Диаграммы состояний

6 Диаграммы состояний (statechart diagram)

Главное предназначение этой диаграммы – описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла. Чаще всего диаграммы состояний используются для описания поведения отдельных экземпляров классов (объектов), но они также могут быть применены для спецификации функциональности других компонентов моделей, таких как варианты использования, актеры, подсистемы, операции и методы.

Диаграмма состояний по существу является графом специального вида, который представляет некоторый автомат. Вершинами этого графа являются состояния и некоторые другие типы элементов автомата (псевдосостояния), которые изображаются соответствующими графическими символами. Дуги графа служат для обозначения переходов из состояния в состояние. Для понимания семантики конкретной диаграммы состояний необходимо представлять не только особенности поведения моделируемой сущности, но и знать общие сведения по теории автоматов.

6.1. Автоматы

Автомат (state machine) в языке UML представляет собой некоторый формализм для моделирования поведения элементов модели и системы в целом. Автомат описывает поведение отдельного объекта в форме последовательности состояний, которые охватывают все этапы его жизненного цикла, начиная от создания объекта и заканчивая его уничтожением. Каждая диаграмма состояний представляет некоторый автомат.

Простейшим примером визуального представления состояний и переходов на основе формализма автоматов может служить ситуация с исправностью технического устройства, такого как компьютер. В этом случае вводятся в рассмотрение два самых общих состояния: "исправен" и "неисправен" и два перехода: "выход из строя" и "ремонт". Графически эта информация может быть представлена в виде изображенной ниже диаграммы состояний компьютера (рис. 53).

Рис. 53 Простейший пример диаграммы состояний
для технического устройства типа компьютер

Основными понятиями, входящими в формализм автомата, являются состояние и переход. Главное различие между ними 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.

Рекомендуемые материалы

В языке UML под состоянием понимается абстрактный метакласс, используемый для моделирования отдельной ситуации, в течение которой имеет место выполнение некоторого условия. Состояние может быть задано в виде набора конкретных значений атрибутов класса или объекта, при этом изменение их отдельных значений будет отражать изменение состояния моделируемого класса или объекта.

Рис. 54 Графическое изображение состояний на диаграмме состояний

Состояние на диаграмме изображается прямоугольником со скругленными вершинами (рис. 54). 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 (рис. 54, а). В противном случае в первой из них записывается имя состояния, а во второй – список некоторых внутренних действий или переходов в данном состоянии (рис. 54, б).

Начальное состояние представляет собой частный случай состояния, которое не содержит никаких внутренних действий. В этом состоянии находится объект по умолчанию в начальный момент времени. Графически начальное состояние в языке UML обозначается в виде закрашенного кружка (рис. 55, а), из которого может только выходить стрелка, соответствующая переходу.

Рис. 55 Графическое изображение начального и конечного состояний на диаграмме состояний

Конечное (финальное) состояние представляет собой частный случай состояния, которое также не содержит никаких внутренних действий . В этом состоянии будет находиться объект по умолчанию после завершения работы автомата в конечный момент времени. Графически конечное состояние в языке UML обозначается в виде закрашенного кружка, помещенного в окружность (рис. 55, б), в которую может только входить стрелка, соответствующая переходу.

Простой переход (simple transition) представляет собой отношение между двумя последовательными состояниями, которое указывает на факт смены одного состояния другим. Пребывание моделируемого объекта в первом состоянии может сопровождаться выполнением некоторых действий, а переход во второе состояние будет возможен после завершения этих действий, а также после удовлетворения некоторых дополнительных условий. На диаграмме состояний переход изображается сплошной линией со стрелкой, которая направлена в целевое состояние (рис. 56).

В лекции "8 Ведущий прямого эфира" также много полезной информации.

Рис. 56 Диаграмма состояний для моделирования почтовой программы-клиента

6.2 Пример диаграммы состояний

Рассмотрим пример диаграммы состояний для моделирования поведения банкомата (рис. 57).

Рис. 57 Диаграмма состояний для моделирования поведения банкомата

Следует заметить, что в разрабатываемой модели диаграмма состояний является единственной и описывает поведение системы управления банкоматом в целом. Главное достоинство данной диаграммы состояний – возможность моделировать условный характер реализации всех вариантов использования в форме изменения отдельных состояний разрабатываемой системы. Иногда разработку диаграммы состояний, особенно в условиях дефицита времени, отпущенного на выполнение проекта, опускают, т.к. часто происходит дублирование информации, представленной на диаграммах кооперации и последовательности.