Начальное и конечное состояния

Начальное состояние представляет собой частный случай состояния, которое не содержит никаких внутренних действий. В этом состоянии находится объект по умолчанию в начальный момент времени. Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, от которой начинается процесс изменения состояний. Графически начальное состояние в языке UML обозначается в виде залитой окружности, как показано на рис. 4.1, из которой может только выходить стрелка, соответствующая переходу.

Переход из начального состояния может быть помечен событием создания (инициализации) объекта. В противном случае переход никак не помечается.

Конечное (финальное) состояние представляет собой частный случай состояния, которое также не может содержать никаких внутренних действий. В этом состоянии будет находиться объект по умолчанию после завершения работы автомата в конечный момент времени. Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, в которой завершается процесс изменения состояний или жизненный цикл данного объекта. Графически конечное состояние в языке UML обозначается в виде залитой окружности, помещенной в окружность большего диаметра, как показано на рис. 4.1. Все переходы для конечного состояния могут быть только входящими.

Переход

Простой переход (simple transition) представляет собой отношение между двумя последовательными состояниями, которое указывает на факт смены одного состояния другим. Пребывание моделируемого объекта в первом состоянии может сопровождаться выполнением некоторых действий, а переход во второе состояние будет возможен после завершения этих действий, а также после удовлетворения некоторых дополнительных условий. В этом случае говорят, что переход срабатывает, или происходит срабатывание перехода. До срабатывания перехода объект находится в предыдущем от него состоянии, называемым исходным состоянием, или в состоянии-источнике, а после его срабатывания объект находится в последующем от него состоянии, называемом целевым.

На переходе могут указываться события, вызывающие его срабатывание и действия, производимые объектом при переходе из одного состояния в другое. Срабатывание перехода может зависеть не только от наступления некоторого события, но и от выполнения определенного условия, называемого сторожевым. При этом объект перейдет из одного состояния в другое в том случае, если произошло указанное событие и сторожевое условие приняло значение "истина".

Переход может быть направлен в то же состояние, из которого он выходит. В этом случае его называют переходом в себя, а исходное и целевое состояния перехода совпадают. Такой переход изображается петлей со стрелкой и отличается от внутреннего перехода. При переходе в себя объект покидает исходное состояние, а затем снова входит в него. При этом всякий раз выполняются внутренние действия, специфицированные метками entry и exit.

На диаграмме состояний переход изображается сплошной линией со стрелкой, которая направлена в целевое состояние (например, "выход из строя" на рис. 4.1). Каждый переход может быть помечен строкой текста, которая имеет следующий общий формат:

<сигнатура события>'['<сторожевое условие>']' ‘/’<выражение действия>.

В свою очередь сигнатура события описывает некоторое событие с необходимыми аргументами:

<имя события>'('<список параметров>')'.

Термин событие (event) требует отдельного пояснения, поскольку является самостоятельным элементом языка UML. Формально, событие представляет собой спецификацию некоторого факта, имеющего место в пространстве и во времени. Про события говорят, что они "происходят", при этом отдельные события должны быть упорядочены во времени.

Семантика события фиксирует внимание на внешних проявлениях качественных изменений, происходящих при переходе моделируемого объекта из состояния в состояние. Например, после успешного ремонта компьютера происходит немаловажное событие — восстановление его работоспособности. Если поднять трубку обычного телефона, то, в случае его исправности, мы ожидаем услышать тоновый сигнал. И факт подачи сигнала тоже является событием.

В языке UML события играют роль стимулов, которые инициируют переходы из одних состояний в другие. В качестве событий можно рассматривать сигналы, вызовы, окончание фиксированных промежутков времени или моменты окончания выполнения определенных действий. Имя события идентифицирует каждый отдельный переход на диаграмме состояний и может содержать строку текста, начинающуюся со строчной буквы. В этом случае принято считать переход триггерным, т. е. таким, который специфицирует событие-триггер. Например, переходы на рис. 4.1 являются триггерными, поскольку с каждым из них связано некоторое событие-триггер, происходящее асинхронно в момент выхода из строя технического устройства или в момент окончания его ремонта.

Если рядом со стрелкой перехода не указана никакая строка текста, то соответствующий переход является нетриггерным, и в этом случае из контекста диаграммы состояний должно быть ясно, после окончания какой деятельности он срабатывает. После имени события могут следовать круглые скобки для явного задания параметров соответствующего события-триггера. Если таких параметров нет, то список параметров со скобками может отсутствовать.

Сторожевое условие (guard condition), если оно есть, всегда записывается в прямых скобках после события-триггера и представляет собой некоторое булевское выражение.

Введение для перехода сторожевого условия позволяет явно специфицировать семантику его срабатывания. Если сторожевое условие принимает значение "истина", то соответствующий переход может сработать, в результате чего объект перейдет в целевое состояние. Если же сторожевое условие принимает значение "ложь", то переход не может сработать, и при отсутствии других переходов объект не может перейти в целевое состояние по этому переходу. Однако вычисление истинности сторожевого условия происходит только после возникновения ассоциированного с ним события-триггера, инициирующего соответствующий переход.

В общем случае из одного состояния может быть несколько переходов с одним и тем же событием-триггером. При этом никакие два сторожевых условия не должны одновременно принимать значение "истина". Каждое из сторожевых условий необходимо вычислять всякий раз при наступлении соответствующего события-триггера.

Примером события-триггера может служить окончание загрузки электронного сообщения клиентской почтовой программой (при удаленном доступе к Интернету). В этом случае сторожевое условие есть не что иное, как ответ на вопрос: "Пуст ли почтовый ящик клиента на сервере провайдера?". В случае положительного ответа "истина", следует разорвать соединение с провайдером, что и делает программа-клиент. В случае отрицательного ответа "ложь", следует оставаться в состоянии загрузки почты и не разрывать телефонное соединение.

Графически фрагмент логики моделирования почтовой программы может быть представлен в виде диаграммы состояний, приведенной на рис. 4.3.

Рисунок 4.3. Диаграмма состояний почтовой программы-клиента

Как можно заключить из контекста, в начальном состоянии программа не выполняется, хотя и имеется на компьютере пользователя. В момент ее запуска происходит активизация. В этом состоянии программа может находиться неопределенно долго, пока пользователь не выгрузит ее из оперативной памяти компьютера, выбрав пункт меню “Выход”. В активном состоянии программы пользователь может читать сообщения электронной почты, создавать собственные и выполнять другие действия, не указанные явно на диаграмме.

Переход в состояние “Загружается почта с сервера провайдера” срабатывает при наступлении события “Нажата кнопка “Получить почту”. При этом пользователь должен установить телефонное соединение с провайдером, что и показано явно на диаграмме в форме сторожевого условия. В противном случае (линия занята, неверный ввод пароля) никакой загрузки почты не произойдет, и программа останется в прежнем своем состоянии.

Выражение действия (action expression) выполняется в том и только в том случае, когда переход срабатывает. Выражение действия представляет собой атомарную операцию (достаточно простое вычисление), выполняемую сразу после срабатывания соответствующего перехода до начала каких бы то ни было действий в целевом состоянии. Атомарность действия означает, что оно не может быть прервано никаким другим действием до тех пор, пока не закончится его выполнение. Данное действие может оказывать влияние, как на сам объект, так и на его окружение, если это с очевидностью следует из контекста модели. Выражение записывается после знака "/" в строке текста, присоединенной к соответствующему переходу. В общем случае, выражение действия может содержать целый список отдельных действий, разделенных символом ";". Обязательное требование — все действия из списка должны четко различаться между собой и следовать в порядке их записи. На синтаксис записи выражений действия не накладывается никаких ограничений. Главное — их запись должна быть понятна разработчикам модели и программистам. Поэтому часто выражения записывают на одном из языков программирования, который предполагается использовать для реализации модели.

В качестве примера выражения действия, как показано на рис. 4.3 может служить "разорвать телефонное соединение (телефонный номер)”, которое должно быть выполнено сразу после установления истинности сторожевого условия "почтовый ящик на сервере пуст".

Другим примером может служить очевидная ситуация с выделением графических объектов на экране монитора при однократном нажатии левой кнопки мыши. Имеется в виду обработка сигналов от пользователя при выделении тех или иных графических примитивов (пиктограмм). В этом случае соответствующий переход может иметь следующую строку текста: "нажата и отпущена левая кнопка мыши (координаты) [координаты в области графического объекта] / выделить объект (цвет)”.

Результатом этого триггерного перехода может быть, например, активизация некоторых свойств объекта или последующее его удаление в корзину.