Диаграммы состояний
Диаграммы состояний (state diagram) определяют состояния, в которых может находиться конкретный объект, а также процесс смены состояний объекта в результате влияния некоторых событий. Диаграммы состояний строятся для единственного класса и описывают поведение единственного объекта. Эта диаграмма представляет собой граф состояний, в которых может находиться объект, и связей между ними.
Состояния (state) представляют собой отрезок времени в жизни объекта, в течение которого является истиной некоторое условие, выполняются некие действия или ожидается некоторое событие. Состояние представляется на диаграмме как прямоугольник с закругленными углами (см. рис. 9.19). Он может иметь одну или несколько секций. В них содержатся:
- имя состояния. Указание имени состояния необязательно. Два символа состояния с одним и тем же именем представляют на диаграмме одно и то же состояние объекта. Использование нескольких символов одного и того же состояния используется в диаграмме для удобства представления (например, для того, чтобы не перегружать одно состояние подходящими к нему и исходящими из него связями);
Рис. 9.19
- переменные состояния. Указывается список переменных состояния, определенных в данном состоянии или в его подсостояниях. Переменные состояния имеют форму атрибутов. Выражение, описывающее их начальное значение, может содержать в себе атрибуты данного объекта, переменные состояния подсостояний и параметры входящих в состояние переходов;
- внутреннее поведение. Указывается список внутренних действий, выполняемых, когда объект находится в данном состоянии. Каждое действие описывается следующим образом:
<имя события><список параметров> ‘/’ <действие>
В одном состоянии имя события может быть использовано неоднократно. Однако существует три зарезервированных действия, имеющих тот же формат описания, что и обычное действие, имена которых можно использовать только однократно:
- ‘entry’ ‘/‘ <действие> - действие, выполняемое при входе в состояние;
- ‘exit’ ‘/’ <действие> - действие, выполняемое при выходе из состояния;
- ‘do’ ‘/’ действие> — действие, выполняемое при нахождении в состоянии.
В этих выражениях могут использоваться переменные состояния данного состояния и его подсостояний, атрибугы данного объекта и параметры входящих в состояние переходов (если они включены во все входящие маршруты).
Состояние может иметь иерархическую структуру. Каждое подсостояние (substate) может иметь свое начальное и конечное псевдосостояния. Переход в такое состояние означает переход в начальное псевдосостояние внутри него. Переход в конечное псевдосостояние подсостояния означает завершение работы данного подсостояния. Завершение работы всех подсостояний означает завершение активности данного состояния и выход из него.
Любое состояние может быть усовершенствовано введением в него последовательных подсостояний или параллельных подсостояний. Его подсостояния могут быть усовершенствованы первым или вторым способом.
Расширение состояния представляют на диаграмме символом, аналогичным применяемому для изображения состояния. В нем, кроме секций для имени состояния, переменных состояния и внутреннего поведения, имеется секция для представления вложенной диаграммы состояний. Расширение состояния в виде параллельных подсостояний представляется как несколько окон, расположенных в данном состоянии одно под другим и разделенных пунктирной линией. Каждое подсостояние может иметь свое имя и содержать вложенную диаграмму непересекающихся состояний. Секции с текстовой информацией при данном представлении отделяются сплошной линией.
Диаграммы параллельных подсостояний используются в тех случаях, когда объект обладает набором независимых поведений. При попадании в такое сложное состояние, содержащее в себе несколько параллельно функционирующих подсостояний, объект начинает находиться в нескольких независимых состояниях одновременно. При выходе же из этих параллельных состояний объект оказывается в одном общем конечном состоянии, если он не покинул одну из параллельных ветвей ранее.
Начальное псевдосостояние представляется маленьким черным кружком. Переход из начального псевдосостояния может быть помечен именем события - это говорит о переходе в активное состояние, вызванном данным событием. Если такой пометки нет, то считается, что происходит просто переход в активное состояние. Переход так же может иметь выполняемое действие.
Конечное псевдосостояние представляется маленьким черным кружком, обведенным сплошной линией.
Пусть в нашем примере с трассой при сдаче экзамена учеником предусматривается ситуация с проколом шины. На трассе существуют специальные съезды с трассы, на которые должен быть отбуксирован автомобиль с проколотой шиной. Там шину заменяют в течение времени Т и автомобиль возвращается на трассу. Этот процесс смены проколотой шины удобно представить в качестве диаграммы состояний с последовательными подсостояниями (см. рис. 9.20).
Предположим, что пока происходит замена проколотой шины, необходимо заполнить на нее квитанцию. Причем процесс заполнения квитанции и ее подписание происходит одновременно с заменой шины. В этой ситуации удобно использовать диаграмму состояний с параллельными подсостояниями (см. рис. 9.21).
Рис. 9.20
Рис. 9.21
Событием (event) называется заслуживающее внимания происшествие. В диаграмме состояний оно может вызывать переход из одного состояния в другое. События могут быть различных видов:
- обозначенное условие, обычно описанное булевским выражением, становится истинным, описывается условием перехода без определения имени события;
- получение одним объектом сигнала от другого объекта, описывается именем события, вызывающим переход;
- истечение определенного промежутка времени после обозначенного события, описывается временным интервалом, по истечении которого вызывается переход.
Сигнал или вызов события может быть определен следующим образом:
<имя события>’(‘<параметр>’,’ . . .’)’
Параметры имеют следующий формат:
<имя параметра’:‘<тип>
Сигнал может быть представлен как класс со стереотипом «signal» на диаграмме классов. Параметры будут в этом случае атрибутами класса. Сигнал также может быть определен как подкласс другого сигнала (см. рис. 9.22).
Рис. 9.22
Событие, связанное с истечением промежутка времени, описывается выражением, в котором указывается данный отрезок модельного времени, например, «5 seconds». По умолчанию, по истечении данного отрезка времени происходит выход из текущего состояния. В противном случае подобные события могут быть описаны условным выражением, например:
[date = Jan. 1, 2000] ИЛИ [10 seconds since exit
from state А].
События могут быть объявлены на диаграмме классов как класс со стереотипом «event».
Простой переход (simple transition) представляет собой связь между двумя состояниями объекта, показывающую, когда объект может перейти из первого состояния во второе, и обозначающее определенное действие, которое выполняется, если произошло определенное событие. Событие может иметь параметры, которые доступны для действий, определенных на переходе, или для действий, инициирующих последующее событие. События обрабатываются мгновенно. Если событие не вызывает никакого перехода, то оно просто игнорируется. Если вызывается сразу несколько переходов, то инициируется только один из них; выбор может быть недетерминированным, если переходы не имеют приоритетов.
Переход на диаграмме состояний представляется сплошной линией со стрелкой на конце, проведенной от одного состояния (исходного) к другому (конечному), помеченной строкой перехода. Данная строка имеет следующий формат:
<описание события>’[‘(условное выражение>]‘/’(действие>’^’ <посылка сообщения>
где: - описание события описывает событие и его аргументы:
<имя события>’,’<параметр>’,’. . .’)’;
- условное выражение является булевским выражением, описывающим условие, при выполнении которого происходит данное событие;
- действие есть выражение, выполняемое при инициации данного перехода. Оно может содержать в себе операции, атрибуты, данного объекта и параметры вызванного события;
- посылка сообщения определяет сообщение (или сигнал), посылаемое при возникновении данного события, и имеет следующий формат:
<адресат>’.‘<имя сообщения>’(‘<параметр>’.’ . . ‘)‘,
где: - адресат является выражением, определяющим объект (или множество объектов), которому посылается сообщение (сигнал);
- имя сообщениясодержит в себе имя события, о котором посылается сообщение (сигнал);
- параметры передаются вместе с данным сообщением (сигналом) объекту-адресату.
Переход может содержать несколько таких предложений. Порядок их расположения определяет порядок их выполнения;
Один общий переход может иметь множество исходных и конечных состояний. Это представляется синхронизацией и/или разделением управления между параллельными ветвями в параллельных подсостояниях. Если данный объект одновременно находится во всех исходных состояниях данного перехода, то переход осуществляется. Если условие перехода становится истинным, то переход инициируется и выполняются действия, стоящие на данном переходе.
Обычно все исходные состояния должны быть активны к тому моменту, когда инициируется сложный переход (complex transition). В более сложных ситуациях условие перехода может быть расширено разрешением начал перехода при условии, что некоторое подмножество исходных состояний активно.
Сложный переход представляется на диаграмме состояний вытянутым в вертикальном направлении закрашенным прямоугольником. От прямоугольника может исходить одна или несколько линий со стрелками на конце, проведенных к конечным состояниям. К символу сложного перехода могут быть проведены одна или несколько линий со стрелками на конце, проведенных от исходных состояний. Строка, описывающая условия перехода, располагается около данного символа. Отдельные линии, проведенные к определенным состояниям, не могут иметь своих строк с описанием условий перехода.
Переход в состояние со сложной структурой эквивалентен переходу в его начальное псевдосостояние или в каждое из начальных псевдосостояний его подсостояний. Переход в состояние со сложной структурой «наследуется» каждым из вложенных подсостояний, на каком уровне вложенности они бы не находились.
Переход на диаграмме состояний, введенный за границу сложного состояния, символизирует переход в сложное состояние. Начальное псевдосостояние также может быть представлено на диаграмме. Переход может быть проведен непосредственно к любому из подсостояний системы.
Переход на диаграмме состояний, выходящий из-за границы сложного состояния, символизирует собой переход из сложного состояния в другое состояние. Переход может быть проведен непосредственно от любого подсостояния системы к состоянию, находящемуся вне сложного состояния. В случае перехода в сложное состояние для каждого из начальных подсостояний выполняются необходимые входные (“entry”) действия. При выходе из сложного состояния для каждого из конечных подсостояний выполняются необходимые выходные (“exit”) действия.
Состояние может содержать в себе индикатор предшествующего состояния (history state indicator), представляемый на диаграмме состояний как маленький кружок с буквой “Н” внутри. Индикатор предшествующего состояния может иметь любое количество входящих переходов, но не может иметь выходящих переходов. Если в него выполняется переход, то это означает, что объект возвращается в то состояние, в котором пребывал перед тем, как покинуть данное сложное состояние. Необходимые входные (“entry”) действия при этом также выполняются.
Вложенность в сложном состоянии может быть скрыта. Переход во внутреннее состояние в подсостоянии или выход из подсостояния представляется как линия перехода, проведенная к так называемым условным псевдосостояниям (stubs).
Условные псевдосостояния представляются на диаграмме как небольшие вертикальные линии, расположенные в поле сложного состояния. Условные псевдосостояния не могут представлять начальные или конечные псевдосостояния подсостояний.
Выполняемое в объекте действие посылает сообщения множеству объектов-адресатов. Последнее может содержать в себе от одного объекта до всей системы. Посылка сообщения на диаграмме представляется сплошной линией со стрелкой на конце, проведенной от объекта-отправителя к объекту-адресату (см. рис. 9.23).
Стрелка помечается именем события и списком его аргументов. Посылка сообщений между диаграммами состояний представляется пунктирной линией со стрелкой на конце, проведенной от отправителя к адресату.
Рис. 9.23