ЛекUML

5.2.3. Составные и специальные состояния

Составное состояние может быть последовательным или параллельным.

Специальные состояния, в свою очередь, бывают следующих типов: начальное состояние,

заключительное состояние, переходное состояние,

историческое состояние (в двух вариантах), синхронизирующее состояние, ссылочное состояние, состояние "заглушка".

Переходное состояние рассмотрено ранее, параллельное составное состояние и состояние синхронизации будут рассмотрены позднее.

Составное состояние — это состояние, в которое вложена машина состояний. Если вложена только одна машина, то состояние называется последовательным, если несколько — параллельным. Глубина вложенности в UML неограниченна, т. е. состояния вложенной машины состояний также могут быть составными. Рассмотрим все известный прибор: светофор. Он может находится в двух основных состояниях:

Off — вообще не работает — выключен или;

On — работает.

Но работать светофор может по-разному:

Blinking — мигающий желтый, дорожное движение не регулируется;

Working — работает по-настоящему и регулирует движение.

В последнем случае у светофора есть 4 видимых состояния, являющихся предписывающими сигналами для участников дорожного движения: Green — зеленый свет, движение разрешено;

GreenYellow — состояние перехода из режима разрешения в режим запрещения движения (это настоящее состояние, светофор находится в нем заметное время); Red — красный свет, движение запрещено;

RedYellow — состояние перехода из режима запрещения в режим разрешения движения.

Составное состояние

Off

turnOff()

Переход из составного состояния

On

turnOn()	switchOff()
	Blinking
Working	switchOn()
after: 30 sec	after: 3 sec
	RedYellow
Red	Green
after: 5 sec	after: 45 sec
	GreenYellow

В принципе всегда можно обойтись без использования составных состояний. Например, ниже приведена эквивалентная машина состояний не содержащая составных состояний. Сравнение диаграмм является, достаточным объяснением того, зачем в UML введены составные состояния ☺.

turnOff()
turnOn()
Off	Blinking
	switchOff()
turnOff()	switchOn() switchOff()
after: 30 sec	switchOff()
	after: 3 sec
turnOff()	RedYellow
Red	Green

switchOff()

turnOff()	after: 5 sec	after: 45 sec
		GreenYellow

turnOff()

Общая идея составного состояния ясна. Теперь нужно внимательно разобраться с деталями составных состояний и связанных с ними переходов. Первое правило здесь таково: переход из составного состояния наследуется всеми вложенными состояниями. При этом, если для вложенного состояния определен переход с тем же событием перехода и сторожевым условием, что и у наследуемого перехода, то преимущество имеет локально определенный переход.

Перейдем к рассмотрению специальных состояний. Прежде всего, специальное состояние состоянием не является, в том смысле, что автомат не может в нем "пребывать" и оно не может быть текущим активным состоянием.

Начальное состояние — это специальное состояние, соответствующее ситуации, когда машина состояний еще не работает. На диаграмме начальное состояние изображается в виде закрашенного кружка. Начальное состояние не имеет таких составляющих, как действия на входе, выходе и внутренняя активность, но оно обязано иметь исходящий переход, ведущий в то состояние, которое будет являться по настоящему первым состоянием при работе машины состояний. Исходящий переход из начального состояния не может иметь события перехода, но может иметь сторожевое условие. В последнем случае должны быть определены несколько переходов из начального состояния, причем один из них обязательно должен срабатывать. Начальное состояние может иметь действие на переходе — это действие выполняется до начала работы машины состояний.

Если имеется переход в составное состояние, то внутри этого составного состояния обязано присутствовать начальное состояние — в противном случае неясно, куда же ведет данный переход.

Заключительное состояние — это специальное состояние, соответствующее ситуации, когда машина состояний уже не работает. На диаграмме заключительное состояние изображается в виде закрашенного кружка, который обведен дополнительной окружностью. Подобно начальному состоянию, заключительное состояние не имеет таких составляющих, как действия на входе, выходе и внутренняя активность, но имеет входящий переход, ведущий из того состояния, которое является последним состоянием в данном сеансе работы машины состояний. Работа машины состояний может завершаться несколькими различными способами. Историческое состояние — это специальное состояние, подобное начальному состоянию, но обладающее дополнительной семантикой. Историческое состояние может использоваться во вложенной машине состояний внутри составного состояния. При первом запуске машины состояний историческое состояние означает в точности тоже, что и начальное: оно указывает на состояние, в котором находится машина в начале работы. Если в данной машине состояний используется историческое состояние, то при выходе из объемлющего составного состояния запоминается то состояние, в котором находилась вложенная машина при выходе. При повторном входе в данное составное состояние в качестве текущего состояния восстанавливается то состояние, в котором машина находилась при выходе. Историческое состояние имеет две разновидности. Поверхностное историческое состояние запоминает, какое состояние было активным на том же уровне вложенности, на каком находится само историческое состояние. Глубинное историческое состояние помнит не только активное состояние на данном уровне, но и на вложенных уровнях.

Если мы хотим описать на UML действительно сложное поведение, то мы должны иметь возможность сделать это по частям и такая возможность в UML предусмотрена — это ссылочные состояния и состояния заглушки.

Ссылочное состояние — состояние, которое обозначает вложенную в него машину состояний. На диаграмме ссылочное состояние изображается в виде фигуры простого состояния с именем, которому предшествует ключевое слово include. Семантика ссылочного состояния заключается в следующем. Если на диаграмме присутствует ссылочное состояние, то это означает, что в модели вместо ссылочного состояния присутствует составное состояние (и, соответственно, вложенная машина состояний), на которое делается ссылка. Переходы между составными состояниями в UML можно подразделить на два типа: переходы внутрь и изнутри составных состояний (т. е. переходы, пересекающие границы составных состояний), и переходы, начинающиеся и заканчивающиеся на границах состояний. Если переход начинается и заканчивается на границе состояний, то вся работа вложенной машины состояний инкасулирована в составном состоянии никаких проблем нет — ссылочного состояния достаточно для включения одной машины внутрь другой. Однако, если такие переходы есть, то возникает проблема: грубо говоря, нам нужно провести стрелку с одной диаграммы на другую. Решением этой проблемы в UML являются состояния заглушки.

Состояние заглушка — это специальное состояние, которое обозначает в ссылочном состоянии некоторое вложенное состояние того составного состояния, на которое делается ссылка: мы разрешаем себе показать в ссылочном состоянии необходимый нам минимум деталей той машины состояний, которая скрыта в ссылочном состоянии. На диаграмме состояние заглушка изображается в виде короткой вертикальной черты внутри фигуры ссылочного состояния и с именем

соответствующего вложенного состояния. У этой черты начинается или заканчивается стрелка перехода, пересекающего границу ссылочного состояния. Приведем пример из информационной системы отдела кадров, чтобы проиллюстрировать вышесказанное. Рассмотрим жизненный цикл сотрудника на предприятии и раскрываем делали поведения объекта Person, находящегося в самом важном для предприятия состоянии — Employee. Покажем, как с помощью ссылочного состояния можно собрать все заготовки в цельную и полную модель поведения сотрудника. На рисунке приведена диаграмма верхнего уровня, описывающая поведение в целом, без деталей. Состояние Employee — ссылочное, что подразумевает наличие другой диаграммы, на которой раскрыта внутренняя структура состояния Employee. Состояние заглушка inOffice указывает, что внутри составного состояния Employee есть вложенное состояние inOffice. Данное состояние выявлено на диаграмме верхнего уровня, чтобы подчеркнуть, что переходы по событию fire ведут именно в это вложенное состояние, а не в другое (при приеме сотрудник сначала обязательно должен попасть в состояние "на работе" и только потом может уйти в отпуск, заболеть и т. д.).

Ссылочное

состояние

move()

Начальное

состояние

		include
		Employee	fire()
	hire()	inOffice	hire()
Candidate
			Retired
			after: 10 years

Состояние заглушка Заключительное

состояние

На другой диаграмме раскрывается внутренняя структура состояния Employee.

Employee

Well

fallIll()

H

gotoVacations()

Ill

inOffice

onVacations

getWell()

after: 2 weeks

5.2.4.События

ВUML используются четыре типа событий: событие вызова,

событие сигнала, событие таймера, событие изменения.

Событие вызова — это событие, возникающее при вызове операции класса. Если событие вызова используется как событие перехода в машине состояний, описывающей поведение класса, то класс должен иметь соответствующую операцию. Поскольку событие вызова — это вызов операции, то оно может иметь аргументы, как всякая операция. Значения аргументов могут использоваться в действиях перехода.

Предусловие — это условие, налагаемое на входные данные операции, которое должно выполняться до вызова операции. Если предусловие операции нарушено, то корректное выполнение операции не гарантируется. Постусловие — это условие, связывающее входные и выходные данные операции, которое должно выполняться после вызова операции. Если постусловие операции оказывается нарушенным, то значит реализация операции содержит ошибку. В UML предусловия и постусловия операций предлагается описывать при моделировании структуры, в виде ограничений со стереотипами «precondition» и «postcondition»

Определение предусловий и постусловий операций — чрезвычайно сильное средство моделирования.

Событие сигнала — это событие, возникающее, когда послан сигнал. Чтобы разъяснить событие сигнала в UML, нужно рассмотреть прежде всего саму

концепцию сигнала. Синтаксически сигнал в UML — это объект класса со стереотипом «signal». Семантически сигнал — это именованный объект, который создается другим объектом (отправителем) и обрабатывается третьим объектом (получателем). Сигнал, как объект, может иметь атрибуты, т.е. параметры сигнала. Сигнал может иметь операции. Одна из них считается определенной по умолчанию. Она имеет стандартное имя send и параметр, являющейся множеством объектов, которым отправляется сигнал. Объявлять эту операцию не нужно. Можно объявлять другие операции, которые служат для доступа к значениям атрибутов (аргументам) сигнала, но это не обязательно.

Как правило, целевое множество содержит один элемент, но может не содержать элементов (это не считается ошибкой) или может содержать много элементов (это называется широковещательным сигналом). Объекты, которым отправляется сигнал, обязаны иметь операцию для получения и обработки сигнала. Такая операция имеет стереотип «signal», ее имя совпадает с именем классификатора сигнала, а имена и типы параметров совпадают с именами и типами атрибутов сигнала. Операция получения сигнала не может возвращать результат. Классификатор сигнала создает новый объект — экземпляр сигнала и отправляет его копии всем объектам целевого множества, т. е. вызывает в объектах целевого множества операции приема сигнала с указанными значениями аргументов.

Сигналы подходят для описания всех видов взаимодействия объектов — как синхронных, так и асинхронных, как в монолитных приложениях, так и в распределенных. В UML имеется один важный частный случай сигналов — исключения, которые определяются с помощью стереотипа «exception». Исключения во всем подобны сигналам — их назначение состоит в том, чтобы подчеркнуть в модели то обстоятельство, что для реализации должен использоваться встроенный механизм обработки исключений, который имеется в большинстве современных объектно-ориентированных систем программирования. В частности, для исключений (равно как и для сигналов) действует правило "перехвата": исключение, посланное объекту, обрабатывается операцией обработки данного исключения, определенной в ближайшем по иерархии обобщения суперклассе для класса данного объекта.

Перейдем к рассмотрению нотации, связанной с сигналами, исключениями и событиями сигнала. На диаграмме классов сигнал определяется в форме класса со стереотипом «signal» или «exception». Этот класс связывается с отправителем зависимостью со стереотипом «send» и связывается с получателем объявлением в получателе операции со стереотипом «signal».

В машине состояний объекта класса, ответственного за обработку исключительных ситуаций, исключение выступает как событие сигнала, возбуждающее переход. Синтаксис события сигнала ничем не отличается от события вызова (потому что обработка события сигнала это тоже выполнение операции).

Событие таймера — это событие, которое возникает, когда истек заданный интервал времени с момента попадания автомата в данное состояние. Синтаксически событие таймера записывается с помощью ключевого слова after, за которым указывается выражение, доставляющее длину интервала времени. Семантически событие таймера означает следующее. Подразумевается, что у состояния имеется таймер, который сбрасывается в 0, когда автомат переходит в данное состояние. Таймер ведет отсчет времени. Если до истечения указанного интервала времени сработает другой переход, то событие таймера не возникает. Когда указанный

интервал времени истекает, наступает событие таймера и возбуждается соответствующий переход. Если переход срабатывает, то автомат переходит в новое состояние. Заметим, что если переход по событию таймера является переходом в себя, то таймер опять сбрасывается в 0, а если переход по событию таймера является внутренним переходом, то таймер продолжает отсчет. Если переход по событию таймера не срабатывает (из-за ложности сторожевого условия), то событие таймера теряется и таймер продолжает отсчет времени, так что позже может сработать другой переход по событию таймера с большим интервалом времени. Событие таймера не может быть отложено.

Приведем пример. В нем определяется, что по истечении 10 лет объект, представляющий уволенного сотрудника (запись в базе данных) уничтожается, если только этот объект не помечен специальным образом (сторожевое условие keepForever).

after: 10 years

[else] / deleteDBRecord

Retired

[keepForever]

Событие изменения — это событие, которое возникает, когда некоторое логическое условие становится истинным, будучи до этого ложным. Синтаксически событие изменения записывается с помощью ключевого слова when, за которым указывается логическое выражение (условие). Семантически событие изменения означает следующее. Подразумевается, что в системе имеется механизм, работающий как демон, который возбуждает событие, если в результате изменения состояния системы изменяется значение логического выражения. Если выражение, являющееся аргументом события изменения, принимает значение true (имея до этого значение false), то переход возбуждается. Если выражение имеет значение true в тот момент, когда автомат переходит в данное состояние, то переход сразу возбуждается. Если переход срабатывает, то автомат, как обычно, переходит в новое состояние. Если переход не срабатывает, то событие изменения теряется. При этом, если условие продолжает оставаться истинным, то нового события изменения не возникает. Для того, чтобы снова возникло событие изменения, нужно, чтобы условие стало сначала ложным, а потом истинным.

Рассмотрим элементарный пример из информационной системы отдела кадров: по достижении определенного возраста сотрудник увольняется на пенсию

when: self.age > 65

Employee

Retired

5.3. Диаграммы деятельности

Диаграммы деятельности являются средством описания поведения в UML

.Диаграммы деятельности UML очень близки по своей сути к блок-схемам. Однако, диаграммы деятельности в UML снабжены дополнительными синтаксическими средствами, резко повышающими их выразительность и область применимости, даже по сравнению с машинами состояний UML. Диаграммы деятельности в наименьшей степени объектно-ориентированны.

Основных сущностей и отношений, применяемых на диаграмме деятельности, еще меньше, чем на диаграмме состояний. Дело в том, что основная сущность на диаграмме деятельности является частным случаем простого состояния (состояние деятельности), а основное отношение — частным случаем простого перехода (переход по завершении). В тоже время всевозможных дополнительных обозначений и вариантов нотации на диаграмме деятельности еще больше, чем на диаграмме состояний.

5.3.1. Действие и деятельность

Ранее мы использовали понятие действия, постулировав, что действие является атомарным, непрерываемым извне, безусловным и завершаемым. Действия используются на переходах и в состояниях машины состояний UML и играют там ключевую роль.

Действие в UML может быть одного из следующих типов: присваивание значения;

вызов операции; создание объекта; уничтожение объекта; возврат значения; посылка сигнала; останов;

не интерпретируемое действие.

Ниже приведены основные сведения о действиях в UML.

Таблица 5.3. Действия
Тип	Ключевое	Описание
действия	слово
Присваиван	:=	Присваивание значения атрибуту объекта. После
ие значения		выполнения присваивания значение атрибута равно
		значению выражения в правой части
Вызов	call	Вызов операции заданного объекта с заданными
операции		аргументами. Можно вызывать операцию сразу у
		нескольких объектов. В этом случае все они

выполняются параллельно, а операция не должна возвращать значение. Операции вызываются синхронно: вызывающий объект ждет, когда

выполнение операции закончится и ему вернут управление и, возможно, значение.

Создание	create	Создание и инициализация нового объекта
объекта		заданного класса. Аргументы используются для
		инициализации атрибутов.
уничтожен	destroy	Уничтожение заданного объекта и всех его
ие объекта		составляющих,		включенных	отношением
		композиции.
возврат	return	Возврат значения в точку вызова операции. Это
значения		действие может применяться только внутри
		вызванной операции, например, на переходе,
		возбужденным событием вызова. Возвращаемых
		значений может быть несколько.
посылка	send	Создание нового экземпляра сигнала и отправка
сигнала		созданного сигнала заданному целевому множеству
		объектов. Целевое множество может не содержать
		элементов, содержать один элемент или несколько
		элементов. Сигналы посылаются асинхронно:
		посылающий объект не ждет, когда объекты
		целевого множества получат сигналы, а сохраняет
		свой поток управления и продолжает работу.
останов	terminate	Прекращение работы (принудительная остановка)
		машины состояний объекта и уничтожение этого
		объекта.
не	любой текст	Любое действие, не определенное в UML. Например,
интерпрети		исполняемая конструкция (оператор), целевого
руемое		языка	программирования,		поддерживаемого
действие		инструментом или же текст на естественном языке.

Еще одно средство, относящееся к действиям UML, называется повторитель. Повторитель — это выражение, предписывающее выполнить действие несколько раз (может быть, 0 раз). Синтаксически повторитель записывается подобно сторожевому условию, в квадратных скобках, перед которыми ставится звездочка:

* [ повторитель ] действие

Синтаксис выражения, определяющего число или условие повторений действия, в UML не предписывается, подразумевается, что это нечто вроде заголовка цикла целевого языка программирования.

Последовательность действий, в том числе определенная повторителем, рассматривается как единое действие и обладает основными признаками действия: атомарностью и завершимостью.