AASM Gemで学ぶRubyステートマシン入門｜Stateデザインパターンから実践的な使い方まで

今回は、ステートマシン（状態遷移マシン）の仕組みと、RubyプロジェクトでAASM gemを使ってステートマシンを活用する方法を解説します。

まずは身近な例から考えてみましょう。

信号機を想像してください。信号機は「赤」「黄」「青」のいずれかの状態を取ります。

そして、色が変わるとき、次に何色になるかは現在の色によって決まっています。

ここでは、視覚障害のある方が渡れるタイミングを音で知らせるタイプの信号機だとしましょう。

さて、ここからが本題です。

あなたがこの信号機のソフトウェアを開発することになったとします。

毎回どの音を鳴らすべきか、次はどの色に変わるべきか——それをどう判断すればよいのでしょうか？

素朴に書くなら、次のようなif文になるかもしれません。

if @light.state == "green"
  @light.play_green_sound
end

if @light.state == "green"
  @light.change_to_yellow
end

# ...

このように書くと、状態チェックのコードがプログラム中のあちこちに散らばってしまいます。

どうすれば改善できるでしょうか？

オブジェクト指向設計の原則を適用していくと、自然とStateデザインパターンに行き着きます。

Stateデザインパターンとは？

Stateデザインパターンは、ステートマシンを実装するための手法の一つです。

必要な構成要素は3つあります。

• Contextクラス：現在の状態を保持しているクラス
• Stateクラス：個々の状態が実装すべきメソッドを定義する基底クラス
• 各状態ごとのクラス：Stateクラスを継承した具象クラス

信号機の例では、ContextがTrafficLight（信号機）そのものです。

そして状態はGreen（青）、Red（赤）、Yellow（黄）の3つになります。

それぞれの状態が自分自身の振る舞いをすべて知っているのがポイントです。

大きなメリットは何でしょうか？

各状態が自分自身を把握しているため、現在の状態を逐一チェックする必要がありません。これはつまり、複雑性の温床となりがちな条件分岐を大幅に減らせることを意味します。

信号機の実装例

実際のコードでこのパターンを見てみましょう。

まずはTrafficLightクラスです。

class TrafficLight
  def initialize
    @state = nil
  end

  def next_state(klass = Green)
    @state = klass.new(self)

    @state.beep
    @state.start_timer
  end
end

続いて、基底となるStateクラスです。

class State
  def initialize(light)
    @light = light
  end

  def beep
  end

  def next_state
  end

  def start_timer
  end
end

そう、これら3つのメソッドは空です。

Javaなどの他の言語では、このような「インターフェース」を定義するのが一般的ですが、Rubyではあまり普及していません。ここでは説明のためにあえて定義しています。

ただし、initializeメソッドだけは全状態で共有したいポイントです。どの状態も、状態遷移を通知するためにContext（TrafficLightオブジェクト）への参照を必要とするからです。

さて、3つの状態クラスは互いによく似ていますので、ここでは1つだけコードを紹介します。

こちらがGreen（青）の状態です。

class Green < State
  def beep
    puts "Color is now green"
  end

  def next_state
    @light.next_state(Yellow)
  end

  def start_timer
    sleep 5; next_state
  end
end

このように、各状態は「次の状態へどう切り替えるか」「いつ切り替えるか」を自分自身で知っています。

AIゲームでの応用例

ステートマシンは、現在の状態に依存するゲームの攻略にも活用できます。たとえば「RubyWarrior」というプログラミングゲームが良い例です。

RubyWarriorでは、プレイヤーオブジェクトと盤面が与えられます。

目標は次の2つです。

• 盤面上の敵をすべて倒すこと
• HPを0以上に保ったまま出口に到達すること

1ターンに1回だけ行動でき、レベルをクリアするには毎回最適な選択をする必要があります。

その選択には「現在の状態」を把握することが役立ちます。だからこそ、ステートマシンが有効なソリューションになるのです。

具体例を見てみましょう。

class Attacking < State
  def play(warrior)
    warrior.attack!

    @player.set_state(Healing) unless enemy_found?(warrior)
  end
end

これは戦士が取りうる状態の一つです。視界内に敵がいなくなったら、Healing（回復）状態へ移行して、戦闘によるダメージを回復します。

AASM Gemの使い方

現在の状態を管理しつつ、不正な遷移を防ぎたい場合は、AASMのようなステートマシン用gemを使うのがおすすめです。

AASMは、イベント（照明のスイッチを押すようなもの）をトリガーとして、別の状態への遷移を起こすという考え方で設計されています。

サンプルコードはこちらです。

require 'aasm'

class Light
  include AASM

  aasm do
    state :on, :off

    event :switch do
      transitions :from => :on, :to => :off, :if => :on?
      transitions :from => :off, :to => :on, :if => :off?
    end
  end
end

このクラスの使い方は以下の通りです。

light = Light.new

p light.on?
# true

light.switch

p light.on?
# false

このステートマシンでは、「off」状態のときにのみ「on」状態へ遷移できます。逆方向も同様です。さらに、状態遷移の前後で特定のコードを実行するコールバック（before/after）も複数登録できます。

こうしたコールバックで実現できる処理の例を挙げます。

• メールの送信
• 状態変更のログ記録
• ライブ監視ダッシュボードの更新

さらに、AASMにはActiveRecordを使って現在の状態をデータベースに保存するオプションもあります。Railsアプリケーションとの相性も抜群です。

まとめ

今回は、ステートマシンの基本概念、Stateデザインパターン、そしてAASM gemの使い方を学びました。

条件分岐だらけのコードを、状態ごとに整理された美しい設計にリファクタリングできるのがステートマシンの魅力です。ぜひ自分のプロジェクトでも試してみてください。

新しいアイデアを、実際に手を動かして練習してみましょう 🙂