Transition('new-transit', state1, false);

//代わりに終了状態のコンストラクタを指定する方法もある
var newTransit = new FSM.Transition('new-transit', state1, FSM.FinalState);

StateインスタンスのautoTransitionオプションを指定していない場合、イベントハンドラや状態の振る舞い（コールバック）にトリガを設定して遷移させます。

var transit = new FSM.Transition('new-transit', state1, state2);

//trigger()メソッドを使うことで任意のタイミングで遷移を実行できる
var state1 = new FSM.State(false, {
    doActivity: function (transit) {
        .....
        .....
        transit.trigger(); //state2へ遷移を開始
    }
});

Transitionクラスのオプション

プロパティ名: データ型 ［デフォルト値］

• data: JSONデータ型 [Null]
• props: Object [Null]
• methods: Object [Null]
• guard: Function [null]
• effect: Function [null]
• internal: Bool [false]
• unlocked: Bool [false]

Transitionクラスのプロパティ/メソッド

State/Transitionクラス共通のメソッド

• getCurrentDepth()

Transitionクラス固有のプロパティ・メソッド

• test() //トリガが発火可能か確認するメソッド
• trigger( Any $param ) //パラメータを指定するとguard()とeffect()実行時に渡される

Regionクラス

Regionクラスはステートマシン図の「領域（Region）」と同等の意味を持ちます。Regionクラスは親要素にひとつのState/Machineインスタンスを指定でき、子要素に複数のStateとTransitionを持ちます。Regionクラスは直交状態を使用しない限り、ユーザーが明示的に使用することはないですが、Machineインスタンスとコンポジット状態（サブ状態を持つ状態）は内部的にRegionインスタンスが追加されます。ですから、Machine/Stateクラスが持つaddState()・addTransition()メソッドは本来Regionクラスの固有メソッドで、アクセスを簡易化するため内部でRegionインスタンスにアクセスしています。

インスタンス作成書式

new FSM.Region( String $region_name [, Object $options] )

（注）$region_nameを省略したいときは、第1引数にfalseを指定します。
（作成例）

var newRegion = new FSM.Region(false);
newMachine.appendRegion(newRegion);

Regionクラスのオプション

プロパティ名: データ型 ［デフォルト値］

• data: JSONデータ型 [Null]
• props: Object [Null]
• methods: Object [Null]

Regionクラスのプロパティ/メソッド

Regionクラス固有のメソッド

• hasHistory( Bool $is_deep[false] )
• getIndex()
• getStateByName( String $state_name )
• getTransitionByName( String $transition_name )
• getStateById( String $state_id )
• getTransitionById( String $transition_id )
• findActiveState()
• addState()
• removeState()
• addTransition()
• removeTransition()

HistoryPseudoStateクラス

浅い履歴疑似状態を作成・追加

var history = new FSM.HistoryPseudoState(false);
someState.addState(history);

深い履歴疑似状態を作成・追加

var deepHistory = new FSM.HistoryPseudoState(false, true);
someState.addState(deepHistory);

TerminatePseudoStateクラス

停止疑似状態を作成・追加

var terminator = new FSM.TerminatePseudoState(false);
someState.addState(terminator);

var anyToTerminator = new FSM.Transition(false, anyState, terminator);
someState.addTransition(anyToTerminator);

ChoicePseudoStateクラス

選択疑似状態を作成・追加

var choice = new FSM.ChoicePseudoState(false, function (transit) {
    return anyState;
});
someState.addState(choice);

var choiceToAny = new FSM.Transition(false, choice, anyState);
someState.addTransition(choiceToAny);

SubMachineクラス

マシンをSubMachineクラスでラップすることで、別のステートマシン図のサブマシン状態として再利用できます。そのためにマシン側と、SubMachineインスタンス側双方でリンクさせる入場・退場ポイントを指定する必要があります。

SubMachineクラス固有のメソッド

• link( Machine $instance )
• unlink()

//サブマシン状態にするマシンをラップするオブジェクトを作成
var subMachine = new FSM.SubMachine(false);
someState.addState(subMachine);

ラッパーオブジェクトに入場ポイントと退場ポイントを追加
var subMachineEntryPoint = new FSM.EntryPointPseudoState('submachine-entry-point');
var subMachineExitPoint = new FSM.ExitPointPseudoState('submachine-exit-point');
subMachine.addState(subMachineEntryPoint, subMachineExitPoint);

//サブマシン状態として使用するマシンの設計
//このMachineインスタンスの生成からdeploy()メソッドまでの記述部分は別ファイルなどに分離可能
var linkedMachine = new FSM.Machine('linked-machine');
var linkedMachineSomeState = new FSM.State('linked-machine-some-state');
//ラッパーオブジェクトとリンクさせるポイントを追加
var linkedMachineEntryPoint = new FSM.EntryPointPseudoState('linked-machine-entry-point');
var linkedMachineExitPoint = new FSM.ExitPointPseudoState('linked-machine-exit-point');
linkedMachine.addState(linkedMachineSomeState, linkedMachineEntryPoint, linkedMachineExitPoint);

var linkedMachineFirstTransit = new FSM.Transition(false, linkedMachineEntryPoint, linkedMachineSomeState);
var linkedMachineFinalTransit = new FSM.Transition(false, linkedMachineSomeState, linkedMachineExitPoint);
linkedMachine.addTransition(linkedMachineFirstTransit, linkedMachineFinalTransit);

linkedMachine.deploy();

//ラッパーオブジェクトとサブマシン状態をリンクさせる
subMachineEntryPoint.setKey(linkedMachineEntryPoint.getId());
subMachineExitPoint.setKey(linkedMachineExitPoint.getId());
subMachine.link(linkedMachine);

subMachine.deploy();

データストアの取得・設定

Machine/State/Transition/Regionクラスはインスタンスごとにデータストアを持っています。データはModel/Props/Methodsに区分され、Modelは主にデータの値が変更されるタイプを格納し、get()・set()メソッドでデータを取得・設定します。また、インスタンス作成時のオプションのdataプロパティにkey/value形式でまとめてデータを指定することができます。また、get/set()メソッドで値を取得/指定するとき、オブジェクトの階層をスラッシュで区切った"user/id/wiz-code"のようなクエリを使用することができます。さらにwatch()メソッドを使えば、任意のデータが変更されたタイミングで登録されたコールバックを実行できます。一方、PropsはユーザーIDのように基本的にデータが変更されないものを格納します。こちらはpropsオプションにまとめて指定します。Methodsはコールバック関数内で何度も使用されるようなメソッドを登録し、methodsオプションに指定します。なお、インスタンス作成後にPropsとMethodsを追加する場合は、それぞれsetProp()とsetMethod()などを通じて追加します。

Machine/State/Transition/Regionクラスのデータ操作

• has ( String $query )
• get( String $query )
• set( String $query, Mixed $value ) または set( Object $object ) /* required JSON data type */
• unset( String $query )
• merge( String $query, Mixed $value ) または merge( Object $object ) /* required JSON data type */
• save()
• restore()
• clear()
• watch( String $query, Function $listener )
• unwatch( String $query, Function $listener )
• getProp( String $query )
• getMethod( String $query )
• setProp( String $query, Mixed $value )
• setMethod( String $query, Mixed $value [, Elem $context ] )
• mergeProp( String $query, Mixed $value )
• mergeMethod( String $query, Mixed $value [, Elem $context ] )

State/Transitionクラスの上位の状態に対するデータ操作

• $has( String $query )
• $get( String $query )
• $set( String $query, Mixed $value ) または $set( Object $object ) //require JSON data type
• $unset( String $query )
• $getProp( String $query )
• $getMethod( String $query )
• $setProp( String $query, Mixed $value )
• $setMethod( String $query, Mixed $value [, Elem $context ] )

使用例

var state1 = new FSM.State('state1', {
    data: {
        score: 10000,
    },
    props: {
        'user-id': 'abcde',
    },
    entryAction: function (transit) {
        console.log( this.get('score') ); //10000
        console.log( this.props['user-id'] ); //abcde
    },
});

state1.set('score', 0);
state1.get('score'); //0

state1.set({
    score: {
        stage1: 30000
    }
});
state1.get('score/stage1'); //30000

state1.watch('score/stage1', function (e) {
    //e.event, e.target, e.currentTarget, e.value, e.oldValue

    if (e.value > 50000) {
        console.log('High Score!!')
    }
});

グループ/全体で共有するデータ

State/Transitionクラスは上記のインスタンス固有のデータの他、上位の階層のMachine/State/Regionインスタンスのデータストアにアクセスすることができます。こちらは$get()・$set()メソッドでデータ取得・設定します。$get()メソッドは指定されたクエリでundefined以外の値が取得されるまで、親要素をさかのぼって探索していきます。$set()メソッドも同様に親要素を探索し、undefined以外の値に行き当たったとき、そこで初めて値を設定します。

state.set('group-id', '12345');

var subState = new FSM.State('sub-state', {
    entryAction: function () {
        console.log( this.$get('group-id') ); //'12345'
    },
});

また、システムの最上位の要素（Machineインスタンス）のデータにアクセスするには、getRoot()メソッドでMachineインスタンスの参照を得る方法があります。

machine.props['request-url'] = 'http://abc.abc.abc/';
machine.methods['hello-world'] = function () { console.log('Hello, World!'); };

var state = new FSM.State('state', {
    entryAction: function () {
        var root = this.getRoot();
        console.log( root.props['request-url'] ); //'http://abc.abc.abc/'
        root.methods['hello-world'](); //Hello, World!
    },
});

注意点として、StateクラスのオプションでループをONにした場合、Doアクティビティのコールバック関数に渡される引数の順番が変更されます。まず第1引数に前後のコールバック関数の実行時間の差分（Delta Time）がミリ秒単位で渡され、それに続いて条件によってTransitionインスタンスが渡されます。Delta Timeはアニメーションなどへの利用を想定しています。

var state = new FSM.State('state', {
    doActivity: function (deltaTime, transit) {
        console.log( deltaTime ); //16.6, 16.3, 16.9....
    },

    loop: true,
});