CN1567906A - 一种用状态机对异步操作进行控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用状态机对异步操作进行控制的方法，该方法根据业务的异步操作的复杂度以及因果关系将业务处理流程分解为至少二个以上的层次和至少一个时序段，为每个层次的每个操作过程配置相应的状态机，下层状态机状态跃迁后向上层状态机反馈状态跃迁结果，上层状态机根据一个时序段内的下层状态机的状态跃迁结果进行状态的跃迁，直到业务所有的异步操作全部完成。上述方案使得整个业务处理过程的状态较少，且控制过程清晰，因此对异步操作的控制效率较高，而且使采用本发明所述方法编制的程序易于维护和扩充。

Description

一种用状态机对异步操作进行控制的方法

技术领域

本发明涉及通信网络或计算机网络中的操作控制方法，尤其是用状态机对多个异步操作进行控制的方法。

背景技术

在通信网络或计算机网络中，经常会涉及到对多个异步操作的控制，例如通信网络中的媒体网关就会涉及到对众多呼叫业务的处理，如：建立或拆除一条呼叫资源通路，在某呼叫资源通道上进行放音，收号或者双音多频(DTMF)检测等。这些呼叫流程均涉及众多的操作，如：申请通道，配置底层数据转发表格等，这些操作都是异步的，即需要业务处理模块与具体的操作驱动模块之间通过消息收发机制实现。对于这些异步操作，通常需要设置状态机维护当前系统的操作状态，同时等待响应消息返回以驱动状态机的状态迁移，最终完成所有的异步操作。因此，当一个业务处理流程中涉及多个异步操作时，如何组织系统状态机，使其能更合理、更清晰地维护系统状态，同时更高效地完成所有异步操作，是一个值得研究的问题。

目前采用状态机对异步操作进行控制的方法主要有两种，一是采用串行状态机进行控制的方法，二是采用并行状态机的控制方法。所述采用串行状态机的控制方法，就是将一个业务流程中需要进行的所有操作串行化。例如：完成一项呼叫建立流程需要A、B、C三个异步操作，每个操作都需要与其它操作驱动模块进行消息交互，对应于这些操作，设置有如下几个操作状态的状态机：空闲态、A操作等待态，B操作等待态、C操作等待态。状态机具体的状态迁移参考图1。操作开始后，状态机由空闲态迁移到A操作等待态，A操作下发消息并等待响应；当系统收到A的响应后，驱动状态机迁移到下一个操作状态：B操作等待态，B操作下发消息并等待响应；按照此规律，依次执行，最终所有操作结束，状态机迁移，返回空闲态，等待执行下一次呼叫流程。上述方法实现的串行状态机的最大缺点就是各个操作之间的时序关系是固定的，比较耗时，流程执行时间等于所有操作时间的累加。在具体的操作中，在先的操作如果未完成或操作失败，都要影响以后的操作，尤其是在某一步操作失败时，需要进行回退操作，而这些回退操作也是异步操作，仍然按照串行方式进行，又将增加操作时间。

作为对上述方法进行改进，可以采用并行状态机的控制方法，以节省操作时间。该方法的本质是将多个操作同时进行，以上文的例子来说，同时下发A，B，C三个操作的请求消息，状态机进入等待状态，由于在实际环境中，三个操作的响应不可能同时到达，对于不同的响应次序，就需要有不同的状态进行记录，也就是A、B、C三个操作状态的全排列，参考图2。例如，在收到下发的A、B或C操作消息后，进入等待A、B或C响应的状态，由于可能收到上述三个操作的响应，因此可能进入到后续的三种状态之一，等待A或B操作响应的状态，等待B或C操作响应的状态和等待A或C操作响应的状态。以收到C操作的响应为例，如果收到C操作的响应，状态机就会将状态迁移到等待A或B操作响应的状态，由于还可能收到A操作或B操作二个操作的响应，因此还可能进入到后续的二种状态之一，即等待A操作响应的状态和等待B操作响应的状态。如果进入等待A操作响应的状态，则在收到A操作响应之后进入空闲状态。

上述采用并行状态机对异步操作进行控制的显著的缺点就是状态很多，严格的说是暂态很多，如果涉及的并行操作有N个，那么其状态就会有2的N次方个。在某一暂态下，收到某特定消息，就要做相应的处理，而后进行状态跃迁，这就要求为这些状态设置不同的处理过程或函数，因此，采用这种并行状态机进行控制的处理过程或函数也很多，当N值较大时，相应处理过程或函数的数量将急剧增长。这对于系统的维护，以及可能发生的修改扩充造成极大困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制效率较高，易于维护和扩充的采用状态机对异步操作进行控制的方法。

为达到上述目的，本发明提供的用状态机对异步操作进行控制的方法，包括：

根据业务的异步操作的复杂度以及因果关系将业务处理流程分解为至少二个以上的层次和至少一个时序段，为每个层次的每个操作过程配置相应的状态机，下层状态机状态跃迁后向上层状态机反馈状态跃迁结果，上层状态机根据一个时序段内的下层状态机的状态跃迁结果进行状态的跃迁，直到业务所有的异步操作全部完成。

所述上层状态机根据下层状态机的状态跃迁结果进行状态跃迁的过程是：

上层状态机判断一个时序段的所有下层状态机的状态是否都跃迁完毕，如果是，将自己的状态跃迁到下一个稳态，否则处于等待状态。

上层状态机在接到下层状态机的操作完成的结果时，向相应的下层状态机下发将状态跃迁到初始状态的通知，下层状态机接到通知后将状态跃迁到初始状态。

当一个下层状态机接收到响应消息后，进行自身状态的跃迁，同时将跃迁后的状态通知上层状态机。

上面所述各个状态机独立运行。

在业务操作启动时，按照时序段的顺序启动该业务操作对应的异步操作状态机。

由于本发明所述的方法根据业务的异步操作的复杂度以及因果关系将业务处理流程分解为至少二个以上的层次，并且为每个层次的每个操作过程配置相应的状态机，上、下层状态机的状态跃迁相互控制，这种控制方式由于不能使这些异步操作的状态交织在一起，使得整个业务处理过程状态较少，且控制过程清晰，因此对异步操作状态的控制效率较高，而且使采用本发明所述方法编制的程序易于维护和扩充。

附图说明

图1是现有的串行状态机状态迁移示意图；

图2是现有的并行状态机状态迁移示意图；

图3是本发明所述方法第一个实施例的业务状态迁移图；

图4是本发明所述方法第一个实施例的操作状态机状态迁移图；

图5是本发明所述方法第一个实施例的业务状态机和操作状态机的关系图；

图6是本发明所述方法第二个实施例的业务状态迁移图；

图7是本发明所述方法第三个实施例的业务状态机和擦作状态机的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

对于本文上面提到的两种状态机来说，串行处理机的优点是操作状态的顺序分明，但是因为操作状态有严格的顺序关系就会导致异步操作的有序化，使得可以同时进行的异步操作变成了必须顺序进行的操作，因此使用串行状态机控制异步操作就会导致系统资源使用的低效率。而采用并行状态机对异步操作进行控制恰恰能将多个无因果关系的操作请求同时下发，使这些无因果关系的操作同时进行，因此能够节省操作时间，提高系统资源的利用效率。但是采用并行状态机对异步操作进行控制时，由于不同的操作花费的时间不同，这样就会导致不同异步操作的响应顺序的不可预测，由于无法预知各个异步操作的响应消息到达的先后次序，因此在并行状态机中，必须考虑各种情况，这样就不可避免地导致状态机的状态增多，使得相应的处理过程非常复杂。

事实上，并行状态机的状态的增多是由于多个不同异步操作的响应时间的不可预测性导致的，由于这些异步操作没有因果关系，使用一个并行状态机对这些操作进行控制，只能做到异步操作控制上的同时进行，同时也增加了控制关系的复杂度。由此可知，相互没有因果关系的异步操作如果分别采用不同的状态机进行控制，就不能使这些异步操作的状态交织在一起，如果再采用一个状态机对这些异步操作的状态进行管理，即将整个异步操作看作是一个整体，使用一个状态机对这个整体进行串行管理，就有可能实现多个异步操作的并行化和控制关系的简单化。

本发明的实质就是一种以并行状态机为基础的优化方案，该方案根据业务操作的复杂度将操作进行分层管理，不同的操作层次采用不同的状态机进行控制，这样就降低了业务操作过程中状态的复杂度，减少了中间的暂态，同时，将暂态处理过程合并，使得每个暂态的处理过程减少，从而方便了维护和扩展。为此，本发明采用多个状态机对包含多个异步操作的业务操作进行分层控制，例如，将一个包含多个异步操作的业务处理流程逐步分解，从上到下依次分为三层，分别称为业务逻辑层，分子操作逻辑层，原子操作逻辑层等。具体的分层要根据业务流程处理所涉及操作的复杂度而定。比如采用两层结构，就可以只有业务逻辑层和原子操作层，对应于这两层分别设置自己的状态机，可以称之为业务状态机和操作状态机。其中业务状态机只负责描述系统流程中大的状态。而操作状态机负责描述系统中具体的每一个异步操作的状态。

具体说，本发明所述的采用状态机对异步操作进行控制的方法，是根据系统中业务的异步操作的复杂度将业务处理流程分解为不少于二个以上的层次，如果该业务所包含的异步操作有因果关系，还要将所述业务流程划分为二个以上的时序段，当然，如果该业务所包含的异步操作没有时序关系，则整个业务处理流程仅有一个时序段。为每个层次的每个操作过程配置相应的状态机，各个状态机独立运行，上层状态机对下层状态机进行控制，并根据下层状态机的操作结果决定自己的状态跃迁。下层状态机由于状态跃迁后向上层状态机反馈状态跃迁结果，上层状态机根据一个时序段内的下层状态机的状态跃迁结果进行状态的跃迁，例如，当一个上层状态机的所有下层状态机都操作完成时，上层状态机进行状态跃迁，这样一直持续到该业务所有的异步操作全部完成。在上述过程中，下层状态机由上层状态机或系统提供操作启动消息。这里所述上层状态机根据下层状态机的状态跃迁结果进行状态跃迁的过程是：上层状态机判断一个时序段的所有下层状态机的状态是否都跃迁完毕，如果是，将自己的状态跃迁到下一个稳态，否则处于等待状态。为使上层状态机及时了解下层状态机的状态，当一个下层状态机接收到响应消息后，进行自身状态的跃迁，同时将跃迁后的状态通知上层状态机。由于上层状态机能够不断地接收到下层状态机发来的状态跃迁结果，得知下层状态机目前所处的状态，因此，上层状态机就可以在接到下层状态机的操作完成的结果时，向相应的下层状态机下发将状态跃迁到初始状态的通知，以使下层状态机回到初始状态，以备重复控制后续的操作。

下面是一个将业务处理流程分为两层的例子，假设该例中将这两层称为业务逻辑层和原子操作层。该例中包含A、B、C三个没有因果关系的异步操作。为上层的业务操作设置一个业务状态机，用于描述业务流程的状态以及状态迁移顺序；为所述业务下层的A、B、C三个异步操作分别设置各自的操作状态机，用于描述各自操作的状态以及状态的迁移顺序。上述两种状态机的状态迁移示意图参考图3和图4。

在图3所示的业务状态迁移图中包含3个状态，分别为空闲状态、等待A、B、C三个异步操作的响应状态和占用状态。在业务操作开始后，业务状态机同时下发A，B，C三个异步操作启动消息，同时将状态从初始时的空闲状态跃迁到等待A、B、C三个异步操作都完成的暂态，处在这一状态的业务状态机会收到三个异步操作的响应，在本例中，业务状态机在收到响应后，会检查A、B、C三个操作是否都完成，如果没有，则业务状态机并不立刻迁移，仍处在等待态，对应三个异步操作，在原子操作层分别启动一个操作状态机，描述三个操作的状态，假设这三个操作状态机都具有图4所示的状态及状态跃迁关系。按照图4，A、B、C三个异步操作中，每个操作在收到业务状态机下发的操作请求消息后，都将状态跃迁到等待操作响应状态，在收到相应的响应消息后，根据操作结果是成功还是失败，将状态跃迁到成功或者失败的暂态，同时通知业务状态机进行检查。当业务状态机检查发现所有操作都成功后，就将业务状态迁移到一种稳态，即“占用”状态。同时业务状态机要通知A、B、C三个操作状态机，使其状态跃迁到空闲状态，为下一次业务流程处理做好准备。

从本质上说，各个异步操作的状态是业务状态中暂态的一些子状态，不同的操作状态进行组合，就表现为不同的业务暂态。

图4描述的是图3、4所示的业务状态机和操作状态机的关系。各个操作状态机独立运行，当其中一个收到响应消息后，除了自身状态迁移外，还需要通过消息或者函数的方式通知业务状态机，业务状态机进行操作状态检查，如果三个操作全部完成，业务状态机除了自身状态迁移外，还要通知各个操作状态机进行状态迁移。如果三个操作没有全部完成，则业务状态机不进行状态跃迁，而是继续等待下一个操作状态机的通知。

按照上面所述，通过对业务分层，使得操作状态机之间相互分离，互不影响，每一种操作状态机只需设置一个处理函数即可实现。而对于业务状态机，由于只有一个暂态，也只需设置一个处理函数，业务层状态机接收操作层状态机的消息，调用此函数检查所有操作是否完成，即可决定是否进行状态跃迁。以C语言实现为例，这一检查只需一个如下所示的判断(if)语句：

If(A操作状态＝“操作”或

B操作状态＝“操作”或

C操作状态＝“操作”)

当条件为“真”时，就表明还有操作在进行中，这样的实现非常简单，而且容易扩充，如果增加某操作，只需在上式中增加一行表达式，而在操作层相应地增加一个操作状态机描述新增的操作即可。

上面所述的业务处理流程事实上只包含一个时序段，假设上面所述的业务处理流程包含5个异步操作，其中，所包含的A、B、C三个异步操作没有因果关系，D、E2个异步操作也没有因果关系，但D、E与A、B、C有因果关系，即D、E的操作需要以A、B、C的操作完成为前提，这时，就需要将所述业务流程划分为二个的时序段，在业务操作启动时，按照时序段的顺序启动该业务操作对应的异步操作状态机。假设异步操作D、E的状态迁移遵守图4的规定，而上层的业务状态机则按照图6所示的状态跃迁关系按照两个时序段对整个业务处理进行控制，第一个时序段是从空闲状态到等待A、B、C操作结束的时序段，第二个时序段是从等待A、B、C操作结束到等待D、E操作结束的时序段，在上层的业务状态机对下层状态机进行控制时，首先根据下层A、B、C操作状态机第一个时序段的操作结果决定自己的状态跃迁。当上层的业务状态机的所有第一个时序段的下层A、B、C操作状态机都操作完成时，上层状态机将状态跃迁到等待第二个时序段D、E响应的状态，这样一直持续到该业务所有的异步操作全部完成。

图7是本发明所述方法第三个实施例的业务状态机和操作状态机的关系图。图7所示的是实际中媒体网关中的一个业务操作，该业务操作涉及三个底层设备的异步操作：A，B，C，这三个异步操作都是通过异步消息进行的。而其中A操作和B操作相关性很大，即，如果有A操作，必然需要B操作，于是A、B操作对业务层来说就可以共同看作一种操作，这里称之为AB操作，当业务处理过程接收到呼叫请求时，其只要进行AB操作和C操作，AB操作和C操作维护各自操作状态机，而AB操作可以进一步分解为A操作和B操作状态机。其层次结构如图7所示：

由图7可以看出，整个业务操作流程涉及的操作状态机被分为3个层次，每一层次维护各自的状态机，每一层都是对其上一层的进一步细化和在操作上的分解；同一层各个状态机之间相互独立，便于扩展，从而生成新的业务组合；相邻的上下两层之间关系正是前文所描述的二层状态机，其工作原理以及相互之间的通信过程是：业务状态机控制操作状态机AB和操作状态机C，并根据这两个状态机的操作结果决定自己的状态跃迁；操作状态机AB控制操作状态机A和操作状态机B，并根据这两个状态机的操作结果决定自己的状态跃迁。因此按照这样的划分规则，可以将任何复杂的业务操作进行分层，分层的原则是下层状态机能够为上层状态机提供原子(分子)操作接口，而同一层不同状态机之间相互独立，没有因果依赖关系。

容易看出，经过分层后，状态机的处理过程或函数由原来的指数增长变成线性增长，因此既使得异步操作并行化的优点不受影响，又减少了复杂的控制状态。

Claims (6)

1、一种用状态机对异步操作进行控制的方法，包括：

根据业务的异步操作的复杂度以及因果关系将业务处理流程分解为至少二个以上的层次和至少一个时序段，为每个层次的每个操作过程配置相应的状态机，下层状态机状态跃迁后向上层状态机反馈状态跃迁结果，上层状态机根据一个时序段内的下层状态机的状态跃迁结果进行状态的跃迁，直到业务所有的异步操作全部完成。

2、根据权利要求1所述的用状态机对异步操作进行控制的方法，其特征在于，所述上层状态机根据下层状态机的状态跃迁结果进行状态跃迁的过程是：

上层状态机判断一个时序段的所有下层状态机的状态是否都跃迁完毕，如果是，将自己的状态跃迁到下一个稳态，否则处于等待状态。

3、根据权利要求2所述的用状态机对异步操作进行控制的方法，其特征在于：上层状态机在接到下层状态机的操作完成的结果时，向相应的下层状态机下发将状态跃迁到初始状态的通知，下层状态机接到通知后将状态跃迁到初始状态。

4、根据权利要求3所述的用状态机对异步操作进行控制的方法，其特征在于：当一个下层状态机接收到响应消息后，进行自身状态的跃迁，同时将跃迁后的状态通知上层状态机。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的用状态机对异步操作进行控制的方法，其特征在于：各个状态机独立运行。

6、根据权利要求5所述的用状态机对异步操作进行控制的方法，其特征在于：在业务操作启动时，按照时序段的顺序启动该业务操作对应的异步操作状态机。

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