UML 状态图

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在系统分析员对某对象建模时,最自然的方法并不是着眼于从活动到活动的控制流,而是着眼于从状态到状态的控制流。

状态机

定义:状态机是展示状态与状态转换的图。在计算机科学中,状态机的使用非常普遍:在编译技术中通常用有限状态机描述词法分析过程;在操作系统的进程调度中,通常用状态机描述进程的各个状态之间的转化关系。此外,在面向对象分析与设计中,对象的状态、状态的转换、触发状态转换的事件、对象对事件的响应(即事件的行为)都可以用状态机来描述。

组成:由状态、转换、时间、活动、和动作 5 部分组成。

  1. 状态:表示一个模型在其生存期内的状况,一个状态的生存期是一个有限的时间段。如满足某些条件或等待某些事件。
  2. 转换表示两个不同状态之间的联系,事件可以触发状态之间的转换。
  3. 事件是在某个时间产生的,可以触发状态转换的部分,如信号、对象的创建和销毁、超时和条件的改变等。
  4. 活动是在状态机中进行的一个非原子的执行,由一系列动作组成。
  5. 动作是一个可执行的原子计算,它导致状态的变更或者返回一个值。

状态图

一个状态图表示一个状态机,主要用于表现从一个状态到另一个状态的控制流。它不仅可以展现一个对象拥有的状态,还可以说明事件(如消息的接收、错误、条件变更等)如何随着时间的推移来影响这些状态。

一个简单状态图:
这里写图片描述

状态机通常包括以下内容:
1. 状态
定义对象在其生命周期中的条件或状况。对象满足某些条件,执行某些对应的操作或等待某些事件。

状态是状态机的重要组成部分,它描述了状态机所在对象动态行为的执行所产生的结果。这里的结果一般是指能影响此对象对后续事件响应的结果。状态用于对对象在其生命中的状况建模,在这些状况下状态可以满足某些条件、执行某些操作或等待某些事件。

完整的状态由 5 个组成部分:

  • 名字(name)

    由一个字符串构成,用以识别不同的状态。状态可以没有名字。状态名一般放置在状态图符的顶部。

  • 入口/出口动作(entry/exit action)

    入口/出口动作表示进入/退出这个状态所执行的动作。入口动作的语法是 entry/ 执行的动作;出口动作的语法是 exit/ 执行的动作。这里所指的动作可以是原子动作,也可以是动作序列(action sequence)。

  • 内部转换(Internal Transition)

    内部转换是不会引起状态变化的转换,此转换的触发不会导致状态的入口/出口动作被执行。定义内部转换的原因是有时候入口/出口动作显得是多余的。

    出口动作显得多余,这时就可以使用内部转换,而不触发入口/出口动作的执行。

    在图形表示上,由于内部转换不引起状态的转变,因此它的文字标识被附加在表示状态的圆角矩形内部,而不使用箭头进行图形标识。

  • 延迟事件(Deferred Event)

    延迟事件该状态下暂不处理,但将推迟到该对象的另一个状态下事件处理队列。也就是所延迟事件是事件的一个列表,此列表内的事件当前状态下不会处理,在系统进入其他状态时再处理。

  • 子状态 (Substate)

    在复杂的应用中,当状态机处于某特定的状态时,状态机所在的对象在此刻的行为还可以用一个状态机来描述,也就是说,一个状态内部还包括其他状态。在 UML 里,子状态被定义成状态的嵌套结构,即包含在某状态内部的状态。

    在UML里,包含子状态的状态被称为复合状态(Composite State),不包含子状态的状态被称为简单状态(Simple State)。子状态以两种形式出现:顺序子状态和并发子状态。

2.转换
转换包括事件和动作。事件是发生在时间空间省的一点值得注意的事情。动作是原子性的,通常表示为一个简短的计算处理过程。

转换是状态间的关联。它们用于对一个实体的不同状态间的关系建模。当某实体在第一个状态中执行一定的动作,并在某个特定事情发生并且某个特定的条件满足时进入下一个状态。

在 UML 里,转换由5个部分组成,它们分别是:源状态、目标状态、触发事件、监护条件和动作。

  • 源状态(Source State)

    转换描述的是状态机所在的对象的状态的变化(状态图是可视化状态机的一种方式)。转换使对象从某个状态转换到另一个状态。那么在转换被激发之前,对象所处的状态就是转换的源状态。源状态就是被转换影响的状态。某对象处于源状态,当它接收到触发事件或满足监护条件,就会激活一个转换。

  • 目标状态(Target State)

    转换使对象从一个状态转换到另一个状态。转换完成后,对象状态发生了变化,这时对象所处的状态就是转换的目标状态。目标是转换完成后活动的状态。在图形上,转换的源状态位于表示转换的箭头的起始位置。转换的目标状态位于表示转换的箭头所指的那个状态。

  • 触发事件(Trigger Event)

    状态机描述了对象的具有事件驱动的动态行为。在这些动态行为中,对象动作的执行、状态的改变都是以特定事件的发生为前提的。转换的触发事件就是引起转变的事件。这里所指的事件可以是信号、调用、时间段或状态的一个改变。

  • 监护条件(Guard Condition)

    转换可能具有一个监护条件。监护条件是一个方括号括起来的布尔表达式,它被放在触发事件的后面。监护条件可以引用对象的属性值和触发事件的参数。当一个触发事件被触发时,布尔表达式被赋值。如果值是“真”,则触发事件使转换有效。如果值是“假”,则不会引起转换。
    监护条件只在引起转换的触发事件发生时被赋值一次,如果此转换被重新触发,监护条件会被重新赋值。

  • 动作(Action)

    当转变被激活时,它对应的动作被执行。动作是一个可执行的原子计算,它可以包括操作调用、另一个对象的创建或撤销、向一个对象发送信号。动作也可以是一个动作序列,即包括一序列的简单动作。动作或动作序列的执行不会被同时发生的其他动作所影响。动作的执行时间是非常短的,与外界的时间相比几乎可以忽略,因此在动作执行过程中不允许被中断,这点正好与活动相反,活动是可以被其他事件中断的。在某动作执行时,一般新进的事件会被安排在一个等待队列里。

状态图用途

状态图用于对系统的动态方面建模,动态方面指出现在系统体系结构中任一对象按事件排序的行为,其中这些对象可以是类、接口、构件和节点。当使用状态图对系统建模时,可以在类、用例、子系统或整个系统的语境中使用状态图。

它能帮助系统开发人员理解系统中对象的行为。而类图和对象图只能展现系统的静态层次和关联,并不能表达系统的行为。一幅结构清晰的状态图详细描述了对象行为,这大大地帮助了开发人员构造出符合用户需求的系统。

状态图建模步骤

(1)识别一个要对其生命周期进行描述的参与行为的类;
(2)对状态建模,即确定对象可能存在的状态;
(3)对事件建模,即确定对象可能存在的事件;
(4)对动作建模,即确定当转变被激活时,相应被执行的动作;
(5)对建模结果进行精化和细化。

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