Подсостояния

Рассмотренные выше свойства состояний и переходов решают целый ряд типичных проблем моделирования автоматов. У автоматов, рассматриваемых в UML, есть свойство, которое позволяет еще больше упростить моделирование сложного поведения. Это возможность указать подсостояние (Substate) - состояние, являющееся частью другого состояния. Например, Обогреватель может находиться в состоянии Обогрев, внутри которого содержится еще одно состояние – Активация. В таком случае говорят, что объект находится одновременно в состояниях Обогрев и Активация.

Простым называется такое состояние, которое не имеет внутренней структуры.

Состояние, у которого есть подсостояния, то есть вложенные состояния, именуется составным.

Составное состояние может содержать как параллельные (независимые), так и последовательные (непересекающиеся) подсостояния.

В UML составное состояние изображается так же, как и простое, но имеет дополнительный графический раздел, в котором показан вложенный автомат. Глубина вложенности состояний не ограничена, причем вложенная структура составного состояния подобна композиции.

Пример. Рассмотрим уже известную нам задачу моделирования банкомата.

Анализ предметной области показал, что система может находиться в одном из трех основных состояний:

Ожидание (действий со стороны пользователя),

Активен (выполняет транзакцию, запрошенную пользователем)

Обслуживается (возможно, пополняется запас банкнот).

В состоянии Активен поведение банкомата описывается простой схемой: проверить счет пользователя, выбрать тип транзакции, выполнить транзакцию, напечатать квитанцию.

После печати банкомат возвращается в состояние Ожидание. Эти этапы можно представить как состояния Проверка, Выбор, Обработка, Печать. Стоило бы даже дать пользователю возможность выбрать и выполнить несколько транзакций после того, как проверка счета выполнена, но еще до печати окончательной квитанции.

Проблема в том, что на любом этапе пользователь может отменить транзакцию и вернуть банкомат в состояние Ожидание. С помощью простых автоматов реализовать это можно, но не очень удобно. Поскольку пользователь имеет право отменить транзакцию в любой точке, пришлось бы включать соответствующий переход из любого состояния в последовательности Активен. Это может привести к ошибкам, так как очень легко забыть включить все необходимые переходы, а наличие множества событий, прерывающих основной поток управления, приведет к появлению большого числа переходов из разных исходных состояний, которые оканчиваются в одном и том же целевом. При этом у каждого такого перехода будет одинаковое событие-триггер, сторожевое условие и действие.

Использование последовательных подсостояний позволяет упростить моделирование этой задачи, как показано на рис. 2.19.

Рис. 2.19 Последовательные подсостояния

У состояния Активен имеется внутренний автомат, в который входят подсостояния Проверка, Выбор, Обработка, Печать. Состояние банкомата изменяется с Ожидание на Активен, когда пользователь вставляет в прорезь кредитную карту. При входе в состояние Активен выполняется действие readCard (прочитатьКарту). Начав с исходного состояния внутреннего автомата, управление переходит в состояние Проверка, затем - в Выбор, и, наконец, в состояние Обработка. После выхода из состояния Обработка управление может вернуться в Выбор (если пользователь избрал другую транзакцию) или попасть в Печать. Из состояния Печать предусмотрен нетриггерный переход назад в Ожидание. Обратите внимание, что у состояния Активен есть действие при выходе, которое обеспечивает выбрасывание кредитной карты (ejectCard).

Обратите внимание также на переход из состояния Активен в состояние Ожидание, инициируемый событием cancel. В любом подсостояний состояния Активен пользователь может отменить транзакцию, что вернет банкомат в состояние Ожидание (но лишь после возврата кредитной карты владельцу, то есть после выполнения действия при выходе из состояния Активен, что произойдет вне зависимости от того, чем вызван переход из этого состояния).

Если бы подсостояний не было, то пришлось бы вводить переход, инициируемый событием cancel из каждого состояния вложенного автомата.

Такие подсостояния, как Проверка и Обработка, называются последовательными или непересекающимися. Если в объемлющем составном состоянии имеется несколько непересекающихся подсостояний, то говорят, что объект одновременно находится в составном состоянии и ровно в одном из подсостояний.

Таким образом, последовательные подсостояния разбивают множество вариантов составного состояния на непересекающиеся (дизъюнктные) части.

Переход из состояния, находящегося вне объемлющего составного состояния, может вести как в само это составное состояние, так и в любое из его подсостояний. Если целевое состояние является составным, то вложенный автомат должен иметь некоторое начальное состояние, куда управление попадает при входе в составное состояние после выполнения ассоциированного с ним действия при входе (если таковое определено). Если же целевым является одно из вложенных состояний, то управление попадает в него, но после выполнения действий при входе в объемлющее составное состояние и в подсостояние (если таковые определены).

Для перехода, исходящего из составного состояния, исходным может быть как оно само, так и какое-либо из его подсостояний. В любом случае управление сначала покидает вложенное подсостояние (тогда выполняется его действие при выходе, если оно определено), а затем составное состояние (тогда также выполняется действие при выходе). Переход, для которого исходным является составное состояние, по существу прерывает работу вложенного автомата.

При моделировании жизненного цикла объекта особое внимание уделяется специфицированию следующих элементов: событий, на которые объект должен реагировать, реакций на такие события, а также влияния прошлого на поведение в текущий момент. Кроме того, необходимо решить, в каком порядке объект будет осмысленно реагировать на события, начиная с момента его создания и вплоть до уничтожения.

При моделировании жизненного цикла объекта можно придерживаться следующих рекомендаций:

1. Выберите контекст для автомата, будь то класс, прецедент или система в целом, при этом:

o если контекстом является класс или прецедент, идентифицируйте соседние классы, включая предков, а также все классы, доступные из данного с помощью зависимостей или ассоциаций (такие соседи - кандидаты на роль целей для действий или на включение в сторожевые условия);

o если контекстом является система в целом, то следует сосредоточиться на какой-либо одной стороне ее поведения (теоретически каждый объект в системе может принимать участие в модели ее жизненного цикла, но за исключением простейших случаев такую полную модель практически невозможно воспринять).

2. Установите для объекта начальное и конечное состояния. Если предполагается его использование в остальной части модели, возможно, стоит сформулировать пред- и постусловия для начального и конечного состояний.

3. Решите, на какие события объект может реагировать. Если интерфейсы объекта уже специфицированы, то в них и содержится описание таких событий; в противном случае необходимо рассмотреть, какие объекты могут взаимодействовать с объектом в данном контексте и какие события они могут посылать.

4. Изобразите все состояния верхнего уровня, от начального до конечного, в которых может находиться объект. Соедините эти состояния переходами, инициируемыми теми или иными событиями, а затем свяжите с этими переходами действия.

5. Идентифицируйте все действия при входе и выходе (особенно если обнаружится, что выражаемая с их помощью идиома используется в автомате).

6. Если это необходимо, разверните выявленные к этому моменту состояния, применяя аппарат подсостояний.

7. Убедитесь, что все события, встречающиеся в автомате, соответствуют тем, которые ожидает интерфейс объекта. Следует убедиться также в том, что все события, ожидаемые интерфейсом объекта, нашли отражение в автомате. Наконец, нужно выявить те места, где имеет смысл игнорировать события.

8. Убедитесь, что все действия, упомянутые в автомате, поддержаны отношениями, методами и операциями объемлющего объекта.

9. Следуя переходам автомата вручную или с помощью инструментальных средств, проверьте ожидаемые последовательности событий и реакций на них. Особое внимание нужно обратить на недостижимые состояния и состояния, в которых автомат может "застрять" (то есть тупиковые).

10. Изменив по результатам проверки структуру автомата, снова проверьте его на ожидаемые последовательности событий, чтобы убедиться, что семантика объекта не изменилась.