Конечные автоматы

С помощью конечных автоматов отображается поведение единой логической конструкции, определяющей последовательность ее преобразований в качестве ответов на внутренние и внешние события в течение ее линии жизни. Такой единой логической конструкцией может быть система, прецедент или объект. Конечные автоматы используются для моделирования поведения одного элемента. Элемент может реагировать на такие события, как процедуры, функции, операции и сигналы. Элемент мо-жет также отвечать на факт истечения времени. Когда происходит подобное событие, элемент реагирует на него определенным видом деятельности или путем выполнения некоторого действия, которое приводит к изменению состояния этого элемента или созданию некоторого артефакта. Выполняемое в этом случае действие должно зависеть от текущего состояния элемента. Под состоянием понимается ситуация, которая создается в результате выполнения элементом некоторого действия или его ответа на некоторое событие в течение его линии жизни.

Конечный автомат можно представить в виде таблицы или ориентированного графа, именуемого диаграммой состояний. На рис. 10.14 изображена UML-диаграмма состояний для конечного автомата некоторого процесса. На этом рисунке показаны состояния, через которые проходит процесс в период своей активности. Рассматриваемый процесс может иметь в системе четыре состояния: готовности, выполнения, ожидания и останова. К наступлению этих четырех состояний процесса могут привести 8 событий. Три из них происходят только при выполнении определенного условия. Событие блокирования происходит только в том случае, если процесс запрашивает операцию ввода-вывода или ожидает наступления некоторого события. Событие блокирования инициирует переход процесса из состояния выполнения («бодрствования») в состояние ожидания («сна»). «Пробуждение» процесса происходит или из-за события пробуждения или в результате завершения операции ввода-вывода. Событие пробуждения заставляет процесс перейти из состояния ожидания (исходно г о состояния) в состояние г отовности (целевое состояние). Событие выхода происходит только в случае, если процесс выполнит все свои инструкции. Событие выхода заставляет процесс перейти из состояния выполнения в состояние ожидания. Остальные события относятся к категории внешних и не подвластны процессу. Они возникают по некоторым внешним причинам, вынуждающим процесс перейти из некоторого исходного в некоторое целевое состояние.

Диаграммы состояний используются для моделирования динамических аспектов объекта, прецедента или системы. Диаграммы последовательностей, видов деятельности, сотрудничества и (добавленнал) диаграмма состояний используются для моделирования поведения системы (или объекта) в период ее (его) активности. Структур-нал часть диаграммы сотрудничества и диаграмма классов позволяют смоделировать структурную организацию объекта или системы. Диаграммы состояний прекрасно подходят для описания поведения объекта вне зависимости от конкретного прецедента. Их следует использовать не для описания поведения нескольких взаимодействующих или сотрудничающих объектов, а для описания поведения объекта, системы или прецедента, который претерпевает ряд преобразований, причем именно в случае, когда одно преобразование может быть вызвано несколькими событиями. Речь идет о таких логических конструкциях, которые весьма активно реагируют на внутренние или внешние события.

10.2. Отображение параллельного поведения 367

В диаграмме состояний узлы представляют состояния, а ребра— переходы. Состояния обозначаются прямоугольниками с закругленными углами, внутри которых записываются названия состояний. Переходы изображаются линиями с двухребер-ными стрелками, связывающими исходное и целевое состояния, причем острие стрелки должно указывать на целевое состояние. Существуют также начальное и конечное состояния. Начальное состояние представляет собой начало работы конечного автомата. Оно обозначается черной точкой с ребром перехода к первому состоянию автомата. Конечное состояние, означающее, что система, прецедент или объект достигли конца своей линии жизни, отображается черной точкой, встроенной в окружность.

Состояние имеет несколько частей (они перечислены в табл. 10.5). Состояние можно представить простым отображением его названия в центре соответствующей вершины диаграммы состояний (прямоугольника с закруглёнными углами). Если внутри этого прямоугольника необходимо отобразить также некоторые действия, то для названия состояния должен быть выделен отдельный раздел в верхней части прямоугольника. Действия перечисляются под этим разделом и должны иметь сле-лующий формат отображения:

метка [Условие] / действие или деятельность

Расс м отри м при м ер: do / validate(data)

Здесь do — это метка, которая используется для обозначения выполнения указанного действия до тех пор, пока объект находится в данном состоянии. Имя validate(data) — это имя вызываемой функции, а data — имя аргумента, с которым она вызывается. Если действие состоит в обращении к функции или метолу, то аргументы желательно указывать.

Таблица 10.5. Состав н ые час т и сос т оя н ия

Название Уникальное имя состояния, которое от л ичает е г о от других состо я ний; состояние может не иметь имени

Действия входа-выхода Действия, выполняемые при входе в состояние (состояние входа) или при выходе из него (состояние выхода)

Подсостояния Вложенные состояния; подсостояния — это составные части состояния, которые могут бытьактивизированы последовательно или параллельно. Составное состояние, или суперсостояние, — это состояние, которое содержит подсостояния

Внутренние переходы Переходы, которые совершаются внутри состояния, не вызывал при этом изменения состояния

Самопереходы Переходы, которые совершаются внутри состояния, не вызывая изменения состояния, но приводящие к выполнению входного, а затем выходного действия

Отсроченные события Список событий, которые происходят, пока объект находится вданном состоянии, но помещаются в очередь и обрабатываются, когда объект пребывает уже в другом состоянии

Условие — это условное выражение, которое приводится к значению ЛОЖЬ или ИСТИНА. Если условие дает значение ИСТИНА, выполняется действие или осуществляется деятельность, напри м ер: exit [data valid] / send(data)

Действие выхода (exit) send(data) защищено выражением data valid, которое при вычислении может дать ложное или истинное значение. Если при выходе из данного состояния это выражение даст значение ИСТИНА., то будет вызвана функция send(data). Использование выражения защиты необязательно.

Переходы из одного состояния (объекта, системы или прецедента) в другое происходят при наступлении событий. Существует два вида переходов, которые мотут осуществляться без изменения состояния (объекта, системы или прецедента) — это внутренние и самопереходы.

Самопереход и м еет м есто, когда возникновение конкретного события вынуждает объект выйти из текущего состояния. При выходе из него объект выполняет действие выхода (если таковое прелусмотрено), а затем — действие, связанное с самопереходом (если таковое прелусмотрено). Затем объект снова входит в прежнее состояние, выполняя при этом действие входа (если таковое прелусмотрено). При внутренних переходах объект вовсе не выходит из теку щ е г о состояния и, следовательно, никаких действий (ни входного, ни выходного) не выполняет. На рис. 10.15 показана общая структура состояния, включающая действия входа и выхода, осуществляемую деятельность, а также внутренние и самопереходы. Самопереход обозначается линией, направленной назад к тому же состоянию.

Переход между разными состояниями означает, что между ними существует некоторое отношение. В то время, как объект находится в одном (исходном) состоянии, может произойти некоторое событие или могут создаться определенные условия, которые заставят этот объект перейти в другое (целевое) состояние. Таким образом, переход объекта из состояния в состояние инициируется событием. Один переход может иметь несколько параллельно существующих исходных состояний. В этом случае они соединяются перед осуществлением перехода. Один переход также может иметь несколько параллельно существующих целевых состояний, и тогда имеет место разветвление. Составные части перехода перечислены в табл. 10.6. Переход изобра-кается линией, направленной от исходного состояния к целевому. Имя инициатора события отображается рядом с переходом. Подобно действиям и видам деятельности, события также могут быть защищены. Переход может быть безусловным, а это значит, что для его осуществления не требуется никакого специального события. При выходе из исходного состояния объект немедленно переходит в целевое состояние.

Таблица 10.6. Составные части перехода

Исходное состояние Первоначальное состояние объекта; при осуществлении перехода объект выходит из исходного состояния

Целевое состояние Состояние, в которое объект входит после осуществления перехода

Событийный инициатор Событие, которое инициирует осуществление перехода. Переход может быть безусловным (т.е. не иметь инициатора), в эгом случае переход происходит сразу же после того, как объект завершит все свои действия (видыдеятельности) в исходном состоянии

Защитное условие Булево выражение, связанное с событийным инициатором, которое обеспечивает осуществление перехода только в случае, если при вычислении дает значение ИСТИНА

Действие Действие, выполняемое объектом при осуществлении перехода; оно может быть связано с событийным инициатором и/или защитным условием