Описание uml диаграмм. Моделирование на UML

Модель UML (UML model) ‒ это совокупность конечного множества конструкций языка, главные из которых ‒ это сущности и отношения между ними.

Сами сущности и отношения модели являются экземплярами метаклассов метамодели.

Рассматривая модель UML с наиболее общих позиций, можно сказать, что это граф (точнее, нагруженный мульти-псевдо-гипер-орграф), в котором вершины и ребра нагружены дополнительной информацией и могут иметь сложную внутреннюю структуру. Вершины этого графа называются сущностями, а ребра ‒ отношениями . Остальная часть раздела содержит беглый (предварительный), но полный обзор имеющихся типов сущностей и отношений. К счастью, их не слишком много. В последующих главах книги все сущности и отношения рассматриваются еще раз, более детально и с примерами.

1.4.1. Сущности

Для удобства обзора сущности в UML можно подразделить на четыре группы:

• структурные;
• поведенческие;
• группирующие;
• аннотационные.

Структурные сущности, как нетрудно догадаться, предназначены для описания структуры. Обычно к структурным сущностям относят следующие.

Объект (object) 1 ‒ сущность, обладающая уникальностью и инкапсулирующая в себе состояние и поведение.

Класс (class) 2 ‒ описание множества объектов с общими атрибутами, определяющими состояние, и операциями, определяющими поведение.

Интерфейс (interface) 3 ‒ именованное множество операций, определяющее набор услуг, которые могут быть запрошены потребителем и предоставлены поставщиком услуг.

Кооперация (collaboration) 4 ‒ совокупность объектов, которые взаимодействуют для достижения некоторой цели.

Действующее лицо (actor) 5 ‒ сущность, находящаяся вне моделируемой системы и непосредственно взаимодействующая с ней.

∇ Подобная взаимосвязь безусловно существует, что выражается на рис. Иерархия типов диаграмм для UML 1 в виде отношения зависимости со стереотипом «refine» .

∇∇ В UML 1 возникала невольная ассоциация между диаграммой кооперации и одноименной сущностью, что было не совсем верно и порой вводило в заблуждение.

∇∇∇ В UML 2 синтаксическая и смысловая нагрузка диаграммы состояний настолько изменилась, что название уже не отражало содержания.

Список новых диаграмм и их названий, принятых в этой книге, приведен ниже.

• Диаграмма внутренней структуры (Composite Structure diagram)
• Диаграмма пакетов (Package diagram)
• Диаграмма автомата (State machine diagram)
• Диаграмма коммуникации (Communication diagram)
• Обзорная диаграмма взаимодействия (Interaction Overview diagram)
• Диаграмма синхронизации (Timing diagram)

На рис. Иерархия типов диаграмм для UML 2 (часть 1 и 2) приведена диаграмма классов, отражающая взаимосвязь диаграмм в UML 2.

Далее в этой главе мы очень бегло опишем все тринадцать канонических диаграмм, с тем, чтобы иметь определенный контекст и словарный запас для последующего изложения. Детали изложены в остальных главах книги.

Но прежде чем перейти к следующему разделу, сделаем одно небольшое отступление относительно того, как стандарт требует оформлять диаграммы. Общий шаблон представления диаграммы приведен ниже.

Основных элементов оформления два: наружная рамка и ярлычок с названием диаграммы. Если с рамкой все просто ‒ это прямоугольник, ограничивающий область в котором должны находиться элементы диаграммы, то название диаграммы записывается в специальном формате, приведенном на рис. Нотация для диаграмм .

Указанная сложная форма ярлычка поддерживается не всеми инструментами. Впрочем, это не обязательно, поскольку семантика первична, а нотация вторична. Далее мы везде используем в качестве ярлычка диаграммы прямоугольник, и это не должно вызывать недоразумений.

Возможные теги (типы) для диаграмм приведены в следующей таблице. Теги, предлагаемые стандартом, записаны во второй столбец. Однако, как показала практика, предлагаемые стандартом правила не всегда удобны и логически обоснованы, поэтому третий столбец таблицы содержит разумную на наш взгляд альтернативу.

Табл. Типы и теги диаграмм

Унифицированный язык моделирования (UML) в настоящий момент является стандартом де-факто при описании (документирования) результатов проектирования и разработки объектно-ориентированных систем. Начало разработки UML было положено в 1994 г. Гради Бучем и Джеймсом Рамбо, работавшим в компании Rational Software. Осенью 1995 г. к ним присоединился Ивар Якобсон и в октябре того же года была выпущена предварительная версия 0.8 унифицированного метода (англ. Unified Method). С этого времени было выпущено несколько версий спецификации UML, две из которых носят статус международного стандарта:

UML 1.4.2 – "ISO/IEC 19501:2005. Информационные технологии. Открытая распределительная обработка. Унифицированный язык моделирования (UML). Версия 1.4.2" (англ. "Information technology. Open distributed processing. Unified modeling language (UML). Version 1.4.2");

UML 2.4.1 – "ISO/IEC 19505-1:2012. Информационные технологии. Унифицированный язык моделирования группы по управлению объектами (OMG UML). Часть 1. Инфраструктура" (англ. "Information technology -- Object Management Group Unified Modeling Language (OMG UML) - Part 1: Infrastructure") и "ISO/IEC 19505-2:2012. Информационные технологии. Унифицированный язык моделирования группы по управлению объектами (OMG UML). Часть 2. Сверхструктура" (англ. "Information technology -- Object Management Group Unified Modeling Language (OMG UML) - Part 2: Superstructure").

Последнюю официальную спецификацию языка можно найти на сайте www.omg.org .

Общая структура UML показана на следующем рисунке .

Рис. 11.1. Структура UML

11.2. Семантика и синтаксис UML

Семантика – раздел языкознания, изучающий значение единиц языка, прежде всего его слов и словосочетаний .

Синтаксис – способы соединения слов и их форм в словосочетания и предложения, соединения предложений в сложные предложения, способы создания высказываний как части текста .

Таким образом, применительно к UML, семантика и синтаксис определяют стиль изложения (построения моделей), который объединяет естественный и формальный языки для представления базовых понятий (элементов модели) и механизмов их расширения.

11.3. Нотация UML

Нотация представляет собой графическую интерпретацию семантики для ее визуального представления.

В UML определено три типа сущностей :

Структурная – абстракция, являющаяся отражением концептуального или физического объекта;

Группирующая – элемент, используемый для некоторого смыслового объединения элементов диаграммы;

Поясняющая (аннотационная) – комментарий к элементу диаграммы.

В следующей таблице приведено краткое описание основных сущностей, используемых в графической нотации, и основные способы их отображения.

Таблица 11.1. Сущности

Тип	Наименование	Обозначение	Определение (семантика)
Структурная	(class)		Множество объектов, имеющих общую структуру и поведение
	(object)		Абстракция реальной или воображаемой сущности с четко выраженными концептуальными границами, индивидуальностью (идентичностью), состоянием и поведением. С точки зрения UML объекты являются экземплярами класса (экземплярами сущности)
	(actor)	Инженер службы пути	Внешняя по отношению к системе сущность, которая взаимодействует с системой и использует ее функциональные возможности для достижения определенных целей или решения частных задач. Таким образом актер – это внешний источник или приемник информации
	(use case)		Описание выполняемых системой действий, которая приводит к значимому для актера результату
	(state)		Описание момента в ходе жизни сущности, когда она удовлетворяет некоторому условию, выполняет некоторую деятельность или ждет наступления некоторого события
	Кооперация (collaboration)		Описание совокупности экземпляров актеров, объектов и их взаимодействия в процессе решения некоторой задачи
	(component)		Физическая часть системы (файл), в том числе модули системы, обеспечивающие реализацию согласованного набора интерфейсов
	(interface)	iРасчет	Совокупность операций, определяющая сервис (набор услуг), предоставляемый классом или компонентом
	(node)		Физическая часть системы (компьютер, принтер и т. д.), предоставляющая ресурсы для решения задачи
Группирующая	(package)		Общий механизм группировки элементов. В отличие от компонента, пакет – чисто концептуальное (абстрактное) понятие. Частными случаями пакета являются система и модель
	(fragment)		Область специфического взаимодействия экземпляров актеров и объектов
	(activity partition)		Группа операций (зона ответственности), выполняемых одной сущностью (актером, объектом, компонентом, узлом и т.д.)
	(interruptible activity region)		Группа операций, обычная последовательность выполнения которых может прервана в результате наступления нестандартной ситуации
Поясняющая	Примечание (comment)		Комментарий к элементу. Присоединяется к комментируемому элементу штриховой линией

В некоторых источниках, в частности [ , ], выделяют также поведенческие сущности взаимодействия и конечные автоматы , но с логической точки зрения их следует отнести к диаграммам.

Некоторые из приведенных выше сущностей в соответствии с подразумевают их подробное описание на диаграммах декомпозиции. На диаграмме верхнего уровня они помечаются особым значком или меткой.

В следующей таблице приведено описание всех видов отношений UML, используемых на диаграммах для указания связей между сущностями.

Таблица 11.3. Отношения

Наименование	Обозначение	Определение (семантика)
Ассоциация (association)		Отношение, описывающее значимую связь между двумя и более сущностями. Наиболее общий вид отношения
Агрегация (aggregation)		Подвид ассоциации, описывающей связь "часть"–"целое", в котором "часть" может существовать отдельно от "целого". Ромб указывается со стороны "целого". Отношение указывается только между сущностями одного типа
Композиция (composition)		Подвид агрегации, в которой "части" не могут существовать отдельно от "целого". Как правило, "части" создаются и уничтожаются одновременно с "целым"
Зависимость (dependency)		Отношение между двумя сущностями, в котором изменение в одной сущности (независимой) может влиять на состояние или поведение другой сущности (зависимой). Со стороны стрелки указывается независимая сущность
Обобщение (generalization)		Отношение между обобщенной сущностью (предком, родителем) и специализированной сущностью (потомком, дочкой). Треугольник указывается со стороны родителя. Отношение указывается только между сущностями одного типа
Реализация (realization)		Отношение между сущностями, где одна сущность определяет действие, которое другая сущность обязуется выполнить. Отношения используются в двух случаях: между интерфейсами и классами (или компонентами), между вариантами использования и кооперациями. Со стороны стрелки указывается сущность, определяющее действие (интерфейс или вариант использования)

Для ассоциации, агрегации и композиции может указываться кратность (англ. multiplicity), характеризующая общее количество экземпляров сущностей, участвующих в отношении. Она, как правило, указывается с каждой стороны отношения около соответствующей сущности. Кратность может указываться следующими способами:

- * – любое количество экземпляров, в том числе и ни одного;

Целое неотрицательное число – кратность строго фиксирована и равна указанному числу (например: 1, 2 или 5);

Диапазон целых неотрицательных чисел "первое число.. второе число" (например: 1..5, 2..10 или 0..5);

Диапазон чисел от конкретного начального значения до произвольного конечного "первое число.. *" (например: 1..*, 5..* или 0..*);

Перечисление целых неотрицательных чисел и диапазонов через запятую (например: 1, 3..5, 10, 15..*).

Если кратность не указана, то принимается ее значение, равное 1. Кратность экземпляров сущностей, участвующих в зависимости, обобщении и реализации, всегда принимается равной 1.

В следующей таблице приведено описание механизмов расширения , применяемых для уточнения семантики сущностей и отношений. В общем случае, механизм расширения представляет собой строку текста, заключенную в скобки или кавычки.

Таблица 11.4. Механизмы расширения

Помимо стереотипов, указываемых в виде строки текста в кавычках, на диаграммах могут использоваться графические стереотипы. На следующем рисунке приведены примеры стандартного и стереотипного отображения .

a) стандартное обозначение		б) стандартное обозначение с текстовым стереотипом		в) графический стереотип

Рис. 11.2. Примеры стандартного и стереотипного отображения класса

Диаграмма представляет собой группировку элементов нотации для отображения некоторого аспекта разрабатываемой информационной системы. Диаграммы представляют собой, как правило, связный граф, в котором сущности являются вершинами, а отношения – дугами. В следующей таблице дана краткая характеристика диаграмм UML .

Таблица 11.5. Диаграммы

Стандарт UML 2.x определяет также дополнительные, узкоспециализированные диаграммы:

Диаграмму объектов (object diagram) - аналогична , но вместо классов отображаются объекты;

Диаграмму синхронизации (timing diagram) - описывает состояния объекта с течением времени;

Композитную структурную диаграмму (composite structure diagram) - описывает порты (включая интерфейсы) класса для взаимодействия с другими классами;

Профильную диаграмму (profile diagram) - аналогична с описанием классов, входящих в них;

Обзорную диаграмму взаимодействия (interaction overview diagram) - аналогична , но со скрытыми фрагментами взаимодействия (фрагментами с меткой ref). Представляет собой контекстную (концептуальную) , элементы которой будут конкретизированы на отдельных диаграммах декомпозиции.

В целях укрупненного концептуального представления внутренней архитектуры системы большинство при построении допускает использование устоявшихся графических стереотипов для так называемых . Такая диаграмма называется 1 , но не относится к перечню диаграмм, определенных стандартом UML.

При разработке отдельной модели системы в строят несколько видов диаграмм. Более того, при разработке модели сложной системы, как правило, строят несколько диаграмм одного и того же вида. В то же время можно не создавать отдельные виды диаграмм, если в этом нет необходимости. Например, диаграммы и являются взаимозаменяемыми, строятся только для объектов, обладающих сложным поведением. В следующей таблице приведены рекомендации о необходимости разработки (уточнении) диаграмм по моделям системы.

Таблица 11.6. Связь моделей и диаграмм

В приведенной таблице не приведена модель тестирования, так как в рамках ее построения диаграммы не разрабатываются, а проверяются (тестируются) на полноту и непротиворечивость.

Часть диаграмм после их построения требует развития и уточнения в рамках разработки следующей модели (технологического процесса). Так, например, должны быть уточнены при разработке . В моделях.

4. Дайте определение понятию " ".

UML или Unified Modeling Language - язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения. Но использование UML не ограничивается IT, другая большая сфера практического применения UML - моделирование бизнес-процессов, системного проектирования и отображения организационных структур. UML дает возможность разработчикам программного обеспечения достигнуть соглашения в графических обозначениях для представления общих понятий и сконцентрироваться на проектировании и разработке.

Преимущества UML

• В UML используются графические обозначения для элементов моделируемой системы, при этом схемы UML достаточно просты для понимания;
• UML делает возможным описывать системы практически со всех возможных точек зрения, учитывая различные аспекты;
• UML объектно-ориентирован: его методы анализа и построения семанитически близки к методам программирования, используемым в современных языках ООП;
• UML - открытый стандарт. Стандарт развивается и эволюционирует от версии к версии, отвечая самым современным требованиям к описанию систем;
• содержит механизм расширения, позволяющий вводить дополнительные текстовые и графические типы, что делает возможным применение UML не только в сфере IT.

Типы диаграмм UML

В UML 14 типов диаграмм. Их можно разделить на 2 категории:

• структурные , представляющие информационную структуру;
• поведенческие , представляющие поведение системы и различные аспекты взаимодействий. Отдельным подвидом диаграмм поведения считаются диаграммы взаимодействия .

Иерархия типов диаграмм UML,
представленная диаграммой классов

Структурные диаграммы

1. Диаграмма классов является ключевым элементом в объектно-ориентированном моделировании. С помощью этой диаграммы (собственно, через классы , их атрибуты , методы и зависимости между классами) описывается модель предметной области и структура моделируемой системы.
2. Диаграмма компонентов отображает разбиение программного кода на крупные блоки (структурные компоненты) и показывает зависимости между ними. Компонентами могут быть пакеты, модули, библиотеки, файлы и т.д.
3. Объектная диаграмма показывает полный или частичный срез моделируемой системы в заданный момент времени. Она представляет экземплеры классов (объекты), их состояние (текущие значения аттрибутов) и отношения между ними.
4. Диаграмма композитной структуры демонстрирует внутреннюю структуру классов и, по возможности, взаимодействия между элементами этой структуры.
5. Диаграмма пакетов показывает пакеты и отношения между ними. Этот вид диаграмм служит для упрощения структуры модели (и, соответственно, работы с ней) через объединение элементов модели в группы по некоторым критериям.
6. Диаграмма развертывания моделирует развертывание программных компонентов (артефактов ) на вычислительных ресурсах/аппаратных компонентах (узлах ).
7. Диаграмма профилей описывает механизм расширения, позволяющий приспособить UML к разнообразным предметным областям и сферам деятельности.

Пример UML-диаграммы классов

Диаграммы поведения

1. Диаграмма деятельности показывает действия (actions ) из которых состоит некоторая деятельность (activity ). Диаграммы деятельности используются для моделирования бизнесс-процессов, технологических процессов, последовательных и параллельных вычислений.
2. Диаграмма вариантов использования (или диаграмма прецедентов ) описывает отношения между актёрами (действующими лицами) и вариантами использования моделируемой системы (ее возможностями). Основное назначение диаграммы - быть универсальным средством для заказчиков, разработчиков и конечных пользователей, с помощью которого можно было бы совместно обсуждать систему - ее возможности и поведение.
3. Диаграмма состояний изображает динамическое поведение сущности, показывая как эта сущность в зависимости от своего текущего состояния реагирует на различные события. По сути это диаграмма состояний из теории атоматов.
4. Диаграмма коммуникации (в ранних версиях диаграмма кооперации ) показывает взаимодействия между частями композитной структуры и ролями кооперации. На диаграмме явно указываются отношения между элементами (объектами).
5. Диаграмма последовательности используется для визуализации последовательности взаимодействий объектов. Показывает жизненный цикл заданного объекта и взаимодействие актеров (действующих лиц) в рамках некоторого варианта использования, последовательность сообщений которыми они обмениваются.
6. Диаграмма обзора взаимодействия включает часть диаграммы последовательности и конструкции потока управления. Помогает рассмотреть взаимодействие объектов с различных точек зрения.
7. Диаграмма синхронизации - отдельный подвид диаграмм взаимодействия, специализируйющийся на тайминге. Диаграммы этого вида используются для исследования поведения объектов в течение определенного периода времени.

Показать поведение одного объекта в течение его жизни, начиная от создания объекта и заканчивая его уничтожением. Каждая диаграмма состояний представляет некоторый автомат.

План действий

В разделе «Описание» изучите основной набор символов диаграммы состояний, необходимый для того, чтобы уметь читать диаграммы.

После ознакомления с другими разделами («Пример», «Применение») вы можете попробовать свои силы в самостоятельном составлении диаграмм состояний.

Замечания (описание)

Здесь представлен основной набор символов диаграммы состояний , необходимый для того, чтобы суметь прочитать диаграмму. После ознакомления с другими разделами («Пример», «Применение») вы сможете составлять диаграммы состояний самостоятельно!

Термин	Изображение	Описание
Начальное псевдосостояние (initial pseudostate)		Начальное состояние системы
Переход		Переход (transition) означает перемещение из одного состояния в другое.
Состояние		Обозначает выполняемые системой действия (могут включать возможные варианты), приводящие к наблюдаемым актёрами результатам.
Состояние активности (activity state)		Сложный шаг в прецеденте можно представить другим прецедентом. В терминах языка UML мы говорим, что первый прецедент включает (includes) второй.
Конечное состояние		Позволяет обозначить границы систем или подсистем.
Внутренние активности (internal activities)		Случай когда состояния могут реагировать на события без совершения перехода, и в этом случае событие, защита и активность размещаются внутри прямоугольника состояния.
Входная активность		Входная активность выполняется всякий раз, когда вы входите в состояние
Выходная активность		Выходная активность – выполняется всякий раз, когда вы покидаете состояние.
Суперсостояние		Часто бывает, что несколько состояний имеют общие переходы и внутренние активности. В таких случаях можно их превратить в подсостояния (substates), а общее поведение перенести в суперсостояние (superstate).
Параллельные состояния		Состояния могут быть разбиты на несколько параллельных состояний, запускаемых одновременно.

Как применять технику креативности

Диаграммы состояний UML хороши для описания поведения одного объекта в нескольких прецедентах. Но они не очень подходят для описания поведения, характеризующегося взаимодействием множества объектов. Поэтому имеет смысл совместно с диаграммами состояний применять другие технологии. Например, диаграммы взаимодействия (глава 4) прекрасно описывают поведение нескольких объектов в одном прецеденте, а диаграммы деятельности UML хороши для показа основной последовательности действий нескольких объектов в нескольких прецедентах.

Не все считают диаграммы состояний естественными. Понаблюдайте, как специалисты работают с ними. Вполне возможно, что члены вашей команды не думают, что диаграммы состояний подходят для их стиля работы. Это не самая большая трудность; вы должны не забывать совместно использовать различные приемы работы.

Если вы применяете диаграммы состояний, то не старайтесь нарисовать их для каждого класса системы. Такой подход часто применяется в целях формально строгой полноты, но почти всегда это напрасная трата сил. Применяйте диаграммы состояний только для тех классов, которые проявляют интересное поведение, когда построение диаграммы состояний помогает понять, как все происходит.

Многие специалисты считают, что редактор UI и управляющие объекты имеют функциональные средства, полезные при отображении с помощью диаграммы состояний .

Как научиться

Здесь мы попытались предоставить как можно более простой способ изучения диаграммы состояний языка UML .

Как и многие другие языки он использует для описания набор знаков. Смысл этих знаков вы найдете в таблице в разделе «Замечания (описание)». Каждый знак имеет свое наименование (термин) и написание. Также каждый термин снабжен кратким пояснением, чтобы быстро уяснить его основную суть.

Далее мы бы рекомендовали перейти в раздел «Примеры» диаграмм состояний , чтобы попробовать свои силы в чтении разных диаграмм. Затем стоит изучить раздел «Применение», так как, хотя и количество типов диаграмм в UML невелико, максимум преимуществ от их использования вы сможете получить только если будете применять соответствующие диаграммы по назначению.

Пример использования

Диаграмма состояний (state machine diagrams) – это известная технология описания поведения системы. В том или ином виде диаграмма состояний существует с 1960 года, и на заре объектно-ориентированного программирования они применялись для представления поведения системы. В объектно-ориентированных подходах вы рисуете диаграмму состояний единственного класса, чтобы показать поведение одного объекта в течение его жизни.

Всякий раз, когда пишут о конечных автоматах, в качестве примеров неизбежно приводят системы круиз-контроля или торговые автоматы.
Мы решили использовать контроллер секретной панели управления в Готическом замке. В этом замке мы хотим так спрятать свои сокровища, чтобы их было трудно найти. Для того чтобы получить доступ к замку сейфа, мы должны вытащить из канделябра стратегическую свечу, но замок появится, только если дверь закрыта. После появления замка мы можем вставить в него ключ и открыть сейф. Для дополнительной безопасности мы сделали так, чтобы сейф можно было открыть только после извлечения свечи. Если вор не обратит внимания на эту предосторожность, то мы спустим с цепи отвратительного монстра, который проглотит вора.

На рис. 10.1 показана диаграмма состояний класса контроллера, который управляет моей необычной системой безопасности. Диаграмма состояния начинается с состояния создаваемого объекта контроллера: состояния Wait (Ожидание) . На диаграмме это обозначено с помощью начального псевдосостояния (initial pseudostate) , которое не является состоянием, но имеет стрелку, указывающую на начальное состояние.
На диаграмме показано, что контроллер может находиться в одном из трех состояний: Wait (Ожидание), Lock (Замок) и Open (Открыт) . На диаграмме также представлены правила, согласно которым контроллер переходит из одного состояния в другое. Эти правила представлены в виде переходов – линий, связывающих состояния.

Переход (transition) означает перемещение из одного состояния в другое. Каждый переход имеет свою метку, которая состоит из трех частей:
триггер-идентификатор [защита]/активность (trigger-signature /activity) . Все они не обязательны. Как правило, триггер-идентификатор – это единственное событие, которое может вызвать изменение состояния.

Защита, если она указана, представляет собой логическое условие, которое должно быть выполнено, чтобы переход имел место. Активность – это некоторое поведение системы во время перехода. Это может быть любое поведенческое выражение. Полная форма триггера-идентификатора может включать несколько событий и параметров. Переход из состояния Wait (рис. 10.1) в другое состояние можно прочесть как «В состоянии Wait , если свеча удалена, вы видите замок и переходите в состояние Lock ».

Все три части описания перехода не обязательны. Пропуск активности означает, что в процессе перехода ничего не происходит. Пропуск за щиты означает, что переход всегда осуществляется, если происходит инициирующее событие. Триггер-идентификатор отсутствует редко, но и так бывает. Это означает, что переход происходит немедленно, что можно наблюдать главным образом в состояниях активности.

Когда в определенном состоянии происходит событие, то из этого состояния можно совершить только один переход, например в состоянии Lock (рис. 10.1) защиты должны быть взаимно исключающими. Если событие происходит, а разрешенных переходов нет – например закрытие сейфа в состоянии Wait или удаление свечи при открытой двери, – событие игнорируется.

Конечное состояние (final state ) означает, что конечный автомат закончил работу, что вызывает удаление объекта контроллера. Так что для тех, кто имел неосторожность попасть в ловушку, сообщаем, что поскольку объект контроллера прекращает свое существование, мы вынуждены посадить кролика обратно в клетку, вымыть пол и перегрузить систему.

Помните, что конечные автоматы могут показывать только те объекты, которые непосредственно наблюдаются или действуют. Поэтому, хотя вы могли ожидать, что мы положим что-нибудь в сейф или что-нибудь возьмем оттуда, когда дверь открыта, мы не отметили это на диаграмме, поскольку контроллер об этом ничего сообщить не может.

Когда разработчики говорят об объектах, они часто ссылаются на состояние объектов, имея в виду комбинацию всех данных, содержащихся в полях объектов. Однако состояние на диаграмме конечного автомата является более абстрактным понятием состояния; суть в том, что различные состояния предполагают различные способы реакции на события.

Внутренние активности в диаграмме состояний

Состояния могут реагировать на события без совершения перехода, используя внутренние активности (internal activities ), и в этом случае событие, защита и активность размещаются внутри прямоугольника состояния.

На рис. 10.2 представлено состояние с внутренними активностями символов и событиями системы помощи, которые вы можете наблюдать в текстовых полях редактора UI . Внутренняя активность подобна самопереходу (self-transition) – переходу, который возвращает в то же самое состояние. Синтаксис внутренних активностей построен по той же логической схеме события, защиты и процедуры.

На рис. 10.2 показаны также специальные активности: входная и выходная активности . Входная активность выполняется всякий раз, когда вы входите в состояние; выходная активность – всякий раз, когда вы покидаете состояние. Однако внутренние активности не инициируют входную и выходную активности ; в этом состоит различие между внутренними активностями и самопереходами .

Состояния активности в диаграмме состояний

В состояниях, которые мы описывали до сих пор, объект молчит и ожидает следующего события, прежде чем что-нибудь сделать. Однако возможны состояния, в которых объект проявляет некоторую активность.

Состояние Searching (Поиск) на рис. 10.3 является таким состоянием активности (activity state) : ведущаяся активность обозначается символом do/ ; отсюда термин do-activity (проявлять активность) . После того как поиск завершен, выполняются переходы без активности, например показ нового оборудования (Display New Hardware) . Если в процессе активности происходит событие отмены (cancel ), то do-активность просто прерывается и мы возвращаемся в состояние Update Hardware Window (Обновление окна оборудования).

И do-активности, и обычные активности представляют проявление некоторого поведения. Решающее различие между ними заключается в том, что обычные активности происходят «мгновенно» и не могут быть прерваны обычными событиями, тогда как do-активности могут выполняться в течение некоторого ограниченного времени и могут прерываться, как показано на рис. 10.3. Мгновенность для разных систем трактуется по-разному; для систем реального времени это может занимать несколько машинных инструкций, а для настольного программного обеспечения может составить несколько секунд.

В UML 1 обычные активности обозначались термином action (действие), а термин activity (активность) применялся только для do-активностей .

Суперсостояния

Часто бывает, что несколько состояний имеют общие переходы и внутренние активности. В таких случаях можно их превратить в подсостояния (substates), а общее поведение перенести в суперсостояние (superstate), как показано на рис. 10.4. Без суперсостояния пришлось бы рисовать переход cancel (отмена) для всех трех состояний внутри состояния Enter Connection Details (Ввод подробностей соединения) .

Параллельные состояния

Состояния могут быть разбиты на несколько параллельных состояний, запускаемых одновременно. На рис. 10.5 показан простой будильник, который может включать либо CD, либо радио и показывать либо текущее время, либо время сигнала.

Опции CD/радио и текущее время/время сигнала являются параллельными. Если бы вы захотели представить это с помощью диаграммы непараллельных состояний, то получилась бы беспорядочная диаграмма при необходимости добавить состояния. Разделение двух областей поведения на две диаграммы состояний делает ее значительно яснее.

Рис. 10.5 включает также состояние предыстории (history pseudostate). Это означает, что когда включены часы, опция радио/CD переходит в состояние, в котором находились часы, когда они были выключены. Стрелка, выходящая из предыстории, показывает, какое состояние существовало изначально, когда отсутствовала предыстория.

Реализация диаграмм состояний

Диаграмму состояний можно реализовать тремя основными способами: с помощью вложенного оператора switch, паттерна State и таблицы состояний. Самый прямой подход в работе с диаграммами состояний – это вложенный оператор switch, такой как на рис. 10.6.

Хотя этот способ и прямой, но очень длинный даже для этого простого случая. Кроме того, при данном подходе очень легко потерять контроль, поэтому не рекомендуем применять его даже в элементарных ситуациях.
Паттерн «Состояние» (State pattern) представляет иерархию классов состояний для обработки поведения состояний. Каждое состояние на диаграмме состояний имеет свой подкласс состояния. Контроллер имеет методы для каждого события, которые просто перенаправляют к классу состояния. Диаграмма состояний, показанная на рис. 10.1, могла бы быть реализована с помощью классов, представленных на рис. 10.7.

Вершиной иерархии является абстрактный класс, который содержит описание всех методов, обрабатывающих события, но без реализации.
Для каждого конкретного состояния достаточно переписать метод-обработчик определенного события, инициирующего переход из состояния.
Таблица состояний представляет диаграмму состояний в виде данных.

Так, диаграмма на рис. 10.1 может быть представлена в виде табл. 10.1.
Затем мы строим интерпретатор, который использует таблицу состояний во время выполнения программы, или генератор кода, который порождает классы на основе этой таблицы.

Очевидно, большая часть работы над таблицей состояний проводится однажды, но затем ее можно использовать всякий раз, когда надо решить проблему, связанную с состояниями. Таблица состояний времени выполнения может быть модифицирована без перекомпиляции, что в некотором смысле удобно. Шаблон состояний собрать легче, и хотя для каждого состояния требуется отдельный класс, но размер кода, который при этом надо написать, совсем невелик.

Приведенные реализации практически минимальные, но они дают представление о том, как применять диаграммы состояний . В каждом случае реализация моделей состояний приводит к довольно стереотипной программе, поэтому обычно для этого лучше прибегнуть к тому или иному способу генерации кода.

Подписывайтесь на новости сайта, форму подписки вы можете найти в правой колонке сайта.

Если вы хотите научиться работать на фрилансе профессионально, приглашаем на курс « ».

Все диаграммы UML можно условно разбить на две группы, первая из которых ‒ общие диаграммы. Общие диаграммы практически не зависят от предмета моделирования и могут применяться в любом программном проекте без оглядки на предметную область, область решений и т.д.

1.5.1. Диаграмма использования

Диаграмма использования (use case diagram) ‒ это наиболее общее представление функционального назначения системы.

Диаграмма использования призвана ответить на главный вопрос моделирования: что делает система во внешнем мире?

На диаграмме использования применяются два типа основных сущностей: варианты использования 1 и действующие лица 2 , между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений:

• ассоциация между действующим лицом и вариантом использования 3 ;
• обобщение между действующими лицами 4 ;
• обобщение между вариантами использования 5 ;
• зависимости (различных типов) между вариантами использования 6 .

На диаграмме использования, как и на любой другой, могут присутствовать комментарии 7 . Более того, это настоятельно рекомендуется делать для улучшения читаемости диаграмм.

Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме использования, показаны ниже. Детальное описание приведено в разделе 2.2 .

1.5.2. Диаграмма классов

Диаграмма классов (class diagram) ‒ основной способ описания структуры системы.

Это не удивительно, поскольку UML в первую очередь объектно-ориентированный язык, и классы являются основным (если не единственным) "строительным материалом".

На диаграмме классов применяется один основной тип сущностей: классы 1 (включая многочисленные частные случаи классов: интерфейсы, примитивные типы, классы-ассоциации и многие другие), между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений:

• ассоциация между классами 2 (с множеством дополнительных подробностей);
• обобщение между классами 3 ;
• зависимости (различных типов) между классами 4 и между классами и интерфейсами.

Некоторые элементы нотации, применяемые на диаграмме классов, показаны ниже. Детальное описание приведено в главе 3 .

1.5.3. Диаграмма автомата

Диаграмма автомата (state machine diagram) ‒ это один из способов детального описания поведения в UML на основе явного выделения состояний и описания переходов между состояниями.

В сущности, диаграммы автомата, как это следует из названия, представляют собой граф переходов состояний (см. главу 4), нагруженный множеством дополнительных деталей и подробностей.

На диаграмме автомата применяют один основной тип сущностей ‒ состояния 1 , и один тип отношений ‒ переходы 2 , но и для тех и для других определено множество разновидностей, специальных случаев и дополнительных обозначений. Перечислять их все во вступительном обзоре не имеет смысла.

Детальное описание всех вариаций диаграмм автомата приведено в разделе 4.2 , а на следующем рисунке показаны только основные элементы нотации, применяемые на диаграмме автомата.

1.5.4. Диаграмма деятельности

Диаграмма деятельности (activity diagram) ‒ способ описания поведения на основе указания потоков управления и потоков данных.

Диаграмма деятельности ‒ еще один способ описания поведения, который визуально напоминает старую добрую блок-схему алгоритма. Однако за счет модернизированных обозначений, согласованных с объектно-ориентированным подходом, а главное, за счет новой семантической составляющей (свободная интерпретация сетей Петри), диаграмма деятельности UML является мощным средством для описания поведения системы.

На диаграмме деятельности применяют один основной тип сущностей ‒ действие 1 , и один тип отношений ‒ переходы 2 (передачи управления и данных). Также используются такие конструкции как развилки, слияния, соединения, ветвления 3 , которые похожи на сущности, но таковыми на самом деле не являются, а представляют собой графический способ изображения некоторых частных случаев многоместных отношений. Семантика элементов диаграмм деятельности подробно разобрана в главе 4 . Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме деятельности, показаны ниже.

1.5.5. Диаграмма последовательности

Диаграмма последовательности (sequence diagram) ‒ это способ описания поведения системы на основе указания последовательности передаваемых сообщений.

Фактически, диаграмма последовательности ‒ это запись протокола конкретного сеанса работы системы (или фрагмента такого протокола). В объектно-ориентированном программировании самым существенным во время выполнения является пересылка сообщений между взаимодействующими объектами. Именно последовательность посылок сообщений отображается на данной диаграмме, отсюда и название.

На диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей ‒ экземпляры взаимодействующих классификаторов 1 (в основном классов, компонентов и действующих лиц), и один тип отношений ‒ связи 2 , по которым происходит обмен сообщениями 3 . Предусмотрено несколько способов посылки сообщений, которые в графической нотации различаются видом стрелки, соответствующей отношению.

Важным аспектом диаграммы последовательности является явное отображение течения времени. В отличие от других типов диаграмм, кроме разве что диаграмм синхронизации, на диаграмме последовательности имеет значение не только наличие графических связей между элементами, но и взаимное расположение элементов на диаграмме. А именно, считается, что имеется (невидимая) ось времени, по умолчанию направленная сверху вниз, и то сообщение, которое отправлено позже, нарисовано ниже.

Ось времени может быть направлена горизонтально, в этом случае считается, что время течет слева направо.

На следующем рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме последовательности. Для обозначения самих взаимодействующих объектов применяется стандартная нотация ‒ прямоугольник с именем экземпляра классификатора. Пунктирная линия, выходящая из него, называется линией жизни (lifeline) 4 . Это не обозначение отношения в модели, а графический комментарий, призванный направить взгляд читателя диаграммы в правильном направлении. Фигуры в виде узких полосок, наложенных на линию жизни, также не являются изображениями моделируемых сущностей. Это графический комментарий, показывающий отрезки времени, в течении которых объект владеет потоком управления (execution occurrence) 5 или другими словами имеет место активация (activation) объекта. Составные шаги взаимодействия(combined fragment) 6 позволяют на диаграмме последовательности, отражать и алгоритмические аспекты протокола взаимодействия. Прочие детали нотации диаграммы последовательностей см. в главе 4 .

1.5.6. Диаграмма коммуникации

Диаграмма коммуникации (communication diagram) ‒ способ описания поведения, семантически эквивалентный диаграмме последовательности.

Фактически, это такое же описание последовательности обмена сообщениями взаимодействующих экземпляров классификаторов, только выраженное другими графическими средствами. Более того, большинство инструментов умеет автоматически преобразовывать диаграммы последовательности в диаграммы коммуникации и обратно.

Таким образом, на диаграмме коммуникации также как и на диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей ‒ экземпляры взаимодействующих классификаторов 1 и один тип отношений ‒ связи 2 . Однако здесь акцент делается не на времени, а на структуре связей между конкретными экземплярами.

На рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме коммуникации. Для обозначения самих взаимодействующих объектов применяется стандартная нотация ‒ прямоугольник с именем экземпляра классификатора. Взаимное положение элементов на диаграмме кооперации не имеет значения ‒ важны только связи (чаще всего экземпляры ассоциаций), вдоль которых передаются сообщения 3 . Для отображения упорядоченности сообщений во времени применяется иерархическая десятичная нумерация.

1.5.7. Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов (component diagram) ‒ показывает взаимосвязи между модулями (логическими или физическими), из которых состоит моделируемая система.

Основной тип сущностей на диаграмме компонентов ‒ это сами компоненты 1 , а также интерфейсы 2 , посредством которых указывается взаимосвязь между компонентами. На диаграмме компонентов применяются следующие отношения:

• реализации между компонентами и интерфейсами (компонент реализует интерфейс);
• зависимости между компонентами и интерфейсами (компонент использует интерфейс) 3 .

На рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме компонентов. Детальное описание приведено в главе 3 .

1.5.8. Диаграмма размещения

Диаграмма размещения (deployment diagram) наряду с отображением состава и связей элементов системы показывает, как они физически размещены на вычислительных ресурсах во время выполнения.

Таким образом, на диаграмме размещения, по сравнению с диаграммой компонентов, добавляется два типа сущностей: артефакт 1 , который является реализацией компонента 2 и узел 3 (может быть как классификатор, описывающий тип узла, так и конкретный экземпляр), а также отношение ассоциации между узлами 4 , показывающее, что узлы физически связаны во время выполнения.

На рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме размещения. Для того чтобы показать, что одна сущность является частью другой, применяется либо отношение зависимости «deploy» 5 , либо фигура одной сущности помещается внутрь фигуры другой сущности 6 . Детальное описание диаграммы приведено в главе 3 .