状态机：复合状态与历史

简介 / Introduction

状态机（State Machine）广泛用于描述对象生命周期、协议状态流转。复合状态（Composite State）将多个子状态打包为一个高层状态，简化大图；历史状态（History State）记录退出复合状态前的最近子状态，支持”从哪里中断就从哪里恢复”。本文用同一业务场景（登录流程）分别演示 PlantUML 与 Mermaid 的语法，并做对照。

PlantUML 版

PlantUML 支持完整的复合状态与深/浅历史状态：

@startuml
skinparam state {
  BackgroundColor<<Composite>> #E3F2FD
  BackgroundColor<<History>> #FFF9C4
  BackgroundColor<<Final>> #FFCDD2
  FontSize 13
}
title 登录状态机 — PlantUML 复合状态

[*] --> LOGGING

state LOGGING {
  [*] --> IDLE
  IDLE --> VERIFYING : 输入凭据\n点击登录
  VERING --> PASSWORD_ERROR : 密码错误\n<max retries
  PASSWORD_ERROR --> IDLE : 重试
  VERIFYING --> MFA_REQUIRED : 需二次验证
  MFA_REQUIRED --> MFA_CHALLENGE : 发送验证码
  MFA_CHALLENGE --> MFA_OK : 验证通过
  MFA_CHALLENGE --> MFA_FAIL : 超时/错误\n>max attempts
  MFA_FAIL --> [*]

  -- History track --
  state "H" as H <<History>>
  state "H*" as HSTAR <<DeepHistory>>
  IDLE --> H : 退出
  H --> IDLE : 恢复
  HSTAR --> MFA_CHALLENGE : 深恢复
}

LOGGING --> AUTHENTICATED : MFA_OK\n或免 MFA\n直接验证通过
AUTHENTICATED --> LOGGING : 退出登录
AUTHENTICATED --> [*]

note right of LOGGING
  H : 浅历史 — 恢复到最近子状态
  H* : 深历史 — 递归恢复任意层级
end note
@enduml

PlantUML 要点：

state <Name> { ... } 定义复合状态，内部可放任意子状态与分支。
[*] 在复合状态内部表示该复合状态的默认入口子状态。
H <<History>> 为浅历史状态，只记录一层；H* <<DeepHistory>> 为深历史，可跨多层恢复。
<<History>> / <<DeepHistory>> 是立体 sterotype，需配合 skinparam state BackgroundColor 着色。

Mermaid 版

Mermaid 不支持 复合状态与历史状态。Mermaid stateDiagram 仅支持单层正交区域（使用 -- 分隔），但没有嵌套 state 块，也没有 H / H* 历史标记。以下是等价的单层表示，无法表达”恢复至上一次子状态”语义：

stateDiagram-v2
  direction TB
  [*] --> IDLE
  IDLE --> VERIFYING : 输入凭据\n点击登录
  VERIFYING --> PASSWORD_ERROR : 密码错误
  PASSWORD_ERROR --> IDLE : 重试
  VERIFYING --> MFA_REQUIRED : 需二次验证
  MFA_REQUIRED --> MFA_CHALLENGE : 发送验证码
  MFA_CHALLENGE --> MFA_OK : 验证通过
  MFA_CHALLENGE --> MFA_FAIL : 超时/错误
  MFA_FAIL --> [*]
  MFA_OK --> AUTHENTICATED
  AUTHENTICATED --> IDLE : 退出登录
  AUTHENTICATED --> [*]

  note right of MFA_CHALLENGE
    Mermaid 无复合状态。
    无历史状态，无法记忆
    上次中断的子状态。
  end note

若业务必须用到复合/历史状态，建议仍在 PlantUML 中绘制，Mermaid 目前（v11）不计划支持。

对比 / Side-by-side

特性	PlantUML	Mermaid
复合状态（嵌套子状态）	✅ `state X { ... }`	❌ 不支持
浅历史状态 `H`	✅ `<<History>>`	❌ 不支持
深历史状态 `H*`	✅ `<<DeepHistory>>`	❌ 不支持
默认入口子状态	✅ `[*]` 在复合块内	N/A
分支正交区域	✅ `--` 分隔	✅ `--` 分隔
状态着色 skinparam	✅ 完整支持	⚠️ 仅全局 `fill`

小结 / Wrap-up

PlantUML 的状态机语法完整支持复合状态与历史状态，适合复杂协议、流程引擎等场景。Mermaid stateDiagram 定位轻量，走单层路线，若项目依赖”中断-恢复”语义，建议仍用 PlantUML。两者选型取决于状态复杂度——简单流转用 Mermaid 快速上手，层次丰富则 PlantUML 更胜一筹。