用状态机封装领域逻辑 潘加宇 CONTENTS 01 状态机的作用 02 状态机要点和建模思路 03 状态机的实现 危险！ 小孩耍大枪 危险！ 新瓶装旧酒  Research？Re-Search？  连Re-Search都没有，随意发明新词  Subdomain？主题图。 测试 答对问题有奖金 金额从2.56元到20.48元 请扫我微信以便当场转账 加微信时烦告知尊姓大名 学校里经常教的  编译原理  电子设计自动化  通信协议  …… 作用 三个不同的图 图形 视角 映射到实现 类图 全局、静态 类的签名 序列图 局部（用例）、动态 类之间的协作 状态机图 类、动态 所有的逻辑 测试 答对问题有奖金 金额从2.56元到20.48元 请扫我微信以便当场转账 加微信时烦告知尊姓大名 作用 逻辑内移 都以为自己在做正常的事情， 系统却出问题了 减少get/set  接口变简单 要素 状态 行为由组合决定 复杂就在这里！ 状态－－表现相同行为的属性值和链接的组合 状态 状态机图 vs. 活动图 顶点和边的含义相反 不同的思考范型 “状态的类”要说得通！ 状态 网络上随便搜来 的“状态机图” 状态 子状态 互斥 状态 分层复用行为 提炼公共迁移 状态 缺省和历史  不是“流程开始”的意思  进入状态时，缺省的子状态

第二章至第十章展示了 ��� 的各种视图 同时显示了各种结构如何配合工作 ��� 一 览中 以一个简单的例子开始 对 ��� 的视图 概念作了简单的介绍 然后 在后续的 章节中 静态视图 用例视图 状态机视图 活动视图 交互视图 物理视图 模型管理 视图 扩展机制 对各个视图进行详细的讨论 它们分别从静态建模机制 动态建模机制 模型管理机制以及扩展机制对 ��� 进行探讨 � ��� 标准元素讨 ���������������������������������������������������������������������������������������������� �� 状态机视图������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� ��� 状态机视图 状态机视图 状态机视图 状态机视图 STATE MACHINE VIEW ���������������������������������������������������������������������������������

Realized State之间的差 距，维持最终一致性 Ø 定期处理集群中的事件 Ø 系统必须是幂等的 控制器的设计理念 控制逻辑应该只依赖于当前状态 假设任何错误的可能，并做容错处理 尽量避免复杂状态机，逻辑不要依赖无法监控的内部状 态 每个模块都可以在必要时优雅地降级服务 每个模块都可以在出错后自动恢复 假设任何命令都可能被任何调用对象拒绝，甚至返回错 误结果 声明式自愈系统的现有框架——Kubernetes 声明式自愈系统设计理念的回顾 统一接口 和对象模 型 自愈 能力 幂等操 作和状 态机 DS 和 RS Desired State 可重用部分 已完全实现 要在领域内 自己实现 如何设计好状态机和自愈协议？ Writing Correct Software Is Hard! Math and Thinking Can Help Us! Ø TLA+ 是用来给（软件或硬件）系统建模的语言 Leslie Lamport TLA+试图用状态机而不是计算过程描述系统 更加关注系统的非正常输入 更加关注系统的稳定性可用性等特性而不是系统输出 分布式系统环境下没有单一的输入输出 TLA+是一种适合定义状态机的语言 定义一个状态机需要： 1. 定义所有可能的初始状态 2. 定义在特定状态下可能有哪些状态转换 一个程序可以用状态机描述 定义一个状态机需要： 1. 定义变量 2. 定义所有可能的初始状态

大多数副本成功即可返回成功 • 速度取决于写的较快的大多数RAFT协议简介 • Leader：负责从客户端接受日志，把日志复制到其 他服务器，当保证安全性的时候告诉其他服务器应用 日志条目到他们的状态机中。 • Candidate: 发起选举。获取大多数选票的候选人将 成为领导者。 • Follower: 响应来自其他服务器的请求，如果接受不 到消息，就变成候选人并发起一次选举。 • 时间被 选举失败，这个任期就会没有领导⼈⽽结束。 raft选举leader raft任期RAFT协议简介 raft复制状态机 1. leader收到客户端的请求。 2. leader把请求指令记录下来，写入日志，然后并⾏发 给其他的服务器，让他们复制这条⽇志。 3. 当这条⽇志条⽬被安全的复制，leader会应⽤这条⽇ 志条⽬到它的状态机中。 4. 然后把执⾏的结果返回给客户端。 • 提供命令在多个节点之间有序复制和执行，当多个节 raft协议提出之后，涌现出了非常多的实现，比如etcd，braft，tikv等。 • braft是raft的一个实现，实现了raft的一致性协议和复制状态机，而且提供了一种通用的基础库。基 于braft，可以基于自己的业务逻辑构建自己的分布式系统。 • braft本身不提供server功能，需要业务自己实现状态机。 Node（一个raft实例） int init(const NodeOptions& options); void

确 确定 定 定该程序会正确运行（即按照类型描述的规范运行）。 然而在现实中，软件依赖于状态，很多组件则依赖于状态机。它们可以描述像 奔 奃 奐 这样的网络传输协 议， 实现事件驱动的系统以及正则表达式的匹配。此外，像网络 奓 奯奣 奫 奥 奴 和文件这类的很多基础资源， 都由状态机隐式地管理；特定操作只有在资源处于特定状态时才可行，而这些操作也可以改变底层资源 的状态。 例如，只有向已建立连接的网络 例如，只有向已建立连接的网络 奓 奯奣 奫 奥 奴 发送消息才有意义，关闭 奓 奯奣 奫 奥 奴 会将其状态从“打开 ”切换为“关闭”。 状态机同样可以编码重要的安全性质。比如，在一个 奁奔 奍 （自动取款机）的软件 实现中， 有一点性质非常重要：奁奔 奍 只有在卡片插入且通过密码验证的状态下才能吐出钞票。 本教程将介绍Control.ST 库，它支持对带有状态和副作用的程序进行编程和推理。 该库已包含在 奉 奤 奲 型来描述带有状态的函数，以及 ST 用来描述顶层的状态转移。 接下来的章节（用类型表示状态机 夨 姩 妡妵 夷夸天 ）描述了如何用类型表示状态机，以及如何定义接 接 接口 口 口以描述带有状态的系统。之后（复合状态 机 夨 姩 妡妵 夸夵天 ）描述了如何复合带有多个状态机的系统。 它解释了如何实现同时使用多个状态机的系统， 以及如何基于低级系统来实现高级的带有状态的系统。 最后（示例：网络 S o cket

有问题，总会碰到断连不重 连的情况 • 上游发出来的订单状态机顺序因为⽹络问题会发⽣乱序，影 响我的计算流程 • 上游的业务团队会调整发出来的业务消息，经常导致下游发 ⽣故障 举例 公司内和队列相关的业务总是出故障，⽐如： • 公司⾥的团队使⽤的 kafka sdk 有问题，总会碰到断连不重 连的情况 • 上游发出来的订单状态机顺序因为⽹络问题会发⽣乱序，影 响我的计算流程 •

ResearchAndMarkets.com Python赋能智慧物流 1-行业背景 · AMR调度系统 AGV/AMR两大核心技术领域 AGV/AMR本体定位/控制技 术 AGV/AMR集群调度系统 -状态机 -通讯模块 -运动控制 -任务执行 -外设 对接 -任务调度 -路径规划 -交通管制 -AMR控 制 -外设对接 Python赋能智慧物流 1-行业背景 · 传统AMR调度系统 - 部署限制 Dynamic A* D* Lite F = g + h h：传统启发函数+额外代价 Python赋能智慧物流 2-系统/模型实现 · 增强系统鲁棒性 - 准确的抛出异常，快速处理 - 引入状态机，在稳定状态中判断 - “高内聚，低耦合” - 判断数据的时效性 Python赋能智慧物流 2-系统/模型实现 · 产品价值 Python赋能智慧物流 2-系统/模型实现 应 用 层 驱

• Ownership 与 Lifetime • 无栈协程 Async Rust 回顾 Rust 的无栈协程抽象 — Future Async Rust 回顾 • 通过 poll 驱动的状态机 • 组合嵌套为调度单元： Task • async fn 语法糖 Async Rust 观测与调试的痛点 Async Rust 回顾 • 特性： Future 灵活的可组合性 • 任意定制 Tree 简化实现 • 无 Unsafe 代码 Await Tree 的实现 Await Tree 的设计原理与实现 • Future Adapter API 设计 • Adapter 内部维护状态机以操作 Await-Tree Await-Tree Async Rust 可观测性的灵丹妙药 Await-Tree 的 设计原理与实现 2 回顾 Async Rust 的设计与痛点 1

consensus algorithm” Raft⼀一致性算法 2014 线性 任⼀一时刻⾄至多只有⼀一个请求在执⾏行行 幂等 使⽤用相同参数重复执⾏行行，能获得相同结果 复制状态机 Replication 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 lastApplied lastApplied commitIndex 顺序⼀一致 已提交位置之前的⽇日志具有不不变性。 对于提交的⽇日志，相同位置上Follower的⽇日志和Leader上是⼀一样的。 强⼀一致 如果两个节点上的⽇日志完全相同，并且这些⽇日志都已经被状态机执 ⾏行行，那么这两个节点的状态是相同的。 集群节点数越多性能越好吗？ NO 引⼊入Observers 并⾏行行复制-CAS Atomic Hardware Primitives: faa

处理被共识的 events ，更新状态机 （账户表） ○ 去重 & 更新余额 ○ 关键路径采用无锁单线程 账户层： Auticuro 分布式账务系统 1 2 3 4 ● 1. 接受转账请求，转换成 events ● 2. 将 events 送入 Raft 共识，等待 events 被多数节点保存 ● 3. 处理被共识的 events ，更新状态机 （账户表） ● 4. 回调完成请求