Graphviz——实现动态更新协议状态机

1、描述

为了实现动态更新协议状态机，首先需要定义类来表示协议状态机。初始化该类后，保存状态机对象。在后续更新过程中，就可以加载保存的状态机对象，添加新的状态或事件。
Graphviz的安装过程参考：Graphviz——安装、绘制可视化协议状态机（Python）-CSDN博客

2、实现

在fsm.py中首先定义一个协议状态机类。该类保存了节点和边。节点为协议状态，边为触发该状态的事件。

并且还定义了绘制图像、保存状态机，加载状态机的属性。

from graphviz import Digraph  # 导入graphviz的Digraph用于绘图
import pickle  # 导入pickle模块用于序列化和反序列化对象


# 定义节点的数据结构
class Node:
    def __init__(self, code):
        # 初始化节点，设置节点的code
        self.code = code

    def __repr__(self):
        # 返回节点的字符串表示
        return f"Node(code={self.code})"


# 定义边的数据结构
class Edge:
    def __init__(self, source, target, event):
        # 初始化边，设置源节点、目标节点和触发事件
        self.source = source
        self.target = target
        self.event = event

    def __repr__(self):
        # 返回边的字符串表示
        return f"Edge(source={self.source}, target={self.target}, event={self.event})"


# 创建有限状态机
class FSM:
    def __init__(self):
        # 初始化自定义状态机，创建一个状态机对象并初始化节点和边的存储
        self.fsm = Digraph()  # 使用graphviz的有向图
        self.nodes = {}  # 用于存储节点的字典
        self.edges = []  # 用于存储边的列表

    def add_node(self, node):
        # 添加节点到图中
        self.nodes[node.code] = node  # 将节点存储在字典中
        self.fsm.node(node.code)  # 在有向图中添加节点

    def add_edge(self, edge):
        # 添加边到图中
        self.edges.append(edge)  # 将边存储在列表中
        self.fsm.edge(edge.source, edge.target, label=edge.event)  # 在有向图中添加边

    def __repr__(self):
        # 返回图的字符串表示
        return f"FSM(nodes={self.nodes}, edges={self.edges})"

    def draw_graph(self, filename="fsm_graph"):
        # 绘制图
        self.fsm.render(filename, format='png', cleanup=True)  # 渲染图并保存为文件

    def save_to_file(self, filename):
        # 保存图到文件
        with open(filename, 'wb') as file:
            pickle.dump(self, file)  # 使用pickle序列化并保存对象

    @staticmethod
    def load_from_file(filename):
        # 从文件加载图
        with open(filename, 'rb') as file:
            return pickle.load(file)  # 使用pickle反序列化并返回对象

在initialize.py中初始化协议状态机。

from fsm import FSM, Edge, Node

if __name__ == "__main__":
    fsm = FSM()  # 创建自定义有向图对象

    # 添加节点
    fsm.add_node(Node("220"))  # 添加节点
    fsm.add_node(Node("200"))
    fsm.add_node(Node("331"))
    fsm.add_node(Node("230"))
    fsm.add_node(Node("150"))
    fsm.add_node(Node("226"))
    fsm.add_node(Node("221"))

    # 添加边
    fsm.add_edge(Edge("220", "200", "OPTS UTF8 ON"))  # 添加边从节点1到节点2，事件为：OPTS UTF8 ON
    fsm.add_edge(Edge("200", "331", "USER webadmin"))
    fsm.add_edge(Edge("331", "230", "PASS 222"))
    fsm.add_edge(Edge("230", "200", "PORT 192,168,182,1,195,206"))
    fsm.add_edge(Edge("200", "150", "LIST"))
    fsm.add_edge(Edge("150", "226", ""))
    fsm.add_edge(Edge("226", "221", "QUIT"))

    # 打印图的表示
    print(fsm)

    # 绘制图并保存
    fsm.draw_graph(filename="fsm")

    # 保存图到pkl文件
    fsm.save_to_file("fsm.pkl")

运行生成两个文件，fsm.pkl为协议状态机对象文件，fsm.png为协议状态机图。

在load.py中加载保存的协议状态机对象，并更新状态机。

from fsm import FSM, Edge, Node

if __name__ == "__main__":
    fsm = FSM.load_from_file("fsm.pkl")
    
    # 添加边
    fsm.add_edge(Edge("200", "221", "QUIT"))

    # 打印图的表示
    print(fsm)

    # 保存图到pkl文件
    fsm.save_to_file("fsm1.pkl")

    # 绘制图并保存
    fsm.draw_graph(filename="fsm1")