Диаграмма состояний. Ее назначение, использование. Элементы графической нотации диаграммы состояний. Состояние. Переход. Событие. Сторожевое условие. Выражение действия
Любая прикладная система характеризуется не только структурой составляющих ее элементов, но и некоторым поведением или функциональностью. Для общего представления функциональности моделируемой системы предназначены диаграммы вариантов использования, которые на концептуальном уровне описывают поведение системы в целом. Для того чтобы представить наиболее общее поведение на логическом уровне, следует ответить на вопрос: "В процессе какого поведения система реализует необходимую пользователям функциональность?".
Диаграммы состояний (State Transition) содержат информацию о различных состояниях, в которых может существовать объект, о том, как он переходит из одного состояния в другое и каким образом он ведет себя в этих состояниях.
На диаграмме состояний отображают жизненный цикл одного объекта, начиная с момента его создания и заканчивая разрушением. С помощью таких диаграмм удобно моделировать динамику поведения класса.
Как правило, для диаграммы состояний не требуется создавать для каждого класса.
Если класс имеет много различных состояний, если динамика поведения класса важна, то для такого класса полезно разработать диаграмму Состояний.
Главное назначение диаграммы состояний – описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение моделируемой системы в течение всего ее жизненного цикла.
|
|
|
Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей.
Диаграммы состояний чаще всего используются для:
§ описания поведения отдельных объектов,
§ спецификации функциональности других компонентов моделей, таких как варианты использования, актеры, подсистемы, операции и методы.
Каждая диаграмма состояний в UML описывает все возможные состояния одного экземпляра определенного класса и возможные последовательности его переходов из одного состояния в другое, то есть моделирует все изменения состояний объекта как его реакцию на внешние воздействия.
Диаграмма состояний (statechart diagram) – диаграмма, которая представляет конечный автомат.
Диаграмма состояний является графом специального вида, который представляет некоторый автомат. Вершинами графа являются возможные состояния автомата, изображаемые соответствующими графическими символами, а дуги обозначают его переходы из состояния в состояние. Диаграммы состояний могут быть вложены друг в друга для более детального представления отдельных элементов модели.
Конечный автомат (state machine) – модель для спецификации поведения объекта в форме последовательности его состояний, которые описывают реакцию объекта на внешние события, выполнение объектом действий, а также изменение его отдельных свойств.
|
|
|
В контексте языка UML понятие конечного автомата обладает дополнительной семантикой. Вершинами графа конечного автомата являются состояния и другие типы элементов модели, которые изображаются соответствующими графическими символами. Дуги графа служат для обозначения переходов из состояния в состояние.
Конечный автомат описывает поведение отдельного объекта в форме последовательности состояний, охватывающих все этапы его жизненного цикла, начиная от создания объекта и заканчивая его уничтожением. Каждая диаграмма состояний представляет собой конечный автомат.
В метамодели UML автомат является пакетом, в котором определено множество понятий, необходимых для представления поведения моделируемой сущности в виде дискретного пространства с конечным числом состояний и переходов.
Поведение автомата моделируется как последовательное перемещение по графу от вершины к вершине с учетом ориентации связывающих их дуг.
Моделирование поведения объектов и системы в целом основывается на понятии состояния.
Состояние (state) – условие или ситуация в ходе жизненного цикла объекта, в течение которого он удовлетворяет логическому условию, выполняет определенную деятельность или ожидает события.
|
|
|
Таким образом, состояние (state) – одно из возможных условий, в которых может существовать объект.
Состояние на диаграмме изображается прямоугольником со скругленными вершинами. Этот прямоугольник, в свою очередь, может быть разделен на две секции горизонтальной линией. Если указана лишь одна секция, то в ней записывается только имя состояния (а). В противном случае в первой из них записывается имя состояния, а во второй – список некоторых внутренних действий или переходов в данном состоянии (б).
При этом под действием в языке UML понимают некоторую атомарную операцию, выполнение которой приводит к изменению состояния или возврату некоторого значения (например, "истина" или "ложь").
Рис. Графическое изображение состояний на диаграмме состояний
Имя состояния представляет собой строку текста, которая раскрывает содержательный смысл или семантику данного состояния.
Имя должно представлять собой законченное предложение и всегда записываться с заглавной буквы. Поскольку состояние системы является частью процесса ее функционирования, рекомендуется в качестве имени использовать глаголы в настоящем времени или соответствующие причастия.
|
|
|
Как исключение, имя у состояния может отсутствовать, т.е. оно необязательно для некоторых состояний. В этом случае состояние является анонимным. Если на одной диаграмме состояний несколько анонимных состояний, то все они должны различаться между собой.
Действие (action) – спецификация выполнимого утверждения, которая образует абстракцию вычислительной процедуры.
Действие обычно приводит к изменению состояния системы, и может быть реализовано посредством передачи сообщения объекту, модификацией связи или значения атрибута. Для ряда состояний может потребоваться дополнительно указать действия, которые должны быть выполнены моделируемым элементом. Для этой цели служит добавочная секция в обозначении состояния, содержащая перечень внутренних действий или деятельность, которые производятся в процессе нахождения моделируемого элемента в данном состоянии.
Каждое действие записывается в виде отдельной строки и имеет следующий формат:
<метка действия '/ ' выражение действия>
Метка действия указывает на обстоятельства или условия, при которых будет выполняться деятельность, определенная выражением действия.
При этом выражение действия может использовать любые атрибуты и связи, принадлежащие области имен или контексту моделируемого объекта.
Если список выражений действия пустой, то метка действия с разделителем в виде наклонной черты '/' не указывается. Перечень меток действий в языке UML фиксирован, причем эти метки не могут быть использованы в качестве имен событий:
Входное действие (entry action) – действие, которое выполняется в момент перехода в данное состояние.
Входное действие показывают внутри состояния, ему предшествуют слово entry (вход) и слеш.
Обозначается с помощью ключевого слова – метки действия entry, которое указывает на то, что следующее за ней выражение действия должно быть выполнено в момент входа в данное состояние.
Например, при переходе счета в состояние "Превышен счет", выполняется действие "Временно заморозить счет" независимо от того, откуда объект переходит в это состояние. Таким образом, данное действие осуществляется не после того, как объект перешел в состояние, а скорее как часть этого перехода. В отличие от деятельности, входное действие рассматривается как непрерываемое.
Действие выхода (exit action) – действие, производимое при выходе из данного состояния.
Так, при выходе объекта Счет из состояния "Превышен счет", независимо от того, куда он переходит, выполняется действие "Разморозить счет". Оно является частью процесса перехода. Как и входное, выходное действие является непрерываемым.
Выходное действие изображают внутри состояния, ему предшествуют слово exit (выход) и слеш.
Обозначается с помощью ключевого слова – метки действия exit, которое указывает на то, что следующее за ней выражение действия должно быть выполнено в момент выхода из данного состояния.
Деятельностью (activity) называется поведение, реализуемое объектом, когда он находится в данном состоянии.
Например, когда счет находится в состоянии "Закрыт", происходит возврат кредитной карточки пользователю.
Деятельность – это прерываемое поведение. Оно может выполняться до своего завершения, если объект находится в данном состоянии, или может быть прервано переходом объекта в другое состояние.
Деятельность изображают внутри самого состояния, ей должны предшествовать слово do и слеш: do/ деятельность.
Внутренняя деятельность (do activity) – выполнение объектом операций или процедур, которые требуют определенного времени.
Обозначается с помощью ключевого слова – метки деятельности do, которое специфицирует так называемую "ду-деятельность", выполняемую в течение всего времени, пока объект находится в данном состоянии, или до тех пор, пока не будет прервано внешним событием. При нормальном завершении внутренней деятельности генерируется соответствующее событие.
Рис. Пример состояния с непустой секцией внутренних действий
Кроме обычных состояний на диаграмме состояний могут размещаться псевдосостояния.
Псевдосостояние (pseudo-state) – вершина в конечном автомате, которая имеет форму состояния, но не обладает поведением.
Примерами псевдосостояний, которые определены в языке UML, являются начальное и конечное состояния.
Начальное состояние (start state) – разновидность псевдосостояния, обозначающее начало выполнения процесса изменения состояний конечного автомата или нахождения моделируемого объекта в составном состоянии.
В этом состоянии находится объект по умолчанию в начальный момент времени. Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, от которой начинается процесс изменения состояний. Графически начальное состояние в языке UML обозначается в виде закрашенного кружка (рис. а), из которого может только выходить стрелка-переход.
Рис. Графическое изображение начального и конечного состояний на диаграмме состояний
На самом верхнем уровне представления объекта переход из начального состояния может быть помечен событием создания (инициализации) данного объекта. В противном случае этот переход никак не помечается. Если этот переход не помечен, то он является первым переходом на диаграмме состояний в следующее за ним состояние. Каждая диаграмма или под-диаграмма состояний должна иметь единственное начальное состояние.
Конечное состояние (final state) –- разновидность псевдосостояния, обозначающее прекращение процесса изменения состояний конечного автомата или нахождения моделируемого объекта в составном состоянии.
В этом состоянии должен находиться моделируемый объект или система по умолчанию после завершения работы конечного автомата.
Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, в которой завершается процесс изменения состояний или жизненный цикл данного объекта.
Графически конечное состояние в языке UML обозначается в виде закрашенного кружка, помещенного в окружность (рис. б), в которую может только входить стрелка-переход. Каждая диаграмма состояний или подсостояний может иметь несколько конечных состояний, при этом все они считаются эквивалентными на одном уровне вложенности состояний.
Переход и событие
Пребывание моделируемого объекта или системы в первом состоянии может сопровождаться выполнением некоторых внутренних действий или деятельности. При этом изменение текущего состояния объекта будет возможно либо после завершения этих действий (деятельности), либо при возникновении некоторых внешних событий. В обоих случаях говорят, что происходит переход объекта из одного состояния в другое.
Переходом (transition) называется перемещение из одного состояния в другое. Совокупность переходов диаграммы показывает, как объект может переходить из одного состояния в другое.
На диаграмме все переходы изображают в виде стрелки, начинающейся в первоначальном и заканчивающейся в последующем состоянии.
Переход (transition) – отношение между двумя состояниями, которое указывает на то, что объект в первом состоянии должен выполнить определенные действия и перейти во второе состояние.
Переход осуществляется при наступлении некоторого события: окончания выполнения деятельности (do activity), получении объектом сообщения или приемом сигнала. На переходе указывается имя события, а также действия, производимые объектом в ответ на внешние события при переходе из одного состояния в другое.
Переход может быть направлен в то же состояние, из которого он выходит: объект переходит в то же состояние, в котором он в настоящий момент находится.. В этом случае его называют переходом в себя. Исходное и целевое состояния перехода в себя совпадают.
Этот переход изображается петлей со стрелкой и отличается от внутреннего перехода. При переходе в себя объект покидает исходное состояние, а затем снова входит в него. При этом всякий раз выполняются внутренние действия, специфицированные метками entry и exit.
Срабатывание <перехода> (fire) – выполнение перехода из одного состояния в другое.
Срабатывание перехода может зависеть не только от наступления события, но и от выполнения определенного условия, называемого сторожевым. Объект перейдет из одного состояния в другое в том случае, если произошло указанное событие и сторожевое условие приняло значение "истина". До срабатывания перехода объект находится в предыдущем от него состоянии, называемым исходным, или в источнике (не путать с начальным состоянием - это разные понятия), а после его срабатывания объект находится в последующем от него состоянии (целевом состоянии ).
На диаграмме состояний переход изображается сплошной линией со стрелкой, которая выходит из исходного состояния и направлена в целевое состояние.
Каждый переход может быть помечен строкой текста, которая имеет следующий общий формат:
<имя события>'('<список параметров, разделенных запятыми>')' '['<сторожевое условие>']'
<выражение действия>.
Событие (event) – спецификация существенных явлений в поведении системы, которые имеют местоположение во времени и пространстве.
Формально, событие представляет собой спецификацию факта, имеющего место в пространстве и во времени. Про события говорят, что они "происходят", при этом отдельные события должны быть упорядочены во времени. После наступления события нельзя уже вернуться к предыдущим, если такая возможность явно не предусмотрена в модели.
В зависимости от вида происходящих событий – стимулов в языке UML различают два типа переходов: триггерные и нетриггерные.
Переход называется триггерным, если его специфицирует событие-триггер, связанное с внешними условиями по отношению к рассматриваемому состоянию.
В этом случае рядом со стрелкой триггерного перехода обязательно указывается имя события в форме строки текста, начинающейся со строчной буквы. Наиболее часто в качестве имен триггерных переходов задают имена операций, вызываемых у тех или иных объектов системы. После имени такого события следуют круглые скобки для явного задания параметров соответствующей операции. Если таких параметров нет, то список параметров со скобками может отсутствовать. Например, переход на рис. а, является триггерным, поскольку с ним связано конкретное событие-триггер, происходящее асинхронно при срабатывании некоторого датчика.
Переход называется нетриггерным, если он происходит по завершении выполнения ду-деятельности в данном состоянии.
Нетриггерные переходы часто называют переходами по завершении ду-деятельности. Для них рядом со стрелкой перехода не указывается никакого имени события, а в исходном состоянии должна быть описана внутренняя ду-деятельность, по окончании которой произойдет тот или иной нетриггерный переход.
Рис. Графическое изображение триггерного (а) и нетриггерного (б) переходов на диаграмме состояний
Ключевое различие между состоянием и переходом заключается в том, что длительность нахождения системы в отдельном состоянии существенно превышает время, которое затрачивается на переход из одного состояния в другое. Предполагается, что в пределе время перехода из одного состояния в другое равно нулю (если дополнительно ничего не сказано). Другими словами, переход объекта из состояния в состояние происходит мгновенно.
Сторожевое условие (guard condition) – логическое условие, записанное в прямых скобках и представляющее собой булевское выражение.
При этом булевское выражение должно принимать одно из двух взаимно исключающих значений: "истина" или "ложь".
Рис. Триггерные и нетриггерные переходы на диаграмме состояний
Изображенный фрагмент диаграммы состояний (рис.) моделирует изменение состояний банкомата при проверке ПИН-кода. Нетриггерные переходы на данной диаграмме помечены сторожевыми условиями, которые исключают конфликт между ними. Что касается триггерного перехода, помеченного событием отмена транзакции, то он происходит независимо от проверки ПИН-кода в том случае, когда клиент решил отказаться от ввода ПИН-кода.
Выражение действия (action expression) представляет собой вызов операции или передачу сообщения, имеет атомарный характер и выполняется сразу после срабатывания соответствующего перехода до начала действий в целевом состоянии.
Выражение действия выполняется в том и только в том случае, когда переход срабатывает.
Атомарность действия означает, что оно не может быть прервано никаким другим действием до тех пор, пока не закончится его выполнение. Данное действие может оказывать влияние как на сам объект, так и на его окружение, если это с очевидностью следует из контекста модели.
Данное выражение записывается после знака "/" в строке текста, присоединенной к соответствующему переходу.
В общем случае, выражение действия может содержать целый список отдельных действий, разделенных символом ";".
Обязательное требование – все действия из списка должны четко различаться между собой и следовать в порядке их записи. На синтаксис записи выражений действия не накладывается никаких ограничений. Главное - их запись должна быть понятна разработчикам модели и программистам.
Чаще всего выражения записывают на одном из языков программирования, который предполагается использовать для реализации модели.
В качестве примера выражения действия перехода (рис.) может служить отображение сообщения на экране банкомата в том случае, когда запрашиваемая клиентом сумма превосходит остаток на его счету. В случае если кредит не превышен, то происходит переход в состояние получения наличных.
Рис. Выражение действия перехода на диаграмме состояний
Формализм конечных автоматов допускает вложение одних конечных автоматов в другие для уточнения внутренней структуры отдельных более общих состояний. В этом случае вложенные конечные автоматы получили название конечных подавтоматов. Подавтоматы могут использоваться для внутренней спецификации процедур и функций, реализация которых обусловливает поведение моделируемой системы или объекта.
Событие
Поведение объекта во время деятельности, входных и выходных действий может включать в себя отправку события другому объекту.
Например, объект Счет может посылать событие объекту Устройство чтения карты. В этом случае описанию деятельности, входного или выходного действия предшествует знак "^". Соответствующая строка на диаграмме выглядит как
Do: ^Цель.Событие(Аргументы),
где Цель – это объект, получающий событие, Событие – посылаемое сообщение, а Аргументы являются параметрами посылаемого сообщения.
Деятельность может также выполняться в результате получения объектом некоторого события. Например, объект Счет может быть в состоянии "Открыт". При получении некоторого события будет выполнена определенная деятельность.
Моделирование параллельного поведения с помощью диаграмм состояний. Составное состояние. Параллельные подсостояния. Историческое состояние. Параллельный переход. Состояние синхронизации
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 8848; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!