UML面向?qū)ο笤O(shè)計與分析教程（第二版）（微課版）第8章-動態(tài)分析與狀態(tài)圖

UML面向?qū)ο笤O(shè)計與分析教程（第二版）（微課版）第8章動態(tài)分析與狀態(tài)圖本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解狀態(tài)機(jī)的含義理解狀態(tài)和事件的含義掌握狀態(tài)圖的基本概念和組成要素掌握如何使用狀態(tài)機(jī)建模對象的生命周期掌握如何從交互圖中開發(fā)狀態(tài)圖掌握對象中并發(fā)行為的建模方法理解如何確保狀態(tài)圖與其他UML模型的一致性狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)是一種記錄給定時刻狀態(tài)的設(shè)備，可以根據(jù)不同的輸入，對每個給定的變化改變狀態(tài)或引發(fā)動作。例如，計算機(jī)、各種客戶端軟件、Web上的各種交互頁面等都是狀態(tài)機(jī)。狀態(tài)機(jī)UML中的狀態(tài)機(jī)由對象的各個狀態(tài)和連接這些狀態(tài)的轉(zhuǎn)換組成，是展示狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖。在面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中，無論對象多么簡單或復(fù)雜，都必然經(jīng)歷從開始創(chuàng)建到最終消亡的完整過程，這個過程通常被稱為對象的生命周期。狀態(tài)機(jī)一般說來，對象在生命周期內(nèi)是不可能完全孤立的，必然會接收消息來改變自身或發(fā)送消息去響應(yīng)其他對象。狀態(tài)機(jī)用于說明對象在生命周期中響應(yīng)事件時經(jīng)歷的狀態(tài)序列以及對這些事件的響應(yīng)。在狀態(tài)機(jī)中，一個事件就是一次激發(fā)的產(chǎn)生，每個激發(fā)都可以觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。狀態(tài)機(jī)通常，狀態(tài)機(jī)依附于一個類，并且描述該類的實例(即對象)對接收到的事件的響應(yīng)。在依附于某個類的狀態(tài)機(jī)中，總是將對象孤立地從系統(tǒng)中抽象出來進(jìn)行觀察，而將來自外部的影響抽象為事件。除此之外，狀態(tài)機(jī)還可以依附于用例、操作等，用于描述它們的動態(tài)執(zhí)行過程。狀態(tài)機(jī)在UML中，狀態(tài)機(jī)常用于對模型元素的動態(tài)行為建。更具體地說，是對系統(tǒng)行為中受事件驅(qū)動的方面進(jìn)行建模。不過，狀態(tài)機(jī)總是對象、協(xié)作或用例的局部視圖。由于考慮問題時將實體與外部世界相互分離，因此適合對局部、細(xì)節(jié)進(jìn)行建模。何謂狀態(tài)圖所有對象都有狀態(tài)。對象的當(dāng)前狀態(tài)是對象已經(jīng)發(fā)生的事件的結(jié)果，由對象特性的當(dāng)前取值決定，也由對象與其他對象之間的連接決定（并非對象的所有特性和連接都與狀態(tài)相關(guān)）。何謂狀態(tài)圖狀態(tài)描述了已建模元素占用一般時間的特定情況。在這段時間內(nèi)，已建模元素會等待某一事件或觸發(fā)。對象的狀態(tài)影響對事件的響應(yīng)方式。對象的狀態(tài)可以根據(jù)部分特性的實例取值來描述。當(dāng)特性值發(fā)生改變的時候，對象自身會改變狀態(tài)。何謂狀態(tài)圖日常生活中，事物狀態(tài)的變化無處不在。面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計中，對象的狀態(tài)、狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件、對象對事件的響應(yīng)(即事件的行為)等都可以用狀態(tài)圖來描述。狀態(tài)圖通過建立類對象的生命周期模型來描述對象隨時間變化的動態(tài)行為。從對象狀態(tài)變化的角度描述系統(tǒng)的動態(tài)行為。何謂狀態(tài)圖何謂狀態(tài)圖狀態(tài)圖（statechartdiagram）：用來描述一個特定的對象所有可能的狀態(tài)，以及由于各種事件的發(fā)生而引起狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和變化。一個機(jī)器的狀態(tài)圖狀態(tài)圖組成要素狀態(tài)圖由初始狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、判定等元素組成：初始狀態(tài)每個狀態(tài)圖都應(yīng)該有一個初始狀態(tài)，此狀態(tài)代表狀態(tài)圖的起始位置。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)。起始狀態(tài)用一個實心的圓表示。終止?fàn)顟B(tài)終止?fàn)顟B(tài)是模型元素的最后狀態(tài)，是一個狀態(tài)圖的終止點。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。終止?fàn)顟B(tài)用一個含有實心圓的空心圓表示。狀態(tài)圖組成要素狀態(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。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素

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)描述了一個類對象生命期中的一個時間段(或時刻)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素狀態(tài)圖中的狀態(tài)一般是給定對象中的一組屬性值。這組屬性值是對象所有屬性的子集。若對象的任何一個屬性值都是一個狀態(tài)，全部的狀態(tài)構(gòu)成一個龐大的狀態(tài)空間。事實上，并非狀態(tài)空間的每一個狀態(tài)都是值得關(guān)注的。在對系統(tǒng)建模時，我們只關(guān)心那些明顯影響對象行為的屬性，以及由它們表達(dá)的對象狀態(tài)，而不理睬那些與對象行為無關(guān)的狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素例子：飛機(jī)對象所有飛機(jī)的屬性值的笛卡兒積構(gòu)成了“飛機(jī)”對象龐大的狀態(tài)空間。1狀態(tài)飛機(jī)每飛行1km，就處于一個全新的狀態(tài)

飛機(jī)每使用1年就會處于一個新的狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素顯然，列出對象的全部狀態(tài)并繪制狀態(tài)圖是不現(xiàn)實的（也沒有必要）。建模的時候只需要考慮與對象當(dāng)前行為有關(guān)的屬性狀態(tài)即可。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素對“飛機(jī)”對象來說：累計飛行10000km與15000km在行為上并無實質(zhì)性的區(qū)別建模時，也許系統(tǒng)關(guān)心的只是飛機(jī)的當(dāng)前使用狀況，如飛行、著陸、機(jī)場停放、維修和報廢等。可以根據(jù)飛機(jī)使用的幾種情況將建立狀態(tài)圖，其中可以建立“飛行”、“著陸”、“機(jī)場停放”、“維修”、“報廢”等幾種狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素

狀態(tài)由一個帶圓角的矩形表示，狀態(tài)的描述包括：名稱、入口和出口動作、內(nèi)部轉(zhuǎn)換和嵌套狀態(tài)圖。1狀態(tài)UML表示

狀態(tài)圖組成要素名稱表示狀態(tài)的名字，通常用字符串表示。一個狀態(tài)的名稱在狀態(tài)圖所在的上下文中應(yīng)該是惟一的。1狀態(tài)UML表示——名稱

入口動作表示進(jìn)入某個狀態(tài)所要執(zhí)行的動作。入口動作用“entry/要執(zhí)行的動作”表達(dá)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——入口動作

出口動作表示退出某個狀態(tài)所要執(zhí)行的動作。出口動作用“exit/要執(zhí)行的動作”表達(dá)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——出口動作

狀態(tài)圖組成要素內(nèi)部轉(zhuǎn)換將響應(yīng)對象所接收到的事件，但是不改變對象的狀態(tài)。1狀態(tài)UML表示——內(nèi)部轉(zhuǎn)換

內(nèi)部轉(zhuǎn)換帶有動作，動作也要被執(zhí)行，但是沒有狀態(tài)改變發(fā)生1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——嵌套狀態(tài)圖

狀態(tài)圖中的狀態(tài)有兩種：簡單狀態(tài)和組合狀態(tài)。簡單狀態(tài)是指不包含其他狀態(tài)的狀態(tài)，簡單狀態(tài)可以具有內(nèi)部轉(zhuǎn)換、入口動作和退出動作等，但是沒有子結(jié)構(gòu)。狀態(tài)還可以包含嵌套狀態(tài)圖的狀態(tài)，稱為組合狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

組合狀態(tài)所嵌套的子狀態(tài)可能是順序子狀態(tài)，也可能是并發(fā)子狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

順序子狀態(tài)如果組成狀態(tài)的子狀態(tài)對應(yīng)的對象在其生命期內(nèi)的任何時刻都只能處于一個子狀態(tài)，即多個子狀態(tài)之間是互斥的，不能同時存在，這種子狀態(tài)稱為順序子狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

順序子狀態(tài)當(dāng)通過轉(zhuǎn)換從某種狀態(tài)轉(zhuǎn)入組成狀態(tài)時，此轉(zhuǎn)換的目的可能是這個組成狀態(tài)本身，也可能是這個組成狀態(tài)的某個子狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

順序子狀態(tài)如果轉(zhuǎn)換的目的是組成狀態(tài)本身，那么首先執(zhí)行組成狀態(tài)的入口動作，然后子狀態(tài)進(jìn)入初始狀態(tài)并以此為起點開始運行。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

順序子狀態(tài)如果轉(zhuǎn)換的目的是組成狀態(tài)的某一子狀態(tài)，那么以目標(biāo)子狀態(tài)為起點開始運行。按下后退鍵按下播放鍵1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

并發(fā)子狀態(tài)若組合狀態(tài)有兩個或者多個并發(fā)的子狀態(tài)機(jī)，此時稱組成狀態(tài)的子狀態(tài)為并發(fā)子狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素UML表示——組合狀態(tài)

順序子狀態(tài)與并發(fā)子狀態(tài)的區(qū)別1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素順序子狀態(tài)與并發(fā)子狀態(tài)的區(qū)別順序子狀態(tài)中各個狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換是有一定先后順序的，即需要按步驟執(zhí)行。并發(fā)子狀態(tài)在同一層次給出兩個或多個順序子狀態(tài)，對象處于同一層次中來自每個并發(fā)子狀態(tài)的一個時序狀態(tài)中。并發(fā)子狀態(tài)可以用于對并發(fā)線程的狀態(tài)進(jìn)行建模。并發(fā)子狀態(tài)是從不同的角度描述一個狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素歷史狀態(tài)前面曾提到，當(dāng)通過轉(zhuǎn)換從某種狀態(tài)轉(zhuǎn)入組成狀態(tài)時，此轉(zhuǎn)換的目的可能是這個組成狀態(tài)的子狀態(tài)。轉(zhuǎn)到子狀態(tài)時，被嵌套的子狀態(tài)圖一般要從子初始狀態(tài)進(jìn)行，除非轉(zhuǎn)到特定的子狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素歷史狀態(tài)有些情況下，當(dāng)離開一個組成狀態(tài)重新進(jìn)入此狀態(tài)時不希望從它的子初始狀態(tài)開始執(zhí)行，而是希望直接進(jìn)入上次離開組成狀態(tài)時的最后一個子狀態(tài)。在這種情況下就要用到歷史狀態(tài)。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素歷史狀態(tài)歷史狀態(tài)代表上次離開組成狀態(tài)時的最后一個活動子狀態(tài)，歷史狀態(tài)用一個包含字母“H”的小圓圈表示。每當(dāng)轉(zhuǎn)換到組成狀態(tài)的歷史狀態(tài)時，對象便恢復(fù)到上次離開該組成狀態(tài)時的最后一個活動子狀態(tài)，并執(zhí)行入口動作。1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素歷史狀態(tài)1狀態(tài)狀態(tài)圖組成要素狀態(tài)圖組成要素轉(zhuǎn)換指的是兩個不同狀態(tài)之間的一種關(guān)系，表明對象將在第一個狀態(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)。2轉(zhuǎn)換在UML中，轉(zhuǎn)換用帶箭頭的直線表示，箭尾一端連接源狀態(tài)，即轉(zhuǎn)出的狀態(tài)；箭頭一端連接目標(biāo)狀態(tài)，即轉(zhuǎn)入的狀態(tài)。轉(zhuǎn)換可以標(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。狀態(tài)圖組成要素2轉(zhuǎn)換當(dāng)源狀態(tài)接收到一個事件，并且監(jiān)護(hù)條件得到滿足，則執(zhí)行相應(yīng)的動作，同時從源狀態(tài)轉(zhuǎn)換到目標(biāo)狀態(tài)。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)換為自動進(jìn)行。狀態(tài)圖組成要素2轉(zhuǎn)換監(jiān)護(hù)條件用來描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移的前提。事件用來指示什么觸發(fā)了轉(zhuǎn)移，動作用來說明當(dāng)轉(zhuǎn)移發(fā)生時會產(chǎn)生什么情況。事件、條件和動作是轉(zhuǎn)移的三個選項，其定義格式見下圖所示。該圖描述的信息是—“如果guardCondition為true，當(dāng)anEvent發(fā)生時，將執(zhí)行anAction，并立即進(jìn)入狀態(tài)B”事件條件動作狀態(tài)圖組成要素2轉(zhuǎn)換1．事件事件通常在從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)移路徑上直接指定。事件用來指示是什么導(dǎo)致了模型中狀態(tài)的改變。下圖演示了事件的標(biāo)記符。事件事件事件表示在某一特定的時間或空間出現(xiàn)的能夠引發(fā)狀態(tài)改變的運動變化任何影響對象的事物都可以是事件。一個對象接收到從另一個對象發(fā)送的信號；某些值的改變；一個時間段的終結(jié)等。事件事件有多種，大致可分為如下幾種：信號事件調(diào)用事件改變（修改）事件時間事件等等監(jiān)護(hù)條件轉(zhuǎn)換可能具有一個監(jiān)護(hù)條件，監(jiān)護(hù)條件是觸發(fā)轉(zhuǎn)換必須滿足的條件，它是一個布爾表達(dá)式。監(jiān)護(hù)條件當(dāng)事件被觸發(fā)時，監(jiān)護(hù)條件被賦值。如果布爾表達(dá)式的值為真，那么轉(zhuǎn)換被觸發(fā)；如果布爾表達(dá)式的值為假，則不會引起轉(zhuǎn)換。動作動作是一組可執(zhí)行語句或者計算處理過程。動作可以包括發(fā)送消息給另一個對象、操作調(diào)用、設(shè)置返回值、創(chuàng)建和銷毀對象等。動作也可以是一個動作序列，即一系列簡單的動作的組合。狀態(tài)圖組成要素判定用來表示一個事件依據(jù)不同的監(jiān)護(hù)條件有不同的影響。在實際建模的過程中，如果遇到需要使用判定的情況，通常用監(jiān)護(hù)條件來覆蓋每種可能，使得一個事件的發(fā)生能保證觸發(fā)一個轉(zhuǎn)換。3判定狀態(tài)圖組成要素判定在活動圖和狀態(tài)圖中都有很重要的作用。轉(zhuǎn)換路徑因為判定而分為多個分支，判定在UML中使用空心菱形表示。3判定

在RationalRose中，可以為每個類創(chuàng)建一個或者多個狀態(tài)圖類的轉(zhuǎn)換和狀態(tài)都可以在狀態(tài)圖中體現(xiàn)。首先，展開“LogicView”菜單項，然后在“LogicView”圖標(biāo)上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“New”下的“StatechartDiagram”選項建立新的狀態(tài)圖。創(chuàng)建狀態(tài)圖創(chuàng)建狀態(tài)圖創(chuàng)建初始和終止?fàn)顟B(tài)初始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)是狀態(tài)圖中的兩個特殊狀態(tài)。初始狀態(tài)代表著狀態(tài)圖的起點，終止?fàn)顟B(tài)代表著狀態(tài)圖的終點。創(chuàng)建狀態(tài)創(chuàng)建狀態(tài)的步驟可以分為：創(chuàng)建新狀態(tài)、修改新狀態(tài)名稱、增加入口和出口動作、內(nèi)部轉(zhuǎn)換創(chuàng)建新狀態(tài)單擊狀態(tài)圖工具欄中的state圖標(biāo)，然后在繪制區(qū)域單擊鼠標(biāo)左鍵。2.修改新狀態(tài)名稱創(chuàng)建新的狀態(tài)后可以修改狀態(tài)的屬性信息。雙擊狀態(tài)圖標(biāo)，在彈出對話框的General選項卡里進(jìn)行名稱Name和文檔說明Documentation等屬性的設(shè)置。3.增加入口和出口動作在狀態(tài)屬性設(shè)置對話框中打開Actions選項卡，在空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Insert命令，雙擊出現(xiàn)的動作類型Entry，在彈出對話框的When下拉列表中選擇OnEntry選項，在Name文本框中添加動作的名稱。4.增加內(nèi)部轉(zhuǎn)換（活動）增加活動與增加入口動作和出口動作類似，區(qū)別是在When下拉列表中選擇Do選項。創(chuàng)建狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是兩個狀態(tài)之間的一種關(guān)系，代表了一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的過渡，在UML中轉(zhuǎn)換用一條帶箭頭的直線表示。創(chuàng)建事件雙擊轉(zhuǎn)換圖標(biāo)，在彈出對話框的General選項卡里增