UML狀態(tài)機(jī)圖分析

第9章?tīng)顟B(tài)機(jī)圖UML建模設(shè)計(jì)與分析-狀態(tài)機(jī)圖本章的主要介紹狀態(tài)機(jī)的含義、作用、構(gòu)成及其創(chuàng)建和應(yīng)用。學(xué)習(xí)要點(diǎn)是：●理解狀態(tài)機(jī)及其構(gòu)成。●掌握狀態(tài)機(jī)圖中的基本標(biāo)記符?！窭斫廪D(zhuǎn)移的概念?！裾莆帐录蛣?dòng)作的含義及使用?！窭斫庾訝顟B(tài)機(jī)圖組合狀態(tài)?！裾莆胀綘顟B(tài)、歷史狀態(tài)的使用。

通常狀態(tài)名英文的首字母要大寫(xiě)，并且最好給狀態(tài)一個(gè)以“ing”為結(jié)尾的名字。(例如“Dialing”、“Faxing”)。當(dāng)然有時(shí)也無(wú)法起這樣的名字(例如“Idle”)。狀態(tài)機(jī)是展示狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖狀態(tài)機(jī)是一個(gè)類的對(duì)象所有可能的生命歷程的模型。當(dāng)對(duì)象探測(cè)到一個(gè)事件后，它依照當(dāng)前的狀態(tài)做出反應(yīng)，反應(yīng)包括執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作和轉(zhuǎn)換到新?tīng)顟B(tài)。什么是狀態(tài)圖UML狀態(tài)機(jī)圖能夠展示這種變化，描述了一個(gè)對(duì)象所處的可能狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，并給出了狀態(tài)變化序列的起點(diǎn)和終點(diǎn)。

狀態(tài)機(jī)圖也叫狀態(tài)(state)，或狀態(tài)表（statechart）。

狀態(tài)機(jī)圖與類圖、對(duì)象圖和用例圖有著本質(zhì)的不同。前面章節(jié)介紹過(guò)的這3種圖能夠?qū)σ粋€(gè)系統(tǒng)或者至少是一組類、對(duì)象或用例建立模型。而狀態(tài)圖只是對(duì)單個(gè)對(duì)象建立模型。

表征系統(tǒng)變化的方法可以說(shuō)成是對(duì)象改變了自己的狀態(tài)(state)以響應(yīng)事件和時(shí)間的流逝。例如：當(dāng)你拉下電燈的開(kāi)關(guān)時(shí)，電燈改變了它的狀態(tài)，由關(guān)變?yōu)殚_(kāi)。當(dāng)你按下遠(yuǎn)程遙控器的調(diào)頻按鈕時(shí)，電視機(jī)的狀態(tài)由顯示一個(gè)頻道的節(jié)目變?yōu)轱@示另一個(gè)頻道的節(jié)目。

經(jīng)過(guò)一個(gè)適宜的時(shí)間后，洗衣機(jī)可以由洗滌變?yōu)槠礌顟B(tài)。狀態(tài)圖機(jī)與活動(dòng)圖的區(qū)別狀態(tài)機(jī)圖只建模一個(gè)對(duì)象的行為，活動(dòng)圖可以建模多個(gè)對(duì)象的活動(dòng)活動(dòng)圖中也允許建模特定活動(dòng)中對(duì)象的某個(gè)狀態(tài)基本組成狀態(tài)(State)轉(zhuǎn)移(Transition)事件(Event)活動(dòng)(Activity)動(dòng)作(Action)狀態(tài)機(jī)圖中的標(biāo)識(shí)符有：狀態(tài)、初始狀態(tài)、終結(jié)狀態(tài)、轉(zhuǎn)移、判定決策點(diǎn)和同步。狀態(tài)機(jī)圖標(biāo)記符下圖顯示了圓角矩形代表一個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)間帶箭頭的實(shí)線代表狀態(tài)的遷移(轉(zhuǎn)移)。箭頭指向目標(biāo)狀態(tài)。圖中的實(shí)心圓代表狀態(tài)轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)，公牛眼形圓圈代表終點(diǎn)。狀態(tài)

狀態(tài)是指對(duì)象某個(gè)時(shí)刻存在的方式，如休眠、打印、驗(yàn)證等。狀態(tài)的4種形式添加動(dòng)作的狀態(tài)，狀態(tài)名與動(dòng)作中間以一條斜線隔開(kāi)狀態(tài)狀態(tài)是對(duì)象執(zhí)行某項(xiàng)活動(dòng)或等待某個(gè)事件時(shí)的條件和狀況狀態(tài)是給定類的對(duì)象的一組屬性值,這組屬性值對(duì)所發(fā)生的事件具有相同性質(zhì)的反應(yīng)。對(duì)象在任何時(shí)候都會(huì)處于某種狀態(tài)中，所有對(duì)象都有狀態(tài)。對(duì)象所處的狀態(tài)決定了它如何響應(yīng)所檢測(cè)到的事件或所接收的消息。通常，事件使對(duì)象從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一個(gè)狀態(tài)（即狀態(tài)的轉(zhuǎn)移）開(kāi)始狀態(tài)結(jié)束狀態(tài)一般狀態(tài)復(fù)合狀態(tài)歷史狀態(tài)狀態(tài)簡(jiǎn)單(一般)狀態(tài)狀態(tài)名進(jìn)入/退出動(dòng)作在進(jìn)入和退出狀態(tài)時(shí)所執(zhí)行的動(dòng)作。entry/動(dòng)作exit/動(dòng)作內(nèi)部轉(zhuǎn)換在不使?fàn)顟B(tài)發(fā)生變更的情況下進(jìn)行的轉(zhuǎn)移。事件名[監(jiān)護(hù)條件]/動(dòng)作延遲事件延遲到下一狀態(tài)中處理的事件表示：事件/defer子狀態(tài)嵌套在另外一個(gè)狀態(tài)中的狀態(tài)組合狀態(tài)包含子狀態(tài)的狀態(tài)稱為組合狀態(tài)（CompositeState）

將子狀態(tài)機(jī)單獨(dú)定義，對(duì)其進(jìn)行命名（通常以大寫(xiě)字母開(kāi)頭），然后在需要使用的地方來(lái)引用它例順序狀態(tài)如果一個(gè)組成狀態(tài)的子狀態(tài)對(duì)應(yīng)的對(duì)象在其生命周期內(nèi)的任何時(shí)刻都只能處于一個(gè)子狀態(tài)，也就是說(shuō)狀態(tài)機(jī)圖中多個(gè)子狀態(tài)是互斥的，不能同時(shí)存在，這種子狀態(tài)被稱為順序狀態(tài)或互斥狀態(tài)或不相交狀態(tài)。在順序狀態(tài)中最多只能有一個(gè)初態(tài)和一個(gè)終態(tài)。并發(fā)子狀態(tài)

有時(shí)組成狀態(tài)有兩個(gè)或多個(gè)并發(fā)的子狀態(tài)，此時(shí)稱組成狀態(tài)的子狀態(tài)為并發(fā)子狀態(tài)。

如果并發(fā)子狀態(tài)中有一個(gè)子狀態(tài)機(jī)比其它并發(fā)子狀態(tài)先到達(dá)終態(tài)，先到的將等待，直到所有子狀態(tài)到達(dá)終態(tài)。并發(fā)子狀態(tài)同步狀態(tài)同步狀態(tài)是連接兩個(gè)并發(fā)狀態(tài)區(qū)域的特殊狀態(tài)。

組合狀態(tài)圖區(qū)域之間是獨(dú)立的，如果要求對(duì)并發(fā)區(qū)域之間的控制進(jìn)行同步，就需要同步狀態(tài)。歷史狀態(tài)歷史狀態(tài)用于在復(fù)雜的組合中標(biāo)記轉(zhuǎn)移過(guò)后需要返回的狀態(tài)。UML狀態(tài)機(jī)圖中歷史狀態(tài)分為淺歷史狀態(tài)（歷史狀態(tài)）和深歷史狀態(tài)（詳細(xì)歷史狀態(tài)）兩種。例當(dāng)從狀態(tài)“結(jié)賬”和“顯示購(gòu)物車”返回子狀態(tài)“顯示索引信息”時(shí)，將進(jìn)入的是離開(kāi)時(shí)的歷史狀態(tài)。也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)到購(gòu)物或結(jié)賬區(qū)之后，再回到“瀏覽目錄”的頁(yè)面時(shí)，其中的內(nèi)容是不變的，仍然保留原來(lái)的信息。子狀態(tài)機(jī)引用狀態(tài)

子狀態(tài)機(jī)引用狀態(tài)是表示激活其他子狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)。聲明子狀態(tài)機(jī)引用狀態(tài)時(shí)，使用關(guān)鍵字include來(lái)標(biāo)記。如子狀態(tài)機(jī)不是通過(guò)初態(tài)和終態(tài)進(jìn)入和退出子狀態(tài)機(jī)，可以用樁狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。樁狀態(tài)分為入口樁和出口樁，表示非默認(rèn)的入口和出口。轉(zhuǎn)移用來(lái)顯示從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的處理流。轉(zhuǎn)換定義了處于此狀態(tài)的對(duì)象對(duì)外界發(fā)生的事件所做出的反應(yīng)。轉(zhuǎn)移有多種，如自轉(zhuǎn)移、內(nèi)部轉(zhuǎn)移、自動(dòng)轉(zhuǎn)移和復(fù)合轉(zhuǎn)移等。轉(zhuǎn)移自轉(zhuǎn)移復(fù)合轉(zhuǎn)移自動(dòng)轉(zhuǎn)移內(nèi)部轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移的組成源狀態(tài)轉(zhuǎn)換激發(fā)前對(duì)象所處的狀態(tài)目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)換完成后，對(duì)象所處的狀態(tài)觸發(fā)事件引起轉(zhuǎn)換的事件監(jiān)護(hù)條件布爾表達(dá)式，真則觸發(fā)事件有效動(dòng)作轉(zhuǎn)換被激活時(shí)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)移的區(qū)別進(jìn)入和退出轉(zhuǎn)換：當(dāng)進(jìn)入一個(gè)狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作；或當(dāng)退出某個(gè)狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行什么動(dòng)作。這時(shí)就可以使用進(jìn)入和退出轉(zhuǎn)換來(lái)表示內(nèi)部轉(zhuǎn)換：用來(lái)處理一些不離開(kāi)該狀態(tài)的事件事件事件是發(fā)生在時(shí)間和空間上可以定位，并值得注意的事情。如果某一事情的發(fā)生造成了影響，那么在狀態(tài)模型中它是一個(gè)事件在OO中，事件是對(duì)一個(gè)可觀察的事情的規(guī)格說(shuō)明，這種事情的發(fā)生可以引發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換事件可能有參數(shù)來(lái)辨別每個(gè)實(shí)例，就像類用屬性來(lái)辨別每個(gè)對(duì)象通常事件后跟一個(gè)監(jiān)護(hù)條件，監(jiān)護(hù)條件為假，事件不能觸發(fā)。如turnOn[有水]事件種類信號(hào)事件調(diào)用事件改變事件時(shí)間事件延遲事件事件種類1）信號(hào)事件所謂信號(hào)，是指由一個(gè)對(duì)象異步地發(fā)送、并由另外一個(gè)對(duì)象接收的一個(gè)已命名的對(duì)象。一個(gè)對(duì)象對(duì)一個(gè)信號(hào)實(shí)例的接收導(dǎo)致一個(gè)信號(hào)事件信號(hào)可以在類圖中被聲明為類元，并用關(guān)鍵字《signal》表示，信號(hào)的參數(shù)被聲明為屬性。信號(hào)的等級(jí)組織事件種類2）調(diào)用事件對(duì)操作調(diào)用的接收調(diào)用事件一般是同步的事件種類3)時(shí)間事件指定事件后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間或到了指定時(shí)間，導(dǎo)致的一個(gè)時(shí)間事件。如after(5妙)，after（A推出后5妙）事件種類4)改變事件用布爾表達(dá)式描述的指派條件變?yōu)檎妫蛯?dǎo)致一個(gè)改變事件。無(wú)論表達(dá)式的值何時(shí)由假變?yōu)檎妫录及l(fā)生變?yōu)檎鏁r(shí)，事件發(fā)生一次，即使之后變?yōu)榧?，產(chǎn)生的事件仍將保持，直到它被處理為止用when(bullexpress)表示事件種類5)延遲事件延遲事件是在當(dāng)前狀態(tài)不處理、推遲或排隊(duì)等到對(duì)象轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)再處理的事件。延遲事件使用關(guān)鍵字defer來(lái)標(biāo)識(shí)，語(yǔ)法形式為：延遲事件/defer.轉(zhuǎn)移的細(xì)節(jié)：事件和動(dòng)作可以對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移線添加一些細(xì)節(jié)。可以指明引起轉(zhuǎn)移發(fā)生的事件(觸發(fā)器事件)和引起狀態(tài)變化所需執(zhí)行的計(jì)算(動(dòng)作)。添加的事件和動(dòng)作寫(xiě)在轉(zhuǎn)移線上，觸發(fā)器事件和動(dòng)作名之間用反斜杠隔開(kāi)。有時(shí)一個(gè)事件會(huì)引起沒(méi)有相關(guān)動(dòng)作的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，或者有時(shí)一個(gè)轉(zhuǎn)移是由于某個(gè)狀態(tài)完成了它的活動(dòng)所引起(而不是由于事件引起)。這種類型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移被稱為無(wú)觸發(fā)器轉(zhuǎn)移。

圖形用戶界面(GUI)是一個(gè)可以說(shuō)明狀態(tài)轉(zhuǎn)移細(xì)節(jié)的例子。在這里，假設(shè)GUI可以處于以下3種狀態(tài)之一：Initializing(初始化)。

Working(工作)。

ShutDown(關(guān)閉)。當(dāng)打開(kāi)PC電源的時(shí)候，自啟動(dòng)發(fā)生。因此TurningthePCon(打開(kāi)PC)是一個(gè)觸發(fā)器事件，它導(dǎo)致了GUI的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到Initializing狀態(tài)，而B(niǎo)ootup(自啟動(dòng))是一個(gè)在轉(zhuǎn)移過(guò)程中執(zhí)行的動(dòng)作。

由于Initializing狀態(tài)中活動(dòng)的完成，GUI將轉(zhuǎn)移進(jìn)入Working狀態(tài)。當(dāng)你對(duì)PC選擇ShutDown(關(guān)閉機(jī)器)時(shí)，就生成了一個(gè)引起轉(zhuǎn)移到ShutingDown狀態(tài)的觸發(fā)器事件，最后PC自己切斷電源，整個(gè)過(guò)程結(jié)束。下面的狀態(tài)圖捕獲了GUI的這些狀態(tài)和轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移的細(xì)節(jié)：監(jiān)視條件上面對(duì)GUI的狀態(tài)變遷還有考慮不全之處。首先，如果你離開(kāi)，你的計(jì)算機(jī)將無(wú)人照管或者你漫無(wú)目的坐在一旁，不打字或不碰鼠標(biāo)，那么過(guò)一段時(shí)間屏幕保護(hù)程序就會(huì)運(yùn)行。用狀態(tài)轉(zhuǎn)移的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是如果GUI在足夠的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到用戶的輸入，那么它將從Working狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài)——Screensaving(屏幕保護(hù))狀態(tài)。

進(jìn)入屏幕保護(hù)狀態(tài)取決于指定的時(shí)間間隔。比如是15分鐘。15分鐘的時(shí)間間隔是一個(gè)保護(hù)條件——當(dāng)滿足這個(gè)條件時(shí)，轉(zhuǎn)移才能發(fā)生。

在前面的例子中，引起從Screensaving轉(zhuǎn)移到working的觸發(fā)器事件可能是一個(gè)擊鍵操作、一次鼠標(biāo)移動(dòng)或者一次鼠標(biāo)點(diǎn)擊。任何這種類型的事件實(shí)際上是一個(gè)從用戶到GUI的消息。因?yàn)閷?duì)象之間正是通過(guò)相互發(fā)送消息進(jìn)行通信，因此這是一個(gè)重要概念。在這種情況下，觸發(fā)器事件是從一個(gè)對(duì)象(用戶)消息和信號(hào)到另一個(gè)對(duì)象(GUI)的消息。在接收對(duì)象的狀態(tài)圖中，能夠觸發(fā)一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的消息叫做信號(hào)(signal)。在面向?qū)ο箢I(lǐng)域里，發(fā)送一個(gè)信號(hào)就等同于創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)類的實(shí)例并將這個(gè)信號(hào)實(shí)例傳送給接收對(duì)象。信號(hào)也有自己的屬性。如果將信號(hào)看成是一個(gè)類，那么可以建立信號(hào)之間繼承層次的類圖。用來(lái)操縱電視機(jī)的遙控器是信號(hào)發(fā)送者的一個(gè)好例子，并且提供給我們建立信號(hào)類層次模型的機(jī)會(huì)。這個(gè)例子也提供了學(xué)習(xí)使用構(gòu)造型的好機(jī)會(huì)。記住構(gòu)造型是UML的自擴(kuò)展方式。UML沒(méi)有專門(mén)為狀態(tài)機(jī)建模一般需以下步驟標(biāo)識(shí)出需要進(jìn)一步建模的實(shí)體標(biāo)識(shí)出實(shí)體的開(kāi)始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)選定實(shí)體中一組有意義的對(duì)狀態(tài)有影響的屬性，結(jié)合事件動(dòng)作條件以決定該對(duì)象的狀態(tài)確定與實(shí)體相關(guān)的事件用被適當(dāng)?shù)氖录|發(fā)的轉(zhuǎn)換將這些狀態(tài)連接起來(lái)識(shí)別各狀態(tài)的進(jìn)入推出動(dòng)作如果必要，則建立復(fù)合狀態(tài)狀態(tài)機(jī)圖應(yīng)用對(duì)對(duì)象生命周期建模：主要描述對(duì)象能夠響應(yīng)的事件、對(duì)這些事件的響以及過(guò)去對(duì)當(dāng)前行為的影響對(duì)反應(yīng)型對(duì)象建模：這個(gè)對(duì)象可能處于的穩(wěn)定狀態(tài)，從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換所需的觸發(fā)事件，以及每個(gè)狀態(tài)改變時(shí)發(fā)生的動(dòng)作狀態(tài)機(jī)圖既可以用來(lái)表示一個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的知識(shí)，也可以用來(lái)描述設(shè)計(jì)階段對(duì)象的狀態(tài)變遷訂單處理訂單處理（復(fù)合）

狀態(tài)圖能幫助分析員、設(shè)計(jì)員和開(kāi)發(fā)人員理解系統(tǒng)中對(duì)象的行為。類圖和對(duì)應(yīng)的對(duì)象圖只展示出系統(tǒng)的靜態(tài)方面。它們展示的是系統(tǒng)靜態(tài)層次和關(guān)聯(lián)，并能告訴你系統(tǒng)的行為是什么。但它們不能說(shuō)明這些行為的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)。

為什么狀態(tài)機(jī)圖很重要？開(kāi)發(fā)人員尤其要知道對(duì)象是如何表現(xiàn)自己的行為的，因?yàn)樗麄円密浖?shí)施這些行為。僅僅實(shí)施對(duì)象是不夠的，開(kāi)發(fā)人員還必須讓對(duì)象做該做的事情。狀態(tài)機(jī)圖可以確保開(kāi)發(fā)人員能夠清楚的了解對(duì)象應(yīng)該做什么，而不用自己去猜測(cè)它。如果有了一幅展示對(duì)象行為的清晰圖景，那么開(kāi)發(fā)小組構(gòu)造出的系統(tǒng)滿足需求的可能性就會(huì)大大增加。小結(jié)

系統(tǒng)中的對(duì)象改變自身的狀態(tài)以響應(yīng)事件和時(shí)間流逝，UML狀態(tài)機(jī)圖就能捕獲這些狀態(tài)變化。狀態(tài)圖的焦點(diǎn)是一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)變化。狀態(tài)用一個(gè)圓角矩形表示，狀態(tài)轉(zhuǎn)移用帶箭頭的實(shí)線表示，它指向目標(biāo)狀態(tài)。狀態(tài)圖標(biāo)中要寫(xiě)明狀態(tài)名，并且可以添加動(dòng)作。轉(zhuǎn)移可能作為對(duì)觸發(fā)事件的響應(yīng)而發(fā)生的，并且需要一個(gè)活動(dòng)。轉(zhuǎn)移也可能因?yàn)闋顟B(tài)中的活動(dòng)的完成而引起，這種方式發(fā)生的轉(zhuǎn)移叫做無(wú)觸發(fā)器轉(zhuǎn)移。最后，轉(zhuǎn)移還可能起因于一個(gè)特定條件(守衛(wèi)條件)的滿足而引起。有時(shí)候狀態(tài)可以包含子狀態(tài)。子狀態(tài)可能是順序的(一個(gè)接著一個(gè)地發(fā)生)或者是并發(fā)的(同時(shí)發(fā)生)。包含子狀態(tài)的狀態(tài)被稱為組成狀態(tài)。歷史狀態(tài)是說(shuō)明一個(gè)組成狀態(tài)在對(duì)象轉(zhuǎn)移出該組成狀態(tài)之后還能夠記住的子狀態(tài)。歷史狀態(tài)可能是淺的也可能是深的。這個(gè)術(shù)語(yǔ)和嵌套的子狀態(tài)有關(guān)。淺的歷史狀態(tài)只記憶了最頂層的子狀態(tài)。而深的歷史狀態(tài)能夠記憶所有層次的子狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)對(duì)象向另一個(gè)對(duì)象發(fā)送稍息時(shí)，就觸發(fā)了第2個(gè)對(duì)象的狀態(tài)圖中的某個(gè)轉(zhuǎn)移，這個(gè)消息就被稱為信號(hào)。使用擴(kuò)展的構(gòu)造型《Signal》的類圖標(biāo)，可以建立信號(hào)的繼承層次。

UML必須包括狀態(tài)機(jī)圖，因?yàn)樗軒椭治鰡T、設(shè)