UML基礎與建模實踐：10、第十章 狀態(tài)機圖

UML基礎與建模實踐

第十章狀態(tài)機圖

主講人：

內(nèi)容摘要什么是狀態(tài)機圖1狀態(tài)圖的表示2遷移以及狀態(tài)的分類3狀態(tài)機圖應用4小結(jié)與習題510.1什么是狀態(tài)機圖狀態(tài)機圖描述對象在整個生命周期內(nèi)，在外部事件的作用下，從一種狀態(tài)遷移到另一種狀態(tài)的關系圖。狀態(tài)圖的節(jié)點是狀態(tài)（包括初始狀態(tài)和終止狀態(tài)），關系是遷移。10.2狀態(tài)圖的表示一個狀態(tài)圖包含的元素有：

初始狀態(tài) 終止狀態(tài) 狀態(tài) 遷移 分支下面分別描述元素的語義和表示方法。10.2.1狀態(tài)的表示1．初始狀態(tài) 初始狀態(tài)在一個狀態(tài)圖中只允許有一個，它用一個實心的圓表示，如圖10-2所示。2．終止狀態(tài)終止狀態(tài)用一個套有一個實心圓的空心圓表示。如圖10-3所示。圖10-2初始狀態(tài)的表示圖10-3終止狀態(tài)的表示10.2.1狀態(tài)的表示3．狀態(tài) 狀態(tài)有三種表示方法，如圖10-4所示，是狀態(tài)的簡單表示，如圖10-5所示，是狀態(tài)的詳細表示，如圖10-6所示， 是含有子狀態(tài)的表示。

狀態(tài)名稱Name狀態(tài)名稱entry/actionexit/actiondo/activityevent/action(argument)圖10-4簡單表示圖10-5詳細表示狀態(tài)名稱entry/actionexit/actiondo/activityevent/action(argument)圖10-6包含子狀態(tài)表示子狀態(tài)圖繪制在這里10.2.1狀態(tài)的表示（1）狀態(tài)名稱：給對象所處狀態(tài)取的名字，名字用一個字符串表示，在一個圖中，名字應該是唯一的。（2）entry/action：表示進入該狀態(tài)時執(zhí)行的動作。entry是關鍵字，表示進入該狀態(tài)，action代表某個動作。（3）exit/action：表示退出該狀態(tài)時執(zhí)行的動作。exit是關鍵字，表示退出該狀態(tài)，action代表某個動作。10.2.1狀態(tài)的表示（4）do/activity：表示處于該狀態(tài)時，執(zhí)行的活動(do是關鍵字，表示活動，activity代表某個活動)，活動是一系列動作的集合，活動執(zhí)行時可以被中斷，動作執(zhí)行時不能被中斷。（5）event/action(argument)：表示內(nèi)部遷移。該語句表示對象處于該狀態(tài)時響應某個事件（event）所執(zhí)行的動作action(argument)。event代表某個事件，action(argument)代表某個動作。Argument表示動作執(zhí)行時用到的參數(shù)。

10.2.2遷移的表示遷移分四種類型（外部遷移、內(nèi)部遷移、自動遷移和復合遷移）。下面主要介紹外部遷移的表示法。外部遷移用帶箭頭的直線表示，箭尾連接源狀態(tài)（轉(zhuǎn)出的狀態(tài)），箭頭連接目標狀態(tài)（轉(zhuǎn)入的狀態(tài)）。每個遷移可能包含三個要素： （1）0或多個事件 （2）0或多個監(jiān)護條件 （3）0或多個動作。10.2.2遷移的表示圖10-7所示即為描述了燒水器的狀態(tài)圖。我們用該圖說明遷移的三要素。注意：用實線箭頭表示的遷移都是外部遷移。OffOn水開了/turnOffturnOn[有水]/燒水turnOn[沒水]燒壞圖10-7燒水器的狀態(tài)圖10.2.2遷移的表示1．源狀態(tài)2．目標狀態(tài)3．事件事件可以分為調(diào)用、信號、改變和時間4類。10.2.2遷移的表示（1）調(diào)用事件

調(diào)用事件是一種同步機制，例如在圖10-8中，銀行賬戶（BankAccount）的三種狀態(tài)遷移圖。該圖演示了外部調(diào)用事件和內(nèi)部調(diào)用事件。圖10-8調(diào)用事件實例10.2.2遷移的表示（2）信號事件

信號是對象之間異步傳遞信息包。發(fā)送信號的對象將信號發(fā)送出去后，繼續(xù)執(zhí)行自已的操作。在計算機中的鼠標和鍵盤操作均屬于信號事件。圖10-9演示了信號事件。圖10-9信號事件10.2.2遷移的表示（3）改變事件 改變事件是指系統(tǒng)對某個條件表達式不斷進行的循環(huán)測試，當該條件表達式的值由false變?yōu)閠rue時，就觸發(fā)相關的動作，同時，條件表達式的值再次變?yōu)閒alse，這時，系統(tǒng)又不斷測試該條件表達式的值，如此循環(huán)。圖10-10演示了改變事件。圖10-10改變事件10.2.2遷移的表示（4）時間事件 時間事件是指當時間到達某個特點時刻，或某個戈值時，將要觸發(fā)的事件。時間事件用關鍵字when和after表示。when表示事件觸發(fā)的特點時刻；after表示事件觸發(fā)的戈值時間。例如，after(2個月)，when(date=08/12/20010)。 圖10-11中，是某個信貸賬戶(Credit)狀態(tài)機片段。當賬戶遷移到狀態(tài)Overdrawn兩個月以后，時間事件被觸發(fā)（after(2months)），賬戶遷移到狀態(tài)Frozen。圖10-11時間事件10.2.2遷移的表示4．監(jiān)護條件 監(jiān)護條件是一個布爾表達式。當觸發(fā)事件發(fā)生，并且布爾表達式的值為真時，遷移才能夠完成。監(jiān)護條件寫在[]符號中。10.2.2遷移的表示5．動作動作分為入口動作和出口動作：（1）入口動作：入口動作表示對象進入某個狀態(tài)時所要執(zhí)行的動作。入口動作用格式“entry/要執(zhí)行的動作”表示。（2）出口動作：出口動作表示對象退出某個狀態(tài)時所要執(zhí)行的動作。出口動作用格式“exit/要執(zhí)行的動作”表示。入口動作和出口動作都寫在狀態(tài)圖標的第二欄中。10.2.2遷移的表示6．活動 如果對象處于某個狀態(tài)進行一些動作，可能會需要一些時間，我們可以用活動來描述這一系列動作。我們在狀態(tài)的第二欄中描述活動，其格式為“do/動作名”。7．理解簡單狀態(tài)圖 例如描述一個燒水器在工作時的行為狀態(tài)變化。10.2.3分支的表示對象在外部事件的作用下，根據(jù)監(jiān)護條件的不同值，轉(zhuǎn)向不同的目標狀態(tài)，即對象的狀態(tài)根據(jù)監(jiān)護條件的取值而發(fā)生分支。分支用空心小菱形表示，如圖10-13所示。圖10-13分支的表示10.2.3分支的表示根據(jù)監(jiān)護條件的真假可以觸發(fā)不同的分支遷移。如圖10-14所示，當對象處于狀態(tài)1時，當某個事件作用于對象，這時就要計算監(jiān)護條件，當條件滿足時（true），對象的狀態(tài)變?yōu)闋顟B(tài)2；當條件不滿足時（false），對象狀態(tài)變?yōu)闋顟B(tài)3。圖10-14分支實例10.3遷移的分類遷移通常分為外部遷移、內(nèi)部遷移、自動遷移（不需要監(jiān)護條件下，離開原狀態(tài)，然后又回到原狀態(tài)）和復合遷移4種。10.3遷移的分類1．外部遷移

外部遷移是一種改變對象狀態(tài)的遷移。外部遷移用從源狀態(tài)到目標狀態(tài)的箭頭表示。如圖10-15所示即描述了火車上衛(wèi)生間的簡單狀態(tài)遷移，該衛(wèi)生間存在3個狀態(tài)，包含5個外部遷移。圖10-15外部遷移10.3遷移的分類2．內(nèi)部遷移

內(nèi)部遷移是指狀態(tài)不變的情況下，事件引發(fā)的動作。內(nèi)部遷移自始至終都不離開源狀態(tài)，所以不會產(chǎn)生入口動作和出口動作。因此，當對象處于某個狀態(tài)進行一些動作時，可以把這些動作看成是內(nèi)部遷移。3．自動遷移

自動遷移指在沒有事件觸發(fā)的情況下，當監(jiān)護條件為真時執(zhí)行某些動作。它是離開某個狀態(tài)后重新進入原先的狀態(tài)，它會激發(fā)狀態(tài)的入口動作和出口動作的執(zhí)行。10.3遷移的分類4．復合遷移 復合遷移由簡單遷移組成，它通過分支判定，把多個簡單遷移組合在一起，如圖10-17所示。圖10-17復合遷移10.4狀態(tài)的分類狀態(tài)機圖中的狀態(tài)分為： （1）簡單狀態(tài)（2）復合狀態(tài)兩種10.4.1簡單狀態(tài)簡單狀態(tài)是指不包含子狀態(tài)的狀態(tài)，但簡單狀態(tài)可以具有內(nèi)部遷移、入口動作和出口動作等。如圖10-18所示便是某銷售POS機的工作流程：當客戶到收銀臺后，收銀員逐一輸入用戶購買的商品，輸入完之后，計算出總金額，然后等待用戶付款，確定支付成功之后，完成收銀，等待下一個客戶。10.4.2復合狀態(tài)復合狀態(tài)是指狀態(tài)本身包含一個或者多個子狀態(tài)的狀態(tài)。復合狀態(tài)中包含的多個子狀態(tài)之間的關系有兩種：一種是并發(fā)關系，另一種是互斥關系。如果子狀態(tài)是并發(fā)關系，則稱子狀態(tài)為并發(fā)子狀態(tài)；如果子狀態(tài)是互斥關系，則稱子狀態(tài)為順序子狀態(tài)。10.4.2復合狀態(tài)1．順序子狀態(tài)

在圖10-19中，IC卡電話包括3個基本狀態(tài)：“使用狀態(tài)”、“未使用狀態(tài)”和“維修狀態(tài)”，其中“使用狀態(tài)”是一個復合狀態(tài)。下面來看看IC電話的連接過程： 當拿起電話打IC電話前，首先要插入IC卡，進行IC卡的有效驗證，驗證通過后才可以撥打電話，此時從最初的“IC卡驗證”狀態(tài)轉(zhuǎn)到“撥號”狀態(tài)。如果電話接通，則轉(zhuǎn)到“連接”狀態(tài)；在連接狀態(tài)，如果對方也拿起聽筒，則轉(zhuǎn)入“通話”狀態(tài)，通話完畢轉(zhuǎn)入“掛斷”狀態(tài)；如果對方無人接聽，則轉(zhuǎn)入“掛斷”狀態(tài)。如果撥號時出現(xiàn)異常情況，則掛斷電話；如果掛斷后重新?lián)芴?，電話又處于“撥號”狀態(tài)。如果此時取出IC卡，則電話轉(zhuǎn)入“未使用”狀態(tài)。 “使用狀態(tài)”包含5個子狀態(tài)，因為IC電話不能同時處于兩個不同的子狀態(tài)中，所以這些子狀態(tài)是順序子狀態(tài)。10.4.2復合狀態(tài)圖10-19順序子狀態(tài)實例10.4.2復合狀態(tài)2．并發(fā)子狀態(tài) 如果復合狀態(tài)包含兩個或者多個并發(fā)的子狀態(tài)機，則稱復合狀態(tài)的子狀態(tài)為并發(fā)子狀態(tài)。 下面考察一輛處于“運行”狀態(tài)的電動車。當車處在運行狀態(tài)時，包含了前進和后退兩個不同的子狀態(tài)，這兩個子狀態(tài)之間的關系是順序子狀態(tài)，因為一輛車不可能同時處于前進和后退兩種子狀態(tài)。另一方面，車的運行狀態(tài)又包括高速行駛狀態(tài)或者低速行駛狀態(tài)，而前進狀態(tài)可以同時為高速行駛或者低速行駛狀態(tài)，后退狀態(tài)也可以是高速行駛或者低速行駛狀態(tài)，即前進狀態(tài)或后退狀態(tài)之一，可以與高速行駛狀態(tài)或低速行使狀態(tài)之一同時存在，我們就把這些可以同時出現(xiàn)的狀態(tài)稱為并發(fā)子狀態(tài)，如圖10-20所示。并發(fā)子狀態(tài)可以用于并發(fā)線程的狀態(tài)建模。10.4.2復合狀態(tài)圖10-20并發(fā)子狀態(tài)實例10.4.2復合狀態(tài)3．復合狀態(tài)表示法復合狀態(tài)的表示法有兩種。（1）將子狀態(tài)機嵌入表示狀態(tài)的圓角矩形中這種表示法是在表示狀態(tài)的圓角矩形中加入子狀態(tài)機的新分欄，如圖10-21左圖所示。圖10-21復合狀態(tài)的兩種表示法10.4.2復合狀態(tài)（2）在圓角矩形中加入復合圖標這種表示法是在表示狀態(tài)的圓角矩形中加入分解指示符的新分欄，其中，分解指示符代表子狀態(tài)機，如圖10-21下圖所示。圖10-21復合狀態(tài)的兩種表示法10.4.3歷史狀態(tài)當遷移轉(zhuǎn)入復合狀態(tài)時，被嵌套的子狀態(tài)機一般要從子狀態(tài)機的初始狀態(tài)開始執(zhí)行，除非轉(zhuǎn)到特定的子狀態(tài)。但是有些情況下，當離開一個復合狀態(tài)，然后重新進入復合狀態(tài)時，并不希望從復合包含的子狀態(tài)機的初始狀態(tài)開始執(zhí)行，而是希望直接進入上次離開復合狀態(tài)時的最后一個活動子狀態(tài)，此時便需要用一個包含字母“H”的小圓圈表示最后一個活動子狀態(tài)，即稱為歷史狀態(tài)。每當遷移到復合狀態(tài)的歷史狀態(tài)時，對象的狀態(tài)便恢復到上次離開該復合狀態(tài)時的最后一個活動子狀態(tài)，并執(zhí)行入口動作

10.4.3歷史狀態(tài)下面考慮一個MP3播放器對象的狀態(tài)圖，如圖10-22所示。

圖10-22歷史狀態(tài)10.4.4子狀態(tài)機間異步通信在很多情況下，并發(fā)子狀態(tài)機之間可能需要異步通信。為了實現(xiàn)異步通訊，我們采用的策略是：一個子狀態(tài)機設置某個屬性值，在另一個子狀態(tài)機中，在某個遷移的監(jiān)護條件中使用該屬性值。10.4.4子狀態(tài)機間異步通信在圖10-23中，“訂單處理”狀態(tài)包含了2個并發(fā)的子狀態(tài)機：第一個子狀態(tài)機包含兩個狀態(tài)，即“接收支付”和“已支付”；第二個子狀態(tài)機也包含兩個狀態(tài)，即“配貨”和“發(fā)貨”。現(xiàn)在來看看第一個子狀態(tài)機與第二個子狀態(tài)機之間的通信方式：當訂單進入“已支付”狀態(tài)時，paidFor的值才為true，而第二個子狀態(tài)機要想進入“發(fā)貨”狀態(tài)，其監(jiān)護條件是paidFor為true。

10.4.4子狀態(tài)機間異步通信圖10-23中可以看出，只有paidFor為真，即只有完成了“已支付”行為，才能進入“發(fā)貨”狀態(tài)。通過paidFor，我們實現(xiàn)了兩個并發(fā)子狀態(tài)機之間的異步通訊。

圖10-23子狀態(tài)機間的通信10.4.5建立狀態(tài)機圖的步驟繪制狀態(tài)機圖的一般步驟如下：（1）尋找主要的狀態(tài)。（2）尋找外部事件，以便確定狀態(tài)之間的遷移。（3）詳細描述每個狀態(tài)和遷移。（4）把簡單狀態(tài)圖遷移為復合狀態(tài)圖。

10.5狀態(tài)機圖應用狀態(tài)機圖的主要應用有兩種：一是在對象生命周期內(nèi)，對