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(chēng)，主要用于描述對(duì)象具有的各種狀態(tài)、狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)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(gè)狀態(tài)機(jī)，可以被定義為一臺(tái)機(jī)器，它定義了一個(gè)對(duì)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(jī)由狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、事件、活動(dòng)和動(dòng)作五部分組成。

• 狀態(tài)：狀態(tài)指的是對(duì)象在其生命周期中的一種狀況，處于某個(gè)特定狀態(tài)中的對(duì)象必然會(huì)滿足某些條件、執(zhí)行某些動(dòng)作或者是等待某些事件。一個(gè)狀態(tài)的生命周期是一個(gè)有限的時(shí)間階段。
• 轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換指的是兩個(gè)不同狀態(tài)之間的一種關(guān)系，表明對(duì)象在第一個(gè)狀態(tài)中執(zhí)行一定的動(dòng)作，并且在滿足某個(gè)特定條件下由某個(gè)事件觸發(fā)進(jìn)入第二個(gè)狀態(tài)。
• 事件：事件指的是發(fā)生在時(shí)間和空間上的對(duì)狀態(tài)機(jī)來(lái)講有意義的那些事情。事件通常會(huì)引起狀態(tài)的變遷，促使?fàn)顟B(tài)機(jī)從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)，如信號(hào)、對(duì)象額度創(chuàng)建和銷(xiāo)毀等。
• 活動(dòng)：活動(dòng)指的是狀態(tài)機(jī)中進(jìn)行的非原子操作。
• 動(dòng)作：動(dòng)作指的是狀態(tài)機(jī)中可以執(zhí)行的哪些原子操作。所謂原子操作，指的是他們?cè)谶\(yùn)行的過(guò)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?tīng)顟B(tài)的變更或者返回一個(gè)值。

UML 狀態(tài)圖的目的:

UML 狀態(tài)圖可以捕獲對(duì)象、子系統(tǒng)和系統(tǒng)的生命周期，可以告知一個(gè)對(duì)象可以擁有的狀態(tài)，并且事件(如消息的接收，時(shí)間的流逝、錯(cuò)誤、條件為真等)會(huì)怎樣隨著時(shí)間的推移來(lái)影響這些狀態(tài)。一個(gè)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(lèi)；該圖可以確定類(lèi)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(huì)改變類(lèi)的對(duì)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(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)。

• 反應(yīng)系統(tǒng)模型生命周期。

• 一個(gè)對(duì)象來(lái)描述不同的狀態(tài)，在其生命周期的時(shí)間。

• 定義一個(gè)狀態(tài)機(jī)模型狀態(tài)的對(duì)象。

UML 狀態(tài)圖怎么畫(huà)

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

狀態(tài)圖描述的狀態(tài)是非常重要的。對(duì)象的狀況，當(dāng)發(fā)生特定事件時(shí)，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(diǎn)：

• 識(shí)別對(duì)象，以進(jìn)行分析。

• 識(shí)別狀態(tài)。

• 識(shí)別的事件。

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

狀態(tài)圖描述了一個(gè)實(shí)體基于事件反映的動(dòng)態(tài)行為，顯示了該實(shí)體是如何根據(jù)當(dāng)前所處的狀態(tài)對(duì)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(diǎn)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(gè)狀態(tài)圖都有一個(gè)初始狀態(tài)（實(shí)心圓），用來(lái)表示狀態(tài)機(jī)的開(kāi)始。還有一個(gè)中止?fàn)顟B(tài)（半實(shí)心圓），用來(lái)表示狀態(tài)機(jī)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(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)圖如下：

1.狀態(tài)：狀態(tài)用于對(duì)實(shí)體在其生命周期中的各種狀況進(jìn)行建模，一個(gè)實(shí)體總是在有限的一段時(shí)間內(nèi)保持一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)由一個(gè)帶圓角的矩形表示，狀態(tài)的描繪素應(yīng)該包括名稱(chēng)、入口和出口動(dòng)作、內(nèi)部轉(zhuǎn)換和嵌套狀態(tài)。如下圖，為一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)單詞的首字母大寫(xiě)。狀態(tài)名可以包含任意數(shù)量的字母、數(shù)字和除了冒號(hào)“：”以外的一些字符，可以較長(zhǎng)，甚至連續(xù)幾行。但是一定要注意一個(gè)狀態(tài)的名稱(chēng)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(kāi)。
• 入口和出口動(dòng)作一個(gè)狀態(tài)可以具有或者沒(méi)有入口和出口動(dòng)作。入口和出口動(dòng)作分別指的是進(jìn)入和退出一個(gè)狀態(tài)時(shí)所執(zhí)行的“邊界”動(dòng)作。
• 內(nèi)部轉(zhuǎn)換指的是不導(dǎo)致?tīng)顟B(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(dòng)或動(dòng)作。
• 嵌套狀態(tài)狀態(tài)分為簡(jiǎn)單狀態(tài)（Simple State）和組成狀態(tài)（Composite State）。簡(jiǎn)單狀態(tài)是指在語(yǔ)義上不可分解的、對(duì)象保持一定屬性值的狀況，簡(jiǎn)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(jī)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(xiàng)，如事件、監(jiān)護(hù)條件和動(dòng)作等，如下圖所示。注意：如果轉(zhuǎn)換上沒(méi)有標(biāo)注觸發(fā)轉(zhuǎn)換的事件，則表示此轉(zhuǎn)換自動(dòng)進(jìn)行。

在狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制中需要注意的五個(gè)概念如下：

• 狀態(tài)源（Source State）：指的是激活轉(zhuǎn)換之間對(duì)象處于的狀態(tài)。如果一個(gè)一個(gè)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(shí)，就激活了一個(gè)離開(kāi)的轉(zhuǎn)換。
• 目標(biāo)狀態(tài)（Event State）：指的是轉(zhuǎn)換完成后對(duì)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(shí)間的一點(diǎn)上，對(duì)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(gè)布爾表達(dá)式。當(dāng)接收到觸發(fā)事件要觸發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)，要對(duì)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(dòng)作（Action）：是一個(gè)可執(zhí)行的原子計(jì)算。

3.初始狀態(tài)：每個(gè)狀態(tài)圖都應(yīng)該有一個(gè)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(gè)偽狀態(tài)（一個(gè)和普通狀態(tài)有連接的假狀態(tài)），對(duì)象不可能保持在初始狀態(tài)，必須要有一個(gè)輸出的無(wú)觸發(fā)轉(zhuǎn)換（沒(méi)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(wú)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(gè)狀態(tài)圖只能有一個(gè)初始狀態(tài)，用一個(gè)實(shí)心圓表示。

4.終止?fàn)顟B(tài)：終止?fàn)顟B(tài)是一個(gè)狀態(tài)圖的終點(diǎn)，一個(gè)狀態(tài)圖可以擁有一個(gè)或者多個(gè)終止?fàn)顟B(tài)。對(duì)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(guò)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(gè)含有實(shí)心圓的空心圓表示。

5.判定：活動(dòng)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(shí)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(gè)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(guò)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(méi)有狀態(tài)圖我們就不可避免地要使用大量文字來(lái)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(kāi)發(fā)程序時(shí)避免出現(xiàn)事件順序錯(cuò)誤的情況。例如，對(duì)于一個(gè)網(wǎng)上銷(xiāo)售系統(tǒng)，在用戶(hù)處于登錄狀態(tài)前是不允許購(gòu)買(mǎi)商品的，這就需要程序員開(kāi)發(fā)程序的過(guò)程中加以限制。
• 狀態(tài)圖清晰地描述了狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)所必需的觸發(fā)事件、監(jiān)護(hù)條件和動(dòng)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(jī)起飛前半小時(shí)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(guò)判定可以更好地描述工作流因?yàn)椴煌臈l件發(fā)生的分支。例如，當(dāng)一個(gè)班的人數(shù)少于10人的時(shí)候需要和其他班合為一班上課，大于10人則單獨(dú)上課，在狀態(tài)圖中就可以很明確地表達(dá)出來(lái)。

總之一個(gè)簡(jiǎn)潔完整的狀態(tài)圖可以幫助一個(gè)設(shè)計(jì)者不遺漏任何事情，最大程度地避免程序中錯(cuò)誤的發(fā)生。