UML 状态图

朱雀 2023-10-17 22:56 149阅读 0赞

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][70]

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。

[70]: https://img-blog.csdn.net/20180731085230175?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01yQmF5bWF4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70