UML狀態(tài)圖

UML 狀態(tài)圖概述:

UML 狀態(tài)圖是圖表本身的名稱，主要用于描述對象具有的各種狀態(tài)、狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程以及觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的各種事件和條件。

UML 狀態(tài)圖描述了一個狀態(tài)機，可以被定義為一臺機器，它定義了一個對象，這些狀態(tài)控制外部或內(nèi)部事件的不同狀態(tài)。

狀態(tài)機由狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、事件、活動和動作五部分組成。

• 狀態(tài)：狀態(tài)指的是對象在其生命周期中的一種狀況，處于某個特定狀態(tài)中的對象必然會滿足某些條件、執(zhí)行某些動作或者是等待某些事件。一個狀態(tài)的生命周期是一個有限的時間階段。
• 轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換指的是兩個不同狀態(tài)之間的一種關(guān)系，表明對象在第一個狀態(tài)中執(zhí)行一定的動作，并且在滿足某個特定條件下由某個事件觸發(fā)進(jìn)入第二個狀態(tài)。
• 事件：事件指的是發(fā)生在時間和空間上的對狀態(tài)機來講有意義的那些事情。事件通常會引起狀態(tài)的變遷，促使?fàn)顟B(tài)機從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)，如信號、對象額度創(chuàng)建和銷毀等。
• 活動：活動指的是狀態(tài)機中進(jìn)行的非原子操作。
• 動作：動作指的是狀態(tài)機中可以執(zhí)行的哪些原子操作。所謂原子操作，指的是他們在運行的過程中不能被其他消息中斷，必須一直執(zhí)行下去，以至最終導(dǎo)致狀態(tài)的變更或者返回一個值。

UML 狀態(tài)圖的目的:

UML 狀態(tài)圖可以捕獲對象、子系統(tǒng)和系統(tǒng)的生命周期，可以告知一個對象可以擁有的狀態(tài)，并且事件(如消息的接收，時間的流逝、錯誤、條件為真等)會怎樣隨著時間的推移來影響這些狀態(tài)。一個狀態(tài)圖應(yīng)該連接到所有具有清晰的可標(biāo)志狀態(tài)和復(fù)雜行為的類；該圖可以確定類的行為以及該行為如何根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)而變化，也可以展示哪些事件將會改變類的對象的狀態(tài)。

狀態(tài)圖主要是為了模擬響應(yīng)系統(tǒng)。

以下是使用狀態(tài)圖的主要目的：

• 為了模擬系統(tǒng)的動態(tài)環(huán)節(jié)。

• 反應(yīng)系統(tǒng)模型生命周期。

• 一個對象來描述不同的狀態(tài)，在其生命周期的時間。

• 定義一個狀態(tài)機模型狀態(tài)的對象。

UML 狀態(tài)圖怎么畫

狀態(tài)圖是用來描述不同的對象在其生命周期的狀態(tài)。因此，強調(diào)的是一些內(nèi)部或外部事件的狀態(tài)發(fā)生變化時，這些對象的狀態(tài)要重要的分析和準(zhǔn)確的貫徹落實。

狀態(tài)圖描述的狀態(tài)是非常重要的。對象的狀況，當(dāng)發(fā)生特定事件時，可以被確定為狀態(tài)。

繪制狀態(tài)圖之前，我們必須明確以下幾點：

• 識別對象，以進(jìn)行分析。

• 識別狀態(tài)。

• 識別的事件。

一個狀態(tài)圖（Statechart Diagram）本質(zhì)上就是一個狀態(tài)機，或者是狀態(tài)機的特殊情況，它基本上是一個狀態(tài)機中元素的一個投影，這也就意味著狀態(tài)圖包括狀態(tài)機的所有特征。

狀態(tài)圖描述了一個實體基于事件反映的動態(tài)行為，顯示了該實體是如何根據(jù)當(dāng)前所處的狀態(tài)對不同的事件作出反應(yīng)的。

在UML中，狀態(tài)圖由表示狀態(tài)的節(jié)點和表示狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的帶箭頭的直線組成。狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由事件觸發(fā)，狀態(tài)和狀態(tài)之間由轉(zhuǎn)換箭頭連接。每一個狀態(tài)圖都有一個初始狀態(tài)（實心圓），用來表示狀態(tài)機的開始。還有一個中止?fàn)顟B(tài)（半實心圓），用來表示狀態(tài)機的終止。狀態(tài)圖主要由元素狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、初始狀態(tài)、中止?fàn)顟B(tài)和判定等組成，一個簡單的狀態(tài)圖如下：

1.狀態(tài)：狀態(tài)用于對實體在其生命周期中的各種狀況進(jìn)行建模，一個實體總是在有限的一段時間內(nèi)保持一個狀態(tài)。狀態(tài)由一個帶圓角的矩形表示，狀態(tài)的描繪素應(yīng)該包括名稱、入口和出口動作、內(nèi)部轉(zhuǎn)換和嵌套狀態(tài)。如下圖，為一個簡單狀態(tài)：

• 狀態(tài)名指的是狀態(tài)的名字，通常用字符串表示，其中每個單詞的首字母大寫。狀態(tài)名可以包含任意數(shù)量的字母、數(shù)字和除了冒號“：”以外的一些字符，可以較長，甚至連續(xù)幾行。但是一定要注意一個狀態(tài)的名稱在狀態(tài)圖所在的上下文中應(yīng)該是唯一的，能夠把該狀態(tài)和其他狀態(tài)區(qū)分開。
• 入口和出口動作一個狀態(tài)可以具有或者沒有入口和出口動作。入口和出口動作分別指的是進(jìn)入和退出一個狀態(tài)時所執(zhí)行的“邊界”動作。
• 內(nèi)部轉(zhuǎn)換指的是不導(dǎo)致狀態(tài)改變的轉(zhuǎn)換。內(nèi)部轉(zhuǎn)換中可以包含進(jìn)入或者退出該狀態(tài)應(yīng)該執(zhí)行的活動或動作。
• 嵌套狀態(tài)狀態(tài)分為簡單狀態(tài)（Simple State）和組成狀態(tài)（Composite State）。簡單狀態(tài)是指在語義上不可分解的、對象保持一定屬性值的狀況，簡單狀態(tài)不包含其他狀態(tài)：而組成狀態(tài)是指內(nèi)部嵌套有子狀態(tài)的狀態(tài)，在組成狀態(tài)的嵌套狀態(tài)圖部分包含的就是此狀態(tài)的子狀態(tài)。

2.轉(zhuǎn)換：在UML的狀態(tài)建模機制中，轉(zhuǎn)換用帶箭頭的直線表示，一端連接源狀態(tài)，箭頭指向目標(biāo)狀態(tài)。轉(zhuǎn)換還可以標(biāo)注與此轉(zhuǎn)換相關(guān)的選項，如事件、監(jiān)護(hù)條件和動作等，如下圖所示。注意：如果轉(zhuǎn)換上沒有標(biāo)注觸發(fā)轉(zhuǎn)換的事件，則表示此轉(zhuǎn)換自動進(jìn)行。

在狀態(tài)轉(zhuǎn)換機制中需要注意的五個概念如下：

• 狀態(tài)源（Source State）：指的是激活轉(zhuǎn)換之間對象處于的狀態(tài)。如果一個一個狀態(tài)處于源狀態(tài)，當(dāng)它接收到轉(zhuǎn)換的觸發(fā)事件或滿足監(jiān)護(hù)條件時，就激活了一個離開的轉(zhuǎn)換。
• 目標(biāo)狀態(tài)（Event State）：指的是轉(zhuǎn)換完成后對象所處的狀態(tài)。
• 事件觸發(fā)器（Event Trigger）：指的是引起源狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件。事件不是持續(xù)發(fā)生的，它只發(fā)生在時間的一點上，對象接收到事件，導(dǎo)致源狀態(tài)發(fā)生變化，激活轉(zhuǎn)換并使監(jiān)護(hù)條件得到滿足。
• 監(jiān)護(hù)條件（Guard Condition）：是一個布爾表達(dá)式。當(dāng)接收到觸發(fā)事件要觸發(fā)轉(zhuǎn)換時，要對該表達(dá)式求值。如果表達(dá)式為真，則激活轉(zhuǎn)換：如果表達(dá)式為假，則不激活轉(zhuǎn)換，所接收到的觸發(fā)事件丟失。
• 動作（Action）：是一個可執(zhí)行的原子計算。

3.初始狀態(tài)：每個狀態(tài)圖都應(yīng)該有一個初始狀態(tài)，它代表狀態(tài)圖的起始位置。初始狀態(tài)是一個偽狀態(tài)（一個和普通狀態(tài)有連接的假狀態(tài)），對象不可能保持在初始狀態(tài)，必須要有一個輸出的無觸發(fā)轉(zhuǎn)換（沒有事件觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換）。通常初始狀態(tài)上的轉(zhuǎn)換是無監(jiān)護(hù)條件的，并且初始狀態(tài)只能作為轉(zhuǎn)換的源，而不能作為轉(zhuǎn)換的目標(biāo)。在UML中，一個狀態(tài)圖只能有一個初始狀態(tài)，用一個實心圓表示。

4.終止?fàn)顟B(tài)：終止?fàn)顟B(tài)是一個狀態(tài)圖的終點，一個狀態(tài)圖可以擁有一個或者多個終止?fàn)顟B(tài)。對象可以保持在終止?fàn)顟B(tài)，但是終止?fàn)顟B(tài)不可能有任何形式的和觸發(fā)轉(zhuǎn)換，它的目的就是為了激發(fā)封裝狀態(tài)上的轉(zhuǎn)換過程的結(jié)束。因此，終止?fàn)顟B(tài)只能作為轉(zhuǎn)換的目標(biāo)而不能作為轉(zhuǎn)換的源，在UML中，終止?fàn)顟B(tài)用一個含有實心圓的空心圓表示。

5.判定：活動圖和狀態(tài)圖中都有需要根據(jù)給定條件進(jìn)行判斷，然后根據(jù)不同的判斷結(jié)果進(jìn)行不同轉(zhuǎn)換的情況。實際就是工作流在此處按監(jiān)護(hù)條件的取值發(fā)生分支，在UML中，判定用空心菱形表示。

狀態(tài)圖的作用

狀態(tài)圖的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

• 狀態(tài)圖清晰地描述了狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換順序，通過狀態(tài)的轉(zhuǎn)換順序也就可以清晰地看出事件的執(zhí)行順序。如果沒有狀態(tài)圖我們就不可避免地要使用大量文字來描述外部事件的合法順序。
• 清晰的事件順序有利于程序員在開發(fā)程序時避免出現(xiàn)事件順序錯誤的情況。例如，對于一個網(wǎng)上銷售系統(tǒng)，在用戶處于登錄狀態(tài)前是不允許購買商品的，這就需要程序員開發(fā)程序的過程中加以限制。
• 狀態(tài)圖清晰地描述了狀態(tài)轉(zhuǎn)換時所必需的觸發(fā)事件、監(jiān)護(hù)條件和動作等影響轉(zhuǎn)換的因素，有利于程序員避免程序中非法事件的進(jìn)入。例如，飛機起飛前半小時不允許售票，在狀態(tài)圖中就可以清晰地看到，可以提醒程序員不要遺漏這些限制條件。
• 狀態(tài)圖通過判定可以更好地描述工作流因為不同的條件發(fā)生的分支。例如，當(dāng)一個班的人數(shù)少于10人的時候需要和其他班合為一班上課，大于10人則單獨上課，在狀態(tài)圖中就可以很明確地表達(dá)出來。

總之一個簡潔完整的狀態(tài)圖可以幫助一個設(shè)計者不遺漏任何事情，最大程度地避免程序中錯誤的發(fā)生。