Моделирование динамического поведения

Прецеденты и сценарии применяются для описания поведения системы, то есть взаимодействия объектов в ней. Иногда требуется рассмотреть поведение внутри самого объекта. Диаграмма состояний (statechart diagram) показывает положение одиночного объекта, события или сообщения, которые вызывают переход из одного состояния в другое, и действия, являющиеся результатом смены состояния.

Диаграмму состояний не нужно создавать для каждого класса в системе, только для классов с «особенным» динамическим поведением. Для определения динамических объектов в системе, то есть объектов, отсылающих и получающих большое количество сообщений, могут использоваться диаграммы взаимодействий. Диаграмма состояний также полезна для изучения поведения класса-агрегата и управляющего класса.

Следует внимательно подойти к вопросам анализа и сосредоточиться на том, что представляет собой проблема, а не на том, как она будет решаться. Для создания диаграммы состояний в программе Rational Rose:

1. Щелкните правой кнопкой мыши по классу в списке браузера.

2. В появившемся контекстно-зависимом меню выберите команду New => Statechart Diagram (Создать => Диаграмма состояний). В список браузера будет добавлена диаграмма New Diagram.

3. Введите ее название.

4. Чтобы открыть диаграмму, щелкните по значку «+» слева от имени подкласса в окне браузера, потом по значку «+» слева от пункта State/Activity Model (Модель состояний и действий), а затем дважды по диаграмме состояний.

Диаграмма состояний в списке браузера для класса учебный курс (Course Offering) показана на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Диаграмма состояний в браузере

 

Состояния

Состояние (state) — это некое положение в жизни объекта, при котором он удовлетворяет определенному условию, выполняет некоторое действие или ожидает события. Состояние объекта можно описать с помощью значений одного или нескольких атрибутов класса. Например, объект учебный курс может быть открыт (доступен для записи студентов) или закрыт (максимальное число студентов уже записано на курс). Состояние зависит от числа студентов, прикрепленных к объекту учебный курс. Кроме этого, оно может определяться наличием связи с другим объектом. Актер преподаватель может читать лекции или находиться в отпуске. Это зависит от наличия связи с объектом учебный курс. При анализе состояния объекта можно проверить мощность, выбранную для отношения с другим объектом. То есть, если нахождение в определенном состоянии зависит от наличия связи с другим объектом, значит, мощность отношения, относящаяся к связанному классу, должна включать нулевое значение (другими словами, отношение необязательно). Таким образом, состояния объекта определяются при изучении атрибутов и связен, указанных для него.

В языке UML состояние изображается в виде прямоугольника с закругленными углами — см. рис. 9.2.

Диаграмма состояний включает все сообщения, которые объект получает и отправляет. Сценарий — это одиночный проход по диаграмме состояний. Интервал между двумя сообщениями, отправляемыми объектом, обычно представляет состояние. Таким образом, для определения состояний объекта нужно изучить диаграмму последовательности действий (взгляните на интервалы между линиями сообщений, получаемых объектом). Если для каждой функции в системе регистрации учебных курсов были созданы диаграммы последовательности действий, то с помощью них можно обнаружить, что объекты класса учебный курс (CourseOffering) могут находиться в одном из следующих состояний: инициализация (создан до регистрации, но студенты не прикреплены), открыт (доступен для записи студентов), закрыт (на курс записано максимальное число студентов), отменен (больше не читается).

Последовательность создания состояний в программе Rational Rose:

1. Щелкните по кнопке State (Состояние) на панели инструментов.

2. Щелкните по диаграмме, чтобы поместить на нее новое состояние.

3. Введите его название.

Состояния класса учебный курс показаны на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Состояния

 

Переходы между состояниями

Переходы между состояниями (state transitions) представляют собой смену исходного состояния последующим (которое может быть тем же, что и исходное). Переход может сопровождаться определенным действием.

Есть два способа выхода из состояния — автоматический и неавтоматический. Автоматическая смена состояния происходит, когда действие исходного состояния будет завершено — с переходом не связано каких-либо событий. Неавтоматический переход между состояниями вызывается определенным событием (от другого объекта или из внешней среды). Считается, что оба типа переходов выполняются за нулевое время и не могут быть прерваны. Переход между состояниями изображается в виде стрелки, направленной от исходного состояния к последующему.

Для создания переходов между состояниями в программе Rational Rose:

1. Щелкните по кнопке State Transition (Переход) на панели инструментов.

2. Щелкните по исходному состоянию диаграммы.

3. Проведите линию перехода к последующему состоянию.

4. Если требуется, введите название нового перехода.

Переходы между состояниями показаны на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Переходы между состояниями

 

Особые состояния

Есть два особых состояния, присутствующих на диаграмме состояний, — начальное (start state) и конечное (stop state).

Каждая диаграмма должна иметь одно и только одно начальное состояние, так как объект может находиться в целостном состоянии сразу после создания. В языке UML начальное состояние изображается в виде маленького закрашенного круга (см. рис. 9.5).

Рис. 9.5. Нотация языка UML для конечного и начального состояний

Объект может иметь несколько конечных состояний, которые изображаются в виде закрашенного круга, обведенного дополнительной окружностью (см. рис. 9.5).

Чтобы создать начальное состояние в программе Rational Rose:

1. Щелкните по кнопке Start (Начальное состояние) на панели инструментов.

2. Щелкните по диаграмме, чтобы поместить на нее значок исходного состояния.

3. Щелкните по кнопке State Transition на панели инструментов.

4. Щелкните по начальному состоянию и проведите линию перехода к последующему состоянию.

Начальное состояние на диаграмме состояний показано на рис. 9.6.

Рис. 9.6. Начальное состояние

Для создания конечного состояния в программе Rational Rose выполните следующие действия:

1. Щелкните по кнопке Stop (Конечное состояние) на панели инструментов.

2. Щелкните по диаграмме, чтобы поместить на нее значок конечного состояния.

3. Щелкните по кнопке State Transition на панели инструментов.

4. Щелкните по одному из состояний на диаграмме и проведите линию перехода к конечному состоянию.

Конечное состояние на диаграмме состояний показано на рис. 9.7.

Рис. 9.7. Конечное состояние

 

Параметры переходов

С переходом между состояниями может быть связано условие (guard condition) и/или определенное действие (action). Переход может также вызывать событие (event). Действие — это поведение, проявляющееся при возникновении перехода. Событие — сообщение, отправляемое другому объекту системы. Условие — булево выражение значений атрибутов, которое допускает переход, только если оно верно. И действие, и проверка условия представляют собой поведение объекта и обычно реализуются в виде операций. Часто такие операции являются скрытыми (private), то есть используются только самим объектом. В языке UML параметры перехода изображаются так, как показано на рис. 9.8.

Рис. 9.8. Нотация языка UML для параметров переходов

Последовательность добавления параметров перехода в программе Rational Rose:

1. Щелкните правой кнопкой мыши по стрелке перехода на диаграмме.

2. В появившемся контекстно-зависимом меню выберите команду Specification (Параметры), чтобы вызвать диалоговое окно параметров перехода.

3. Выберите вкладку Detail (Детально).

4. Укажите действие, условие и событие для перехода.

5. Щелкните по кнопке OK, чтобы закрыть диалоговое окно настройки параметров.

Параметры перехода на диаграмме состояний показаны на рис. 9.9.

Рис. 9.9. Параметры переходов

 

Параметры состояний

Действия, сопровождающие возможные переходы в определенное состояние, можно рассматривать как входные действия (entry action) для этого состояния. И наоборот, действия, сопровождающие переходы из данного состояния, являются для него выходными (exit action). Поведение, возникающее внутри состояния, называется деятельностью (activity). Деятельность начинается при входе в состояние и завершается или прерывается при переходе из него. Поведение может быть простым действием или событием, посылаемым другому объекту.

Как и в случае с действиями и проверками условий для перехода, поведение внутри состояния обычно реализуется в виде операций. В языке UML параметры состояний изображаются так, как показано на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Нотация языка UML для параметров состояний

Рис. 9.11. Параметры состояний

Определение входных, выходных и внутренних действий для состояния в программе Rational Rose предусматривает выполнение следующих шагов:

1. Щелкните правой кнопкой мыши по изображению состояния на диаграмме.

2. В появившемся контекстно-зависимом меню выберите команду Open Specification (Параметры), чтобы вызвать диалоговое окно параметров состояния.

3. Выберите вкладку Actions (Действия).

4. Щелкните правой кнопкой мыши по списку Action (Действие).

5. В появившемся контекстно-зависимом меню выберите команду Insert (Добавить). В список будет добавлено новое действие.

6. Дважды щелкните по новому действию в списке, чтобы открыть диалоговое окно Action Specification (Параметры действия).

7. Укажите момент выполнения действия: on entry (при входе), on exit (при выходе), on event (при определенном событии).

8. Введите описание действия или события.

9. Укажите тип действия: action (действие) или send event (вызов события).

10. Если требуется, введите название действия или события.

11. Щелкните по кнопке OK, чтобы закрыть диалоговое окно Action Specification.

12. Щелкните по кнопке OK, чтобы закрыть диалоговое окно State Specification.

Параметры состояний на диаграмме состояний показаны на рис. 9.11.

 

Резюме

Классы, характеризующиеся выраженным динамическим поведением, анализируются с помощью диаграмм состояний. На таких диаграммах отображаются все состояния объекта, поступающие к объекту события и результирующие действия. Считается, что переходы между состояниями и сопровождающие их действия выполняются за нулевое время и не могут быть прерваны. Пребывание объекта в определенном состоянии и сопутствующая деятельность могут быть прерваны.