🧗🏻 🏝️ 🚺 अतुल्यकालिक राज्य मशीन: विचारधारा और प्रौद्योगिकी 🍀 👩🏾‍🤝‍👩🏽 👧🏻

प्रविष्टि

यह अच्छा है जब आपके अधीनस्थ कभी बीमार नहीं पड़ते हैं, मरते नहीं हैं, हमेशा काम पर मौजूद रहते हैं और प्रारंभिक तैयारी के बिना अपने आदेशों को पूरा करते हैं: "कॉल - उठो।" उदाहरण के लिए, ऐसी वेब सेवाएँ हैं जो REST मॉडल का पालन करती हैं (जो, यदि हम विशेष HTTP शब्दावली को छोड़ देते हैं, तो इस तथ्य से उब जाता है कि सेवा इंटरफ़ेस वास्तव में डेटा कंटेनर का इंटरफ़ेस है)।

वास्तविक जीवन में, मातहतों के पास एक बहती हुई नाक और मातृत्व अवकाश होता है, नेटवर्क कनेक्शन में टाइमआउट होता है, उड़ानों में मौसम होता है, और ठंड के मौसम में ऑटोमोबाइल इंजन के लिए आवश्यक निष्क्रिय समय होता है।

एक अतुल्यकालिक राज्य मशीन एक अमीर के साथ संस्थाओं का प्रबंधन करने के लिए एक सुविधाजनक शीर्ष-स्तरीय अमूर्त है और हमेशा अनुमान लगाने योग्य आंतरिक दुनिया नहीं है। ऐसी इकाई एक हार्डवेयर डिवाइस, एक नेटवर्क प्रोटोकॉल सत्र, या सिर्फ एक समानांतर चलने वाली प्रक्रिया हो सकती है, जिसका कोड आप नियंत्रित नहीं करते हैं।

एक अतुल्यकालिक राज्य मशीन की वास्तुकला नीचे वर्णित कई मानक समस्याओं को हल करती है जो उप-प्रणालियों के ललाट एकीकरण के दौरान उत्पन्न होती हैं, उनकी आंतरिक स्थिति को ध्यान में रखते हुए। इन समस्याओं में सबसे अधिक ध्यान देने योग्य है विविधता का अभाव (मैं भी कहूंगा - अपर्याप्त "गैल्वेनिक अलगाव") संकेत का सार और राज्यों के बीच संक्रमण, जो मशीन को DoS हमलों के लिए अस्थिर बनाता है। अन्य, कम स्पष्ट हैं - उदाहरण के लिए, एक उप-तंत्र नोड या इसके द्वारा उपयोग किए गए संसाधन का "अपर्याप्त परमाणु" प्रतिस्थापन।

शरीर रचना (वस्तु अपघटन)

राज्य मशीन मॉडल में निम्नलिखित बुनियादी इकाइयां शामिल हैं:

एक राज्य एक प्रबंधित प्रणाली के कामकाज का एक तरीका है जो प्रदान की गई क्षमताओं के मामले में दूसरों से अलग है। इस प्रकार, कैश और बफ़र्स के स्नैपशॉट, "बाड़ से दोपहर के भोजन तक" चक्रों के विकल्प और प्रबंधित प्रणाली के अन्य दुर्घटनाएं "राज्य" की अवधारणा में शामिल नहीं हैं। राज्यों के आदर्श में कुछ इकाइयाँ होनी चाहिए; यदि खाता दूसरे दस में चला गया - सबसे अधिक संभावना है, प्रबंधित प्रणाली खंडित या श्रेणीबद्ध होनी चाहिए।
एक शर्त सिस्टम के "इनपुट्स" में से एक पर एक तार्किक मान (सही या गलत) है। ऑटोमेटन के सभी इनपुट्स के राज्यों का सुपरपोजिशन ऑटोमेटन की लक्ष्य स्थिति को विशिष्ट रूप से निर्धारित करता है। इस प्रकार, कोई भी इनपुट संकेत जो मशीन की स्थिति के लिए महत्वपूर्ण है, अंततः एक या अधिक स्थितियों के मूल्य को निर्धारित करने के लिए नीचे आता है।
प्रतिक्रिया ऑटोमेटन की प्रतिक्रिया है जो वर्तमान स्थिति और लक्ष्य के बीच अंतर है। हमने मौलिक रूप से विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रिया के ढाई हिस्से को गिना: राज्यों, मार्ग और स्टॉप-रूट ("ईंट") के बीच सीधा संक्रमण। एक प्रत्यक्ष कूद भी एक खाली ऑपरेशन (एनओपी) हो सकता है - उदाहरण के लिए, यदि इनपुट में परिवर्तन एक अतुल्यकालिक ऑपरेशन के पूरा होने की सूचना के कारण होता है।

एक बार फिर: एक राज्य स्थितियों के एक समूह द्वारा निर्धारित किया जाता है, एक प्रतिक्रिया राज्यों की एक जोड़ी द्वारा निर्धारित की जाती है । इनपुट का कोई भी सेट किसी भी राज्य से जुड़ा हो सकता है - यानी इनपुट के किसी भी सेट के साथ सिस्टम की वांछित स्थिति अपरिभाषित नहीं होनी चाहिए।

रूट को "आलसी" सेट किया जाता है - प्रत्येक जोड़ी के लिए राज्यों के बीच जिसमें कोई सीधा संक्रमण नहीं होता है, एक मध्यवर्ती लक्ष्य राज्य निर्दिष्ट होता है। यह रूटिंग नेटवर्क पैकेट में एक गेटवे के समान है - एक अंतर के साथ: मार्गों को नेस्टेड किया जा सकता है।

प्रत्येक संक्रमण के बाद वांछित स्थिति पुनर्गणना होती है। इस प्रकार, इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि मार्ग अंत तक कवर किया जाएगा। यह राज्य मशीन की "स्वप्नशीलता" को कम करता है, अर्थात्, स्थिति में अप्रत्याशित परिवर्तन के लिए प्रतिक्रिया समय को कम करता है।

एक "स्टॉप रूट" एक ऐसा मार्ग है जिसमें प्रारंभिक और मध्यवर्ती राज्य मेल खाते हैं। इसका उपयोग राज्यों के जोड़े (वास्तविक और वांछनीय) को चिह्नित करने के लिए किया जाता है जिसमें कुछ भी नहीं किया जाना चाहिए, लेकिन जब तक वांछित राज्य नहीं बदल जाता है तब तक इंतजार करना चाहिए।

यदि आप जावा में लिखते हैं, तो एनम के रूप में शर्तों और राज्यों के सेट को परिभाषित करें, और ऑटोमेटन के अमूर्त कार्यान्वयन में, "स्थिति शब्द" और मार्ग और संक्रमण तालिकाओं के लिए EnumMap के लिए पैरामीटर, EnumSet का उपयोग करें। यह हठधर्मिता नहीं है। शायद, यह किसी भी तरह से अलग हो सकता है। लेकिन, जैसा कि अर्मेनियाई रेडियो कहता है, यह एक दया है।

फिजियोलॉजी (थ्रेडिंग और सिग्नलिंग)

एक संदेश पंक्ति पर एक अतुल्यकालिक राज्य मशीन का निर्माण करना सुविधाजनक है। Android (android.os पैकेज) पर एक मैसेजक्यू + लूपर + हैंडलर इंफ्रास्ट्रक्चर है जो हमारी आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करता है; "वयस्क" जावा में, आप थ्रेडपूल एक्ज़ीक्यूटर को एक ही धागे से या सिर्फ एक लूप का उपयोग कर सकते हैं जो लिंक्डब्लॉकिंग क्यू को पार्स करता है। यदि आपके पास संसाधन अवरोध नहीं हैं, तो चाय की पत्तियों को न छोड़े और प्रवाह में प्रत्येक प्रबंधित प्रणाली को आवंटित करें।

क्लाइंट कोड पर प्रतिक्रिया संदेश (डिफ़ॉल्ट रूप से, यह उन राज्यों की आईडी है जहां प्रबंधित सिस्टम जाता है, लेकिन कुछ उपयोगी परिणाम हो सकते हैं - दूध, बछड़े ...) ग्राहकों की थ्रेड-सुरक्षित सूची के माध्यम से भेजे जाते हैं। (सी # में, घटनाओं की सदस्यता लेने वाले प्रतिनिधियों को बॉक्स से बाहर लागू किया जाता है।) संदेश भेजने की विधि में, बूलियन ध्वज "मेरे पास पर्याप्त है" वापस करना सुविधाजनक है। इस तरह के झंडे के साथ सबसे आसान काम एक बार "कुंडी" को लागू करना है, जिस पर ग्राहक राज्य की जरूरतों के लिए इंतजार कर सकता है; लेकिन आप एक जटिल परिदृश्य लिख सकते हैं ("A do it it, B after it and unhook")।

इनपुट स्थिति में परिवर्तन के बारे में संदेश बस संबंधित ध्वज को सेट या रीसेट करके ध्यान में रखा जाता है। इन संकेतों पर कोई अन्य कार्रवाई नहीं की जाती है। राज्यों के बीच एक वास्तविक संक्रमण तब काम करता है जब कोई कतार नहीं होती है (या "माना जाता है" नहीं - थ्रेड-सेफ गारंटी की आवश्यकता यहाँ नहीं है, क्योंकि हम अन्य संदेशों के दौड़ की स्थिति को नहीं रोकते हैं, लेकिन केवल शरीर की गतिविधियों को कम करते हैं), जब "आने वाली मेल" पूरी तरह से भंग हो जाती है।

यदि आप स्वयं कुछ इनपुट निर्दिष्ट करते हैं - राज्य संक्रमण कोड में - इसे सिंक्रोनाइज़ (प्रत्यक्ष असाइनमेंट द्वारा) और एसिंक्रोनसली (कतार में सिग्नल रखकर) दोनों किया जा सकता है। पूर्ण एसिंक्रोनसी पंक्ति थकावट हैंडलर से लूप को समाप्त कर देता है, लेकिन सिस्टम राज्य को बदल दिया है (यानी, हम स्टॉप-रूट लूप में नहीं रुके हैं) एक स्पष्ट "पिंग" (एक खाली संदेश भेजना) की आवश्यकता है, लेकिन अंत तक मार्ग पूरा नहीं हुआ है। आप बिना शर्त के एक चक्र का आयोजन कर सकते हैं, इस शर्त के साथ कि "वांछित राज्य वास्तविक के बराबर नहीं है, और साथ ही हमने स्टॉप-रूट के खिलाफ आराम नहीं किया"। दोनों मामलों में, स्टॉप रूट को स्पष्ट रूप से अलग करना होगा।

शिक्षाशास्त्र (रनवे और घबराहट)

एक आसानी से समझ में आने वाली राज्य तालिका को लगातार लागू होते हैं (सभी) के आधार पर बनाया गया है - अर्थात, सिस्टम को राज्य ए (एन) में माना जाता है यदि इनपुट की "शर्त शब्द" में इस राज्य के लिए सभी आवश्यक शर्तें हैं, और सभी ए के लिए एक ही सही नहीं है। (m | m <n)। अधिकांश व्यावहारिक मामलों में, अवसरों के संचय के अनुसार राज्यों को सख्ती से रैंक किया जा सकता है ("बंद और उपयोग नहीं किया गया" से "चालू और हर चीज के लिए तैयार") और उपलब्धियों ("जाने की इच्छा" से "जाने" और "पहुंचे")। इस मामले में, प्रत्येक बाद की स्थिति आवश्यक परिस्थितियों के सेट के सख्त कमजोर पड़ने से पिछले एक से अलग होती है।

अपवाद हो सकते हैं। असाधारण मामलों का वर्णन करने के लिए, "पैनिक" ध्वज का उपयोग किया जाता है, जो एक उपयुक्त स्थिति में होने के लिए आवश्यक और पर्याप्त स्थिति दोनों है। इस स्थिति में परिवर्तन सभी संसाधनों का उपयोग करता है या किसी तरह प्रबंधित प्रणाली को "साफ" करता है।

संभवतः, आप एक से अधिक पैनिक फ्लैग को शुरू कर सकते हैं, एक से अधिक असाधारण स्थिति और उन्हें "गंभीरता" के अवरोही क्रम में रैंक कर सकते हैं - लेकिन हमारे व्यवहार में यह अभी तक आवश्यक नहीं है।

अर्थशास्त्र (संसाधन)

जो संसाधन आप स्वयं प्राप्त करते हैं, उन्हें विशेष उपचार की आवश्यकता नहीं होती है। विशेष रूप से, उन्हें सामान्य गैर-अंतिम गैर-वाष्पशील निजी क्षेत्रों में संग्रहीत किया जा सकता है। आपके पास यह संसाधन है या नहीं इसकी जानकारी आपके वर्तमान स्थिति से पूरी तरह से प्राप्त होती है।

विशेष हैंडलिंग की आवश्यकता वाले एक संसाधन एक निर्भरता है: प्रबंधित प्रणाली खुद का उत्पादन किए बिना क्या उपयोग करती है। संसाधन बाहर से आते हैं। एक राज्य मशीन में निर्भरता इंजेक्शन एक अलग पैटर्न में लागू किया जाता है, जिसे मैं "उपकरण" कहना पसंद करता हूं।

उपकरणों के प्रत्येक "स्लॉट" में एक स्थायी विशेषता है: एक ऐसी स्थिति जो इस प्रकार के उपकरणों की उपलब्धता को इंगित करती है - और दो मान: सुझाए गए और प्रभावी। सुझाव है कि ग्राहक द्वारा प्रस्तावित क्या है। प्रभावी वही है जो वास्तव में उपयोग किया जाता है। उपकरण की स्थिति कतार थकावट हैंडलर की शुरुआत में, साथ ही राज्यों के बीच प्रत्येक संक्रमण के बाद जाँच की जाती है।

उपकरणों की स्थिति की जाँच निम्नानुसार की जाती है (हम सबसे कठिन मामले का विश्लेषण करते हैं जब एक गैर-शून्य प्रभावी को गैर-अशक्त सुझाव द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है - बाकी अप्रासंगिक "यदि-तब" को हटाकर प्राप्त किया जाता है):

यदि सुझाव दिया गया है! = प्रभावी, और प्रभावी! = अशक्त है, तो "हार्डवेयर उपलब्ध" ध्वज को मंजूरी दे दी गई है।
यदि उपकरण चालू स्थिति में "आवश्यक" है (अर्थात, वह स्थिति जिसे हम अभी रीसेट करते हैं, वर्तमान स्थिति में होना आवश्यक है - रनलेवल नियम यहाँ बहुत मदद करता है) तो हम यहाँ रुकते हैं - हम राज्य में संक्रमण के लिए प्रबंधित प्रणाली की प्रतीक्षा करते हैं जहां पुराने उपकरणों की जरूरत नहीं है।
यदि वर्तमान स्थिति में पुराने (सुझाए गए! = प्रभावी) उपकरण की आवश्यकता नहीं है, तो हम इसे शून्य करने के लिए रीसेट करते हैं।
यदि वर्तमान स्थिति में यह सुझाया गया है! = नल && प्रभावी == अशक्त, तो हम प्रभावी = सुझाव देते हैं और उपकरण उपलब्धता ध्वज को सेट करते हैं।

उपकरण धारक वस्तु का गेट () विधि पैकेट-निजी है और प्रभावी है।

यदि आप ऑटोमेटा को कंपोजिट में समूहित करते हैं जो एक ही समस्या को अलग-अलग तरीके से हल करते हैं, तो सभी कलाकारों को समान संसाधन प्रदान करना अच्छा है, न कि केवल सक्रिय। (ग्राहक आदेश, इसके विपरीत, केवल सक्रिय ठेकेदार को दिए जाते हैं।)

पारिवारिक जीवन की नैतिकता और मनोविज्ञान (एकीकरण)

उनके संकेत द्वारा इनपुट संकेतों को सख्ती से अलग करें:

ग्राहक कोड आदेश ("चलो चलें!");
एक प्रबंधित सिस्टम से कॉलबैक ("बाएं इंजन नॉक");
संसाधनों की स्थिति ("लॉक में एक इग्निशन कुंजी है")।

हालांकि प्रबंधित सिस्टम के कुछ संदेश दूसरों को "नापसंद" या "अवहेलना" कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, लॉक में एक कुंजी की अनुपस्थिति का मतलब है कि प्राप्त गति के बारे में हमारी जानकारी पुरानी है), प्रबंधित सिस्टम से कोई संकेत क्लाइंट निर्देशों को रद्द नहीं करता है, और कोई क्लाइंट निर्देश नहीं है एक प्रबंधित प्रणाली के हमारे ज्ञान को न बदलें। इन स्थितियों का तार्किक मिश्रण (जोड़, गुणा) वास्तविक स्थिति में "शब्द इनपुट" रिड्यूसर में पहले से ही होता है।

स्वच्छता (सर्वोत्तम अभ्यास)

यह बुनियादी रूप से महत्वपूर्ण है कि सबसिस्टम के साथ सभी जोड़तोड़ राज्यों के बीच संक्रमण के क्रम में किए जाते हैं। सख्ती से सब कुछ। इतना सख्त कि, आदर्श रूप से, ऑटोमेटन के एक विशेष कार्यान्वयन के वर्ग में किसी भी अलग-अलग निजी तरीके नहीं होने चाहिए - संक्रमण तालिका में केवल प्रतिनिधि (सी # अर्थ में; जावा में - छद्म प्रतिनिधि, जैसे कि कॉलेबल या रननेबल)। कुछ हद तक, इसके लिए, आप कोड के दोहराव को भी सहन कर सकते हैं - क्योंकि इसके उन्मूलन के लिए मानक तरीके इसके द्वारा उत्पादित अर्थ-विज्ञान के अतिरेक को समाप्त नहीं करते हैं। (एक प्रतिनिधि द्वारा संक्रमण तालिका की कई कोशिकाओं के समूह को भरने से शब्दार्थों का क्षरण नहीं होता है और यह कोषेर है। हमारे कंकाल कार्यान्वयन में ऐसी सुविधा विधियाँ हैं।)

क्रमशः onStateEnter () या onStateExit () के बाद कोई भी "हुक" नहीं होना चाहिए। उन्हें या तो यह जानना होगा कि किस "दिशा" में सबसिस्टम उनके अनुरूप राज्य को पारित करता है, या इसे अनदेखा करता है।

सुनिश्चित करें कि प्रबंधित प्रणाली (आपकी राज्य मशीन के मुखौटे के पीछे "भौतिकी") मूर्खतापूर्ण पहल नहीं दिखाती है - अर्थात, यह स्वयं अपनी स्थिति की निगरानी नहीं करता है (त्रुटियों के निदान के अलावा) और "एक ही समय में" या "बस के मामले में" कुछ भी नहीं करता है। इसमें आलसी आरंभीकरण और ग्राहक व्यवहार की भविष्यवाणी और पूर्वानुमान करने के प्रयास शामिल हैं। यह सब त्रुटि का एक स्रोत है।

रेड्यूसर और मार्गों और संक्रमणों की तालिकाओं को आरम्भ करने के बाद, यह स्पष्ट रूप से अनुशंसित है (शर्तों के सभी संभावित सेटों और सभी राज्यों के संभावित युग्मों के शाब्दिक गणना द्वारा) उनकी पूर्णता की जांच करें।

जब स्वचालित रूप से एक ऑटोमेटन का परीक्षण किया जाता है (एक गैर-गुंडे आत्म-पुनरावृत्ति के लिए खेद है), परीक्षण के दौरान एक आवृत्ति आदेश के साथ संदेशों के साथ इसे "लोड" करें: बहुत जल्दी (इससे कहीं अधिक तेजी से वे एक-एक करके संसाधित होंगे - यह सुनिश्चित करने के लिए कि कतार को भरने से प्रति कुछ भी खतरा नहीं है), बस जल्दी से (प्रतिक्रियाओं की आवृत्ति के लिए तुलनीय आवृत्ति के साथ - दौड़ की स्थिति की जांच करने के लिए), प्रतिक्रियाओं की आवृत्ति की तुलना में धीमी ("भौतिक विज्ञान" अतुल्यकालिक कार्यों के रूप में रनवेवेल का निरीक्षण करती है और ऑटोमेटन स्वतंत्र निर्णय लेता है) निम्नलिखित क्रियाएं)।

PS पैरामीटर A में परिवर्तन के लिए एक ग्राहक के हस्ताक्षर करने से पहले, उसे सिंक्रोनाइज़ करें A का वर्तमान मान ("Beracially correct - दौड़ की स्थिति")।

निष्कर्ष

मैंने कुछ सामान्य ज्ञान लिखे हैं, लेकिन कोड को देखते हुए कि मुझे नियमित रूप से पढ़ना है, सामान्य ज्ञान शायद उपयोगी निकला।

अतुल्यकालिक राज्य मशीन: विचारधारा और प्रौद्योगिकी