最近城市里甲流肆虐，口罩已經(jīng)成為了出門必備的物品。小悅也不得不開始采取防護(hù)措施，上下班過程中，將口罩戴起來以保護(hù)自己不受病毒的侵害。
每天下班后，小悅總是喜歡投入到自己的興趣愛好中，她熱衷于翻閱與IT相關(guān)的資料，希望能夠更深入地了解計算機(jī)科學(xué)。而她的大學(xué)同學(xué)小欣，則總是拿她開玩笑：“小悅啊，你是不是該考慮一下找男朋友？每天都在研究這些枯燥的算法，這可不像你啊?！?小悅總是笑笑不作回應(yīng)，她對自己的研究充滿熱情，對男朋友的事情并不著急。
最近，小悅無意中看到了一篇關(guān)于TCP/IP狀態(tài)轉(zhuǎn)換的介紹，這個算法細(xì)節(jié)并未詳細(xì)闡述，只在網(wǎng)上看到了狀態(tài)圖的介紹。這激發(fā)了她深入研究TCP/IP有限狀態(tài)機(jī)的興趣，她決定通過實現(xiàn)這個算法來更好地理解TCP/IP協(xié)議各狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的工作原理。
在實現(xiàn)TCP/IP有限狀態(tài)機(jī)模擬算法的過程中，小悅遇到了許多困難和挑戰(zhàn)。她需要設(shè)計一個能夠跟蹤TCP連接狀態(tài)的算法，并且需要使用字典來定義狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則。每個狀態(tài)作為字典的鍵，對應(yīng)的值是另一個字典，該字典包含了從當(dāng)前狀態(tài)觸發(fā)的事件和下一個狀態(tài)之間的映射關(guān)系。
為了實現(xiàn)這個算法，小悅開始思考如何著手。她首先定義了一個名為TraverseStates的方法，該方法接受一個字符串?dāng)?shù)組作為輸入，該數(shù)組包含了TCP連接中發(fā)生的事件。然后，她使用一個嵌套的字典tome來定義狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則。
在方法的主要邏輯中，小悅通過迭代給定的事件數(shù)組，從當(dāng)前狀態(tài)開始根據(jù)事件觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。如果在轉(zhuǎn)換規(guī)則中找不到與當(dāng)前狀態(tài)和事件匹配的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就返回"ERROR"。如果成功完成了所有事件的處理，最終返回最終狀態(tài)。
在實現(xiàn)過程中，小悅遇到了許多問題。例如，有時她會遇到事件數(shù)組中存在不合法事件的情況，導(dǎo)致算法無法正確處理。為了解決這個問題，她在代碼中增加了異常處理機(jī)制，對不合法事件進(jìn)行了過濾和忽略。
另外，她還發(fā)現(xiàn)有時在轉(zhuǎn)換規(guī)則中存在冗余的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。這些冗余的關(guān)系會導(dǎo)致算法的性能下降。為了解決這個問題，她對轉(zhuǎn)換規(guī)則進(jìn)行了優(yōu)化，去除了冗余的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。
在這個過程中，小欣也加入了她的研究。小欣的專業(yè)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對TCP/IP協(xié)議有深入的了解。她的加入為小悅的研究帶來了新的視角和想法。她們共同研究、探討，不斷優(yōu)化、測試和完善算法。每當(dāng)小欣看到小悅沉浸在研究中時，總會笑著說：“小悅啊，你還真是找到了你的另一半啊?！?小悅也會笑著回應(yīng)：“是啊，我對計算機(jī)情有獨(dú)鐘。”
最終，經(jīng)過反復(fù)的測試和優(yōu)化，小悅和小欣成功地實現(xiàn)了TCP/IP有限狀態(tài)機(jī)模擬算法。該算法能夠準(zhǔn)確地跟蹤TCP連接的狀態(tài)，并根據(jù)傳入的事件列表觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
?算法實現(xiàn)1：
1 public static string TraverseStates(string[] r) 2 { 3 // 定義一個名為tome的字典，用于存儲狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則 4 var tome = new Dictionary<string,Dictionary<string,string>>() 5 { 6 // 初始化狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則 7 {"CLOSED",new Dictionary<string,string>(){{"APP_PASSIVE_OPEN","LISTEN"},{"APP_ACTIVE_OPEN","SYN_SENT"}}}, 8 {"LISTEN",new Dictionary<string,string>(){{"RCV_SYN","SYN_RCVD"},{"APP_SEND","SYN_SENT"},{"APP_CLOSE","CLOSED"}}}, 9 {"SYN_SENT",new Dictionary<string,string>(){{"RCV_SYN","SYN_RCVD"},{"RCV_SYN_ACK","ESTABLISHED"},{"APP_CLOSE","CLOSED"}}}, 10 {"SYN_RCVD",new Dictionary<string,string>(){{"APP_CLOSE","FIN_WAIT_1"},{"RCV_ACK","ESTABLISHED"}}}, 11 {"ESTABLISHED",new Dictionary<string,string>(){{"APP_CLOSE","FIN_WAIT_1"},{"RCV_FIN","CLOSE_WAIT"}}}, 12 {"CLOSE_WAIT",new Dictionary<string,string>(){{"APP_CLOSE","LAST_ACK"}}}, 13 {"LAST_ACK",new Dictionary<string,string>(){{"RCV_ACK","CLOSED"}}}, 14 {"FIN_WAIT_1",new Dictionary<string,string>(){{"RCV_FIN","CLOSING"},{"RCV_FIN_ACK","TIME_WAIT"},{"RCV_ACK","FIN_WAIT_2"}}}, 15 {"FIN_WAIT_2",new Dictionary<string,string>(){{"RCV_FIN","TIME_WAIT"}}}, 16 {"CLOSING",new Dictionary<string,string>(){{"RCV_ACK","TIME_WAIT"}}}, 17 {"TIME_WAIT",new Dictionary<string,string>(){{"APP_TIMEOUT","CLOSED"}}} 18 }; 19 // 初始化狀態(tài)為"CLOSED" 20 var state = "CLOSED"; 21 // 遍歷輸入的字符串?dāng)?shù)組 22 foreach (var s in r){ 23 // 如果當(dāng)前狀態(tài)對應(yīng)的字典包含當(dāng)前輸入字符串，則更新狀態(tài)為對應(yīng)的新狀態(tài) 24 if (tome[state].ContainsKey(s)){state = tome[state][s];} 25 // 如果當(dāng)前狀態(tài)對應(yīng)的字典不包含當(dāng)前輸入字符串，則返回"ERROR" 26 else {return "ERROR";} 27 } 28 // 返回最終的狀態(tài) 29 return state; 30 }
這段代碼是一個簡單的TCP/IP狀態(tài)機(jī)實現(xiàn)，它模擬了TCP連接的建立和關(guān)閉過程。這個狀態(tài)機(jī)算法是基于有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine，F(xiàn)SM）的概念實現(xiàn)的。FSM 是一種數(shù)學(xué)模型，用于描述一些具有離散狀態(tài)的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在接收輸入時會發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換。FSM 還可以用于模擬計算機(jī)程序、電路設(shè)計、自動控制系統(tǒng)等方面。
在這個狀態(tài)機(jī)算法中，我們使用了一種稱為“狀態(tài)轉(zhuǎn)換表”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表是一個二維表格，其中每一行代表一個狀態(tài)，每一列代表一個輸入事件，每個單元格包含了從當(dāng)前狀態(tài)接收到某個輸入事件后應(yīng)該轉(zhuǎn)換到的下一個狀態(tài)。
下面是一個簡單的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，展示了從 "CLOSED" 狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列輸入事件后可能到達(dá)的各個狀態(tài)：
+------------+ RCV_SYN +------------+
| CLOSED |--------------------| SYN_RCVD |
+------------+ +------------+
| APP_ACTIVE_OPEN |
| |
| |
RCV_SYN_ACK RCV_ACK
| |
| |
v v
+------------+ +------------+
| SYN_SENT |--------------------| ESTABLISHED|
+------------+ RCV_FIN +------------+
| RCV_SYN_ACK | | RCV_FIN_ACK |
| | | |
| v | v
| +------------+ | +------------+
+-------| FIN_WAIT_1 | |-------| FIN_WAIT_2 |
+------------+ +------------+
RCV_FIN | | RCV_FIN | | RCV_FIN
| v | v
| +------------+ | +------------+
+---| CLOSING | |---| TIME_WAIT |
+------------+ +------------+
RCV_ACK | APP_TIMEOUT
|
v
+------------+
| CLOSED |
+------------+
在這個狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中，每個圓圈代表一個狀態(tài)，每個箭頭代表一個輸入事件或狀態(tài)轉(zhuǎn)換。例如，從 "CLOSED" 狀態(tài)開始，如果接收到 "APP_ACTIVE_OPEN" 輸入事件，狀態(tài)將會轉(zhuǎn)換到 "SYN_SENT" 狀態(tài)。如果在 "SYN_SENT" 狀態(tài)接收到 "RCV_SYN_ACK" 輸入事件，狀態(tài)將會轉(zhuǎn)換到 "ESTABLISHED" 狀態(tài)。
TCP（Transmission Control Protocol）是互聯(lián)網(wǎng)中最重要的協(xié)議之一，它是由美國國防部高級研究計劃局（ARPA）在20世紀(jì)70年代末和80年代初開發(fā)的。TCP協(xié)議的設(shè)計者是Vinton Cerf和Bob Kahn等人，他們在設(shè)計TCP時面臨了許多挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)包丟失、網(wǎng)絡(luò)擁塞、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘葐栴}。由于他們在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面作出的杰出貢獻(xiàn)，他們獲得了2004年的圖靈獎。
在TCP協(xié)議的設(shè)計過程中，狀態(tài)機(jī)起到了非常重要的作用。通過狀態(tài)機(jī)，TCP協(xié)議可以清晰地定義連接的不同狀態(tài)（如CLOSED、LISTEN、SYN_SENT等），以及在不同狀態(tài)下接收到不同事件時的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則。這種設(shè)計使得TCP協(xié)議能夠在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸和連接管理。
使用測試用例 TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE" })，我們可以解釋算法1實現(xiàn)TCP/IP狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)過程：
-
首先，定義了一個名為tome的字典，其中包含了每個狀態(tài)對應(yīng)的可能事件以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則。
-
初始化狀態(tài)為"CLOSED"。
-
接下來，遍歷輸入的字符串?dāng)?shù)組。對于每個輸入的字符串，算法會檢查當(dāng)前狀態(tài)對應(yīng)的字典中是否包含該輸入字符串。如果包含，則更新狀態(tài)為對應(yīng)的新狀態(tài)；如果不包含，則返回"ERROR"。
-
根據(jù)給定的測試用例 TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE" })，算法將依次處理輸入的事件序列：
- "APP_PASSIVE_OPEN"：根據(jù)狀態(tài)"CLOSED"對應(yīng)的字典，更新狀態(tài)為"LISTEN"。
- "RCV_SYN"：根據(jù)狀態(tài)"LISTEN"對應(yīng)的字典，更新狀態(tài)為"SYN_RCVD"。
- "RCV_ACK"：根據(jù)狀態(tài)"SYN_RCVD"對應(yīng)的字典，更新狀態(tài)為"ESTABLISHED"。
- "APP_CLOSE"：根據(jù)狀態(tài)"ESTABLISHED"對應(yīng)的字典，更新狀態(tài)為"FIN_WAIT_1"。
-
最終返回狀態(tài)"FIN_WAIT_1"作為輸出。
?了解了狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的基本原理后，可以給算法1加入委托事件，這樣的狀態(tài)機(jī)就有一定的實用價值了，示例代碼：
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 4 public delegate void StateChangedEventHandler(string newState); 5 6 public static string TraverseStates(string[] r, Dictionary<string, Dictionary<string, (string newState, Action eventAction)>> stateMap, StateChangedEventHandler stateChangedEvent) 7 { 8 var state = "CLOSED"; 9 foreach (var s in r) 10 { 11 if (stateMap.ContainsKey(state) && stateMap[state].ContainsKey(s)) 12 { 13 state = stateMap[state][s].newState; 14 stateChangedEvent?.Invoke(state); // 觸發(fā)狀態(tài)改變事件 15 stateMap[state][s].eventAction?.Invoke(); // 調(diào)用下一個狀態(tài)委托的事件 16 } 17 else 18 { 19 return "ERROR"; 20 } 21 } 22 return state; 23 } 24 25 public static void Main() 26 { 27 var stateMap = new Dictionary<string, Dictionary<string, (string newState, Action eventAction)>>() 28 { 29 // 初始化狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則及委托事件定義 30 {"CLOSED",new Dictionary<string, (string, Action)>(){{"APP_PASSIVE_OPEN",("LISTEN", null)},{"APP_ACTIVE_OPEN",("SYN_SENT", null)}}}, 31 {"LISTEN",new Dictionary<string, (string, Action)>(){{"RCV_SYN",("SYN_RCVD", null)},{"APP_SEND",("SYN_SENT", null)},{"APP_CLOSE",("CLOSED", null)}}}, 32 {"SYN_SENT",new Dictionary<string, (string, Action)>(){{"RCV_SYN",("SYN_RCVD", null)},{"RCV_SYN_ACK",("ESTABLISHED", null)},{"APP_CLOSE",("CLOSED", null)}}}, 33 // 其他狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則... 34 }; 35 36 StateChangedEventHandler stateChangedEvent = (newState) => { 37 Console.WriteLine($"State changed to {newState}"); 38 }; 39 40 string[] input = {"APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN_ACK", "APP_CLOSE"}; 41 var finalState = TraverseStates(input, stateMap, stateChangedEvent); 42 Console.WriteLine($"Final state: {finalState}"); 43 }
?算法實現(xiàn)2：
1 public static string TraverseStates(string[] events) 2 { 3 //TraverseStates 方法接收一個字符串?dāng)?shù)組 events，表示 TCP 協(xié)議中的事件序列。首先創(chuàng)建一個 StateMachineBuilder 對象，并調(diào)用 SetInitialState 和 SetErrorState 方法設(shè)置初始狀態(tài)和錯誤狀態(tài)。然后通過調(diào)用 AddState 方法添加每個狀態(tài)，并使用 AddTransition 方法添加每個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則。最后調(diào)用 Build 方法生成一個完整的狀態(tài)機(jī)對象。接著使用 foreach 循環(huán)遍歷事件序列，對每個事件調(diào)用 Process 方法進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并更新當(dāng)前狀態(tài)。最終返回最后一個狀態(tài)的名稱。 4 var fsm = new StateMachineBuilder() 5 .SetInitialState("CLOSED") 6 .SetErrorState("ERROR") 7 .AddState("ERROR") 8 .Back() 9 .AddState("CLOSED") 10 .AddTransition("APP_PASSIVE_OPEN", "LISTEN") 11 .AddTransition("APP_ACTIVE_OPEN", "SYN_SENT") 12 .Back() 13 .AddState("LISTEN") 14 .AddTransition("RCV_SYN", "SYN_RCVD") 15 .AddTransition("APP_SEND", "SYN_SENT") 16 .AddTransition("APP_CLOSE", "CLOSED") 17 .Back() 18 .AddState("SYN_RCVD") 19 .AddTransition("APP_CLOSE", "FIN_WAIT_1") 20 .AddTransition("RCV_ACK", "ESTABLISHED") 21 .Back() 22 .AddState("SYN_SENT") 23 .AddTransition("RCV_SYN", "SYN_RCVD") 24 .AddTransition("RCV_SYN_ACK", "ESTABLISHED") 25 .AddTransition("APP_CLOSE", "CLOSED") 26 .Back() 27 .AddState("ESTABLISHED") 28 .AddTransition("APP_CLOSE", "FIN_WAIT_1") 29 .AddTransition("RCV_FIN", "CLOSE_WAIT") 30 .Back() 31 .AddState("FIN_WAIT_1") 32 .AddTransition("RCV_FIN", "CLOSING") 33 .AddTransition("RCV_FIN_ACK", "TIME_WAIT") 34 .AddTransition("RCV_ACK", "FIN_WAIT_2") 35 .Back() 36 .AddState("CLOSING") 37 .AddTransition("RCV_ACK", "TIME_WAIT") 38 .Back() 39 .AddState("FIN_WAIT_2") 40 .AddTransition("RCV_FIN", "TIME_WAIT") 41 .Back() 42 .AddState("TIME_WAIT") 43 .AddTransition("APP_TIMEOUT", "CLOSED") 44 .Back() 45 .AddState("CLOSE_WAIT") 46 .AddTransition("APP_CLOSE", "LAST_ACK") 47 .Back() 48 .AddState("LAST_ACK") 49 .AddTransition("RCV_ACK", "CLOSED") 50 .Back() 51 .Build(); 52 53 var nextState = string.Empty; 54 55 foreach (var @event in events) 56 { 57 nextState = fsm.Process(@event); 58 } 59 60 return nextState; 61 } 62 63 //在 StateMachineBuilder 類中，使用 Dictionary 存儲所有狀態(tài)的 StateBuilder 對象，用于后續(xù)構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則。通過調(diào)用 AddState 方法添加每個狀態(tài)，并使用 SetInitialState 和 SetErrorState 方法設(shè)置初始狀態(tài)和錯誤狀態(tài)。最后通過調(diào)用 Build 方法將所有狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則組裝成一個完整的狀態(tài)機(jī)對象。 64 class StateMachineBuilder 65 { 66 private readonly Dictionary<string, StateBuilder> states; 67 private string initialState = null; 68 private string errorState = null; 69 70 public StateMachineBuilder() 71 { 72 states = new Dictionary<string, StateBuilder>(); 73 } 74 75 public StateBuilder AddState(string name) 76 { 77 var state = new StateBuilder(this, name); 78 this.states.Add(name, state); 79 return state; 80 } 81 82 public StateMachineBuilder SetInitialState(string state) 83 { 84 this.initialState = state; 85 return this; 86 } 87 88 public StateMachineBuilder SetErrorState(string state) 89 { 90 this.errorState = state; 91 return this; 92 } 93 94 public StateMachine Build() 95 { 96 var states = this.states.Values.Select(state => state.Build()).ToDictionary(state => state.Name); 97 var errorState = states[this.errorState]; 98 var initialState = states[this.initialState]; 99 return new StateMachine(states, initialState, errorState); 100 } 101 } 102 103 //在 StateBuilder 類中，使用 Dictionary 存儲當(dāng)前狀態(tài)的所有轉(zhuǎn)換規(guī)則。通過調(diào)用 AddTransition 方法添加每個轉(zhuǎn)換規(guī)則。通過調(diào)用 Back 方法返回上一級的 StateMachineBuilder 對象，并通過調(diào)用 Build 方法生成當(dāng)前狀態(tài)的 State 對象。 104 class StateBuilder 105 { 106 private readonly Dictionary<string, string> transitions; 107 private readonly StateMachineBuilder parent; 108 private readonly string name; 109 110 public StateBuilder(StateMachineBuilder parent, string name) 111 { 112 this.parent = parent; 113 this.name = name; 114 this.transitions = new Dictionary<string, string>(); 115 } 116 117 public StateBuilder AddTransition(string @event, string nextState) 118 { 119 this.transitions.Add(@event, nextState); 120 return this; 121 } 122 123 public StateMachineBuilder Back() => this.parent; 124 public State Build() => new State(this.name, this.transitions); 125 } 126 127 //在 StateMachine 類中，使用 Dictionary 存儲所有狀態(tài)的 State 對象，用于后續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過調(diào)用 Process 方法進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并更新當(dāng)前狀態(tài)。如果當(dāng)前狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則中不包含當(dāng)前事件，則返回錯誤狀態(tài)的名稱。 128 class StateMachine 129 { 130 private readonly Dictionary<string, State> states; 131 private State currentState; 132 private State errorState; 133 134 public StateMachine(Dictionary<string, State> states, State initialState, State errorState) 135 { 136 this.states = states; 137 this.currentState = initialState; 138 this.errorState = errorState; 139 } 140 141 public string Process(string @event) 142 { 143 this.currentState = this.states[this.currentState.Process(@event)]; 144 return this.currentState.Name; 145 } 146 } 147 148 //在 State 類中，存儲當(dāng)前狀態(tài)的名稱和所有轉(zhuǎn)換規(guī)則。通過調(diào)用 Process 方法處理當(dāng)前事件，并返回下一個狀態(tài)的名稱。如果當(dāng)前狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則中不包含當(dāng)前事件，則返回錯誤狀態(tài)的名稱。 149 class State 150 { 151 private readonly Dictionary<string, string> transitions; 152 public string Name { get; private set; } 153 154 public State(string name, Dictionary<string, string> transitions) 155 { 156 this.Name = name; 157 this.transitions = transitions; 158 } 159 160 public string Process(string @event) 161 { 162 if (!this.transitions.TryGetValue(@event, out var nextState)) 163 { 164 return "ERROR"; 165 } 166 167 return nextState; 168 } 169 }
算法2實現(xiàn)了一個有限狀態(tài)機(jī)，用于模擬 TCP 協(xié)議的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。具體實現(xiàn)方式是使用了建造者模式，將狀態(tài)機(jī)的構(gòu)建過程分解為多個步驟，每個步驟對應(yīng)一個建造者對象，最終通過調(diào)用?Build()?方法將所有建造者對象組裝成一個完整的狀態(tài)機(jī)對象。
在這個有限狀態(tài)機(jī)中，狀態(tài)被抽象為一個名為?State?的類，包含狀態(tài)名稱和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則（即從當(dāng)前狀態(tài)處理某個事件后，轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)的規(guī)則）。狀態(tài)機(jī)被抽象為一個名為?StateMachine?的類，包含當(dāng)前狀態(tài)、錯誤狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法。建造者對象被抽象為一個名為?StateMachineBuilder?的類，包含多個?StateBuilder?對象，用于構(gòu)建每個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則。
算法1（直接實現(xiàn)）的優(yōu)點(diǎn)：
- 直接實現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的構(gòu)建和狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯，代碼相對簡單直接，適用于簡單的狀態(tài)機(jī)。
- 不需要引入額外的設(shè)計模式，代碼結(jié)構(gòu)相對簡單，易于理解和上手。
算法1的缺點(diǎn)：
- 對于復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，直接實現(xiàn)可能會使得代碼結(jié)構(gòu)變得混亂，不易維護(hù)和擴(kuò)展。
- 可能會將狀態(tài)機(jī)的構(gòu)建邏輯和狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯耦合在一起，不利于代碼的分層和模塊化。
算法2（建造者模式）的優(yōu)點(diǎn)：
- 可以將狀態(tài)機(jī)的構(gòu)建過程分解為多個步驟，每個步驟對應(yīng)一個建造者對象，使得構(gòu)建過程更加靈活和可控。
- 通過建造者模式將狀態(tài)機(jī)的構(gòu)建過程與表示分離，使得代碼結(jié)構(gòu)更加清晰，易于維護(hù)和擴(kuò)展。
- 可以在建造者對象中進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則的設(shè)置，使得狀態(tài)機(jī)的構(gòu)建過程更加模塊化和可復(fù)用。
算法2的缺點(diǎn)：
- 建造者模式引入了多個建造者對象，增加了代碼的復(fù)雜度，可能會使得代碼量增加。
- 對于簡單的狀態(tài)機(jī)，引入建造者模式可能會顯得過于繁瑣和復(fù)雜。
以實際應(yīng)用場景說明：假設(shè)我們有一個復(fù)雜的自動駕駛系統(tǒng)，其中包含了多種車輛狀態(tài)（行駛中、停車中、充電中、故障中等），以及各種復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則（例如在行駛中狀態(tài)下，如果檢測到障礙物需要切換到停車狀態(tài)，然后根據(jù)充電狀態(tài)和電量情況決定是否前往充電站等）。在這種情況下，如果用算法1直接實現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的邏輯，可能會將所有狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則耦合在一起，導(dǎo)致代碼結(jié)構(gòu)變得混亂，不易維護(hù)和擴(kuò)展。這種場景適合使用算法2。
?測試用例：
1 using NUnit.Framework; 2 using System; 3 using System.Collections.Generic; 4 using System.Linq; 5 6 public class SolutionTest 7 { 8 9 [Test] 10 public void FixedTests() 11 { 12 Assert.AreEqual("FIN_WAIT_1", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE" })); 13 Assert.AreEqual("ESTABLISHED", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK" })); 14 Assert.AreEqual("SYN_RCVD", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN" })); 15 Assert.AreEqual("LISTEN", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN" })); 16 Assert.AreEqual("CLOSED", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN", "APP_CLOSE" })); 17 Assert.AreEqual("TIME_WAIT", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN", "APP_CLOSE", "RCV_FIN", "RCV_ACK" })); 18 Assert.AreEqual("CLOSED", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN", "APP_CLOSE", "RCV_FIN", "RCV_ACK", "APP_TIMEOUT" })); 19 Assert.AreEqual("ERROR", TCP.TraverseStates(new[] { "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE" })); 20 Assert.AreEqual("FIN_WAIT_2", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN", "APP_CLOSE", "RCV_ACK" })); 21 Assert.AreEqual("CLOSE_WAIT", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN_ACK", "RCV_FIN" })); 22 Assert.AreEqual("LAST_ACK", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN_ACK", "RCV_FIN", "APP_CLOSE" })); 23 Assert.AreEqual("SYN_SENT", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN" })); 24 Assert.AreEqual("CLOSED", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "APP_CLOSE" })); 25 Assert.AreEqual("FIN_WAIT_1", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN_ACK", "APP_CLOSE" })); 26 Assert.AreEqual("ERROR", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_PASSIVE_OPEN" })); 27 Assert.AreEqual("TIME_WAIT", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE", "RCV_FIN_ACK", "APP_TIMEOUT", "APP_ACTIVE_OPEN", "RCV_SYN", "APP_CLOSE", "RCV_FIN", "RCV_ACK" })); 28 Assert.AreEqual("ERROR", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE", "RCV_SYN" })); 29 Assert.AreEqual("ERROR", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "APP_CLOSE", "RCV_SYN" })); 30 Assert.AreEqual("FIN_WAIT_1", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE" })); 31 Assert.AreEqual("CLOSING", TCP.TraverseStates(new[] { "APP_PASSIVE_OPEN", "RCV_SYN", "RCV_ACK", "APP_CLOSE", "RCV_FIN" })); 32 } 33 34 //------------------------------------------ 35 36 private static string[] ALL_CMDS = "APP_PASSIVE_OPEN, APP_ACTIVE_OPEN, APP_SEND, APP_CLOSE, APP_TIMEOUT, RCV_SYN, RCV_ACK, RCV_SYN_ACK, RCV_FIN, RCV_FIN_ACK".Split(", "); 37 38 private static string START = "CLOSED", ERROR = "ERROR"; 39 40 private static Dictionary<string, Dictionary<string, string>> STATES = new Dictionary<string, Dictionary<string, string>>() 41 { 42 ["CLOSED"] = new Dictionary<string, string> { ["APP_PASSIVE_OPEN"] = "LISTEN", ["APP_ACTIVE_OPEN"] = "SYN_SENT" }, 43 ["LISTEN"] = new Dictionary<string, string> { ["RCV_SYN"] = "SYN_RCVD", ["APP_SEND"] = "SYN_SENT", ["APP_CLOSE"] = "CLOSED" }, 44 ["SYN_RCVD"] = new Dictionary<string, string> { ["APP_CLOSE"] = "FIN_WAIT_1", ["RCV_ACK"] = "ESTABLISHED" }, 45 ["SYN_SENT"] = new Dictionary<string, string> { ["RCV_SYN"] = "SYN_RCVD", ["RCV_SYN_ACK"] = "ESTABLISHED", ["APP_CLOSE"] = "CLOSED" }, 46 ["ESTABLISHED"] = new Dictionary<string, string> { ["APP_CLOSE"] = "FIN_WAIT_1", ["RCV_FIN"] = "CLOSE_WAIT" }, 47 ["FIN_WAIT_1"] = new Dictionary<string, string> { ["RCV_FIN"] = "CLOSING", ["RCV_FIN_ACK"] = "TIME_WAIT", ["RCV_ACK"] = "FIN_WAIT_2" }, 48 ["CLOSING"] = new Dictionary<string, string> { ["RCV_ACK"] = "TIME_WAIT" }, 49 ["FIN_WAIT_2"] = new Dictionary<string, string> { ["RCV_FIN"] = "TIME_WAIT" }, 50 ["TIME_WAIT"] = new Dictionary<string, string> { ["APP_TIMEOUT"] = "CLOSED" }, 51 ["CLOSE_WAIT"] = new Dictionary<string, string> { ["APP_CLOSE"] = "LAST_ACK" }, 52 ["LAST_ACK"] = new Dictionary<string, string> { ["RCV_ACK"] = "CLOSED" } 53 }; 54 55 private Random rnd = new Random(); 56 private int Rand(int a, int b) => a + rnd.Next(b - a); 57 private int Rand(int a) => rnd.Next(a); 58 private string Choice(string[] stuff) => stuff[Rand(stuff.Length)]; 59 private string[] GetCmdsOf(string state) => STATES[state].Keys.ToArray(); 60 61 [Test] 62 public void RandomTests() 63 { 64 DoTests(100, 2, 5, 79); 65 DoTests(100, 10, 51, 97); 66 } 67 68 private void DoTests(int nTests, int nCmdMin, int nCmdMax, int endProba) 69 { 70 for (int n = 0; n < nTests; n++) 71 { 72 string state = START, last = null; 73 var cmds = new List<string>(); 74 var x = Rand(nCmdMin, nCmdMax); 75 76 for (int i = 0; i < x; i++) 77 { 78 var endIt = Rand(0, 100) > endProba; 79 last = Choice(endIt ? ALL_CMDS : GetCmdsOf(state)); 80 state = STATES[state].GetValueOrDefault(last, ERROR); 81 cmds.Add(last); 82 if (endIt) break; 83 } 84 Assert.AreEqual(state, TCP.TraverseStates(cmds.ToArray())); 85 } 86 } 87 }
?RandomTests()是一個隨機(jī)測試算法，它使用了隨機(jī)數(shù)生成器來執(zhí)行一系列測試。在代碼中，定義了一些輔助方法來生成隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)選擇數(shù)組中的元素。在RandomTests方法中，調(diào)用了DoTests方法來執(zhí)行一定數(shù)量的測試。DoTests方法中，使用循環(huán)生成隨機(jī)數(shù)量的命令，并根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表來更新狀態(tài)，并將命令添加到列表中。最后，使用斷言來驗證狀態(tài)轉(zhuǎn)移的正確性。整體來說，這段代碼利用隨機(jī)性來執(zhí)行測試，以發(fā)現(xiàn)潛在的問題和錯誤。
隨機(jī)測試的概念在軟件工程和計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)存在了很長時間。早期的軟件測試主要集中在手動編寫測試用例和靜態(tài)分析上，但是隨著軟件規(guī)模的增長和復(fù)雜性的提高，傳統(tǒng)的測試方法變得不夠高效。
隨機(jī)測試的概念是在20世紀(jì)70年代提出的，最初用于測試編譯器和解釋器。隨機(jī)測試的理念是利用隨機(jī)性來生成測試用例，以期望發(fā)現(xiàn)一些邊緣情況和異常行為，從而提高軟件的質(zhì)量和穩(wěn)定性。隨機(jī)測試方法在軟件測試領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在開源軟件和大型系統(tǒng)中。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-747112.html
隨機(jī)測試的方法和技術(shù)也在不斷發(fā)展和演進(jìn)，包括基于模型的隨機(jī)測試、符號執(zhí)行、模糊測試等。隨機(jī)測試已經(jīng)成為了軟件測試領(lǐng)域中重要的一種測試方法，對于發(fā)現(xiàn)軟件中的潛在問題和錯誤具有重要作用。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-747112.html
到了這里，關(guān)于【算法】狀態(tài)之美，TCP/IP狀態(tài)轉(zhuǎn)換探索的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
