- •Часть 1. Введение в процесс моделирования 13
- •Глава 1. Зачем мы моделируем 13
- •Глава 2. Введение в язык uml 21
- •Часть 1. Введение в процесс моделирования Глава 1. Зачем мы моделируем
- •Значение моделирования
- •Принципы моделирования
- •Объектное моделирование
- •Глава 2. Введение в язык uml
- •Обзор uml
- •Где используется uml
- •Концептуальная модель uml
- •Строительные блоки uml
- •Правила языка uml
- •Общие механизмы языка uml
- •Архитектура
- •Жизненный цикл разработки по
- •Глава 3. Здравствуй, мир !
- •Ключевые абстракции
- •Механизмы
- •Компоненты
- •Часть II. Основы структурного моделирования Глава 4. Классы
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Атрибуты
- •Операции
- •Организация атрибутов и операций
- •Обязанности
- •Другие свойства
- •Типичные приемы моделирования Словарь системы
- •Распределение обязанностей в системе
- •Непрограммные сущности
- •Примитивные типы
- •Глава 5. Отношения
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Зависимости
- •Обобщения
- •Ассоциации
- •Другие свойства
- •Типичные приемы моделирования Простые зависимости
- •Одиночное наследование
- •Структурные отношения
- •Глава 6. Общие механизмы
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Примечания
- •Другие дополнения
- •Стереотипы
- •Помеченные значения
- •Ограничения
- •Стандартные элементы
- •Типичные приемы моделирования Комментарии
- •Новые строительные блоки
- •Новые свойства
- •Новая семантика
- •Глава 7. Диаграммы
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Структурные диаграммы
- •Диаграммы поведения
- •Типичные приемы моделирования
- •Различные уровни абстракции
- •Сложные представления
- •Глава 8. Диаграммы классов
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Содержание
- •Типичные примеры применения
- •Типичные приемы моделирования Простые кооперации
- •Логическая схема базы данных
- •Прямое и обратное проектирование
- •Часть III. Изучение структурного моделирования Глава 9. Углубленное изучение классов
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Классификаторы
- •Видимость
- •Область действия
- •Абстрактные, корневые, листовые и полиморфные элементы
- •Кратность
- •Атрибуты
- •Операции
- •Шаблоны классов
- •Стандартные элементы
- •Типичные приемы моделирования Семантика класса
- •Глава 10. Углубленное изучение отношений
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Зависимости
- •Обобщения
- •Ассоциации
- •Реализация
- •Типичные приемы моделирования Сети отношений
- •Глава 11. Интерфейсы, типы и роли
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Операции
- •Отношения
- •Как разобраться в интерфейсе
- •Типы и роли
- •Типичные приемы моделирования Стыковочные узлы системы
- •Статические и динамические типы
- •Глава 12. Пакеты
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Элементы, принадлежащие пакету
- •Видимость
- •Импорт и экспорт
- •Обобщения
- •Стандартные элементы
- •Типичные приемы моделирования Группы элементов
- •Архитектурные виды
- •Глава 13. Экземпляры
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Абстракции и экземпляры
- •Операции
- •Состояние
- •Другие особенности
- •Стандартные элементы
- •Типичные приемы моделирования Конкретные экземпляры
- •Экземпляры-прототипы
- •Глава 14. Диаграммы объектов
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Содержание
- •Типичные примеры применения
- •Типичные приемы моделирования Объектные структуры
- •Прямое и обратное проектирование
- •Часть IV. Основы моделирования поведения Глава 15. Взаимодействия
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Контекст
- •Объекты и роли
- •Сообщения
- •Последовательности
- •Представление
- •Типичные приемы моделирования Поток управления
- •Глава 16. Прецеденты
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Прецеденты и актеры
- •Прецеденты и поток событий
- •Прецеденты и сценарии
- •Прецеденты и кооперации
- •Организация прецедентов
- •Другие возможности
- •Типичные приемы моделирования Поведение элемента
- •Глава 17. Диаграммы прецедентов
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Содержание
- •Типичные примеры применения
- •Типичные приемы моделирования Контекст системы
- •Требования к системе
- •Прямое и обратное проектирование
- •Глава 18. Диаграммы взаимодействий
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Содержание
- •Диаграммы последовательностей
- •Диаграммы кооперации
- •Семантическая эквивалентность
- •Типичные примеры применения
- •Типичные приемы моделирования Потоки управления во времени
- •Структура потоков управления
- •Прямое и обратное проектирование
- •Глава 19. Диаграммы деятельности
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Наполнение
- •Состояния действия и состояния деятельности
- •Переходы
- •Ветвление
- •Разделение и слияние
- •Дорожки
- •Траектория объекта
- •Типичные примеры применения
- •Типичные приемы моделирования Рабочий процесс
- •Операция
- •Прямое и обратное проектирование
- •Часть V. Более сложные аспекты поведения Глава 20. События и сигналы
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Виды событий
- •Сигналы
- •События вызова
- •События времени и изменения
- •Посылка и получение событий
- •Типичные приемы моделирования Семейства сигналов
- •Исключения
- •Глава 21. Автоматы
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Контекст
- •Состояния
- •Переходы
- •Более сложные аспекты состояний и переходов
- •Подсостояния
- •Типичные приемы моделирования Жизненный цикл объекта
- •Глава 22. Процессы и нити
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Поток управления
- •Классы и события
- •Стандартные элементы
- •Коммуникация
- •Синхронизация
- •Представления с точки зрения процессов
- •Типичные приемы моделирования Несколько потоков управления
- •Межпроцессная коммуникация
- •Глава 23. Время и пространство
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Местоположение
- •Типичные приемы моделирования Временные ограничения
- •Распределение объектов
- •Мигрирующие объекты
- •Глава 24. Диаграммы состояний
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Содержание
- •Типичные примеры использования
- •Типичные приемы моделирования Реактивные объекты
- •Прямое и обратное проектирование
- •Часть VI. Архитектурное моделирование Глава 25. Компоненты
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Компоненты и классы
- •Компоненты и интерфейсы
- •Заменяемость двоичного кода
- •Виды компонентов
- •Организация компонентов
- •Стандартные элементы
- •Типичные приемы моделирования Исполняемые программы и библиотеки
- •Интерфейс прикладного программирования
- •Исходный код
- •Глава 26. Развертывание
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Узлы и компоненты
- •Организация узлов
- •Соединения
- •Типичные приемы моделирования Процессоры и устройства
- •Распределение компонентов
- •Глава 27. Кооперации
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Структуры
- •Поведение
- •Организация коопераций
- •Типичные приемы моделирования Реализация прецедента
- •Реализация операции
- •Механизм
- •Глава 28. Образцы и каркасы
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Образцы и архитектура
- •Механизмы
- •Каркасы
- •Типичные приемы моделирования Образцы проектирования
- •Архитектурные образцы
- •Глава 29. Диаграммы компонентов
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Содержание
- •Типичные примеры применения
- •Типичные приемы моделирования Исходный код
- •Исполняемая версия
- •Физическая база данных
- •Адаптивные системы
- •Прямое и обратное проектирование
- •Глава 30. Диаграммы развертывания
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Общие свойства
- •Содержание
- •Типичное применение
- •Типичные приемы моделирования Встроенная система
- •Клиент-серверная система
- •Полностью распределенная система
- •Прямое и обратное проектирование
- •Глава 31. Системы и модели
- •Введение
- •Термины и понятия
- •Системы и подсистемы
- •Модели и представления
- •Трассировка
- •Типичные приемы моделирования Архитектура системы
- •Системы систем
- •Часть VII. Подведем итоги Глава 32. Применение uml
- •Переход к uml
- •Рекомендуемая литература
- •Диаграммы
- •Приложение в Стандартные элементы uivil
- •Стереотипы
- •Помеченные значения
- •Ограничения
- •Приложение с. Рациональный Унифицированный Процесс
- •Характеристики процесса
- •Фазы и итерации
- •Итерации
- •Циклы разработки
- •Рабочие процессы
- •Артефакты
- •Другие артефакты
- •Глоссарий
Подсостояния
Рассмотренные выше свойства состояний и переходов решают целый ряд типичных проблем моделирования автоматов. Но у автоматов, рассматриваемых в UML, есть свойство, которое позволяет еще больше упростить моделирование сложного поведения. Это 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. Оно 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. (Вложенная структура составного состояния подобна композиции -см. главы 5 и 10.)
Последовательные подсостояния. Рассмотрим задачу моделирования банкомата. Система может находиться в одном из трех основных состояний: Ожидание (действий со стороны пользователя), Активен (выполняет транзакцию, запрошенную пользователем) или 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 транзакции, 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. 21.5. Здесь 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 опять-таки 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.
Примечание Вложенный последовательный автомат может иметь не более одного начального и не более одного конечного состояния.
Исторические состояния. Автомат описывает динамические аспекты объекта, текущее поведение которого зависит от его прошлого. По сути дела, автомат специфицирует корректный порядок состояний, через которые объект может проходить на протяжении своего жизненного цикла.
Если явно не оговорено противное, то в случае, когда переход ведет в составное состояние, действие вложенного автомата начинается с его начального состояния (если, конечно, переход не ведет сразу в какое-то из подсостояний). Но часто возникает необходимость промоделировать объект так, чтобы он помнил то последнее подсостояние, в котором он находился перед выходом из составного состояния. Например, при моделировании агента, выполняющего автоматическое Резервное копирование компьютеров в сети, хотелось бы помнить, в какой точке находился процесс, когда он был прерван, скажем, запросом оператора.
Смоделировать такую ситуацию с помощью простых автоматов можно, хотя и не просто. Для этого требуется, чтобы у каждого последовательного подсостояния его действие при выходе записывало некоторое значение в переменную, локальную для объемлющего составного состояния. Начальное же подсостояние для данного составного состояния должно иметь переходы во все остальные состояния со сторожевыми условиями, в которых проверяется эта переменная. При таком под. ходе выход из составного состояния сопровождался бы запоминанием последнего подсостояния, а вход приводил бы к следованию вдоль перехода в запомненное под. состояние. Этот процесс чреват ошибками, поскольку приходится задавать нужные действия при выходе для всех подсостояний. В результате получается множество переходов, веером расходящихся из одного начального состояния в разные целевые подсостояния и имеющих схожие (но не идентичные) сторожевые условия.
В UML для моделирования такой идиомы применяется более простой механизм - исторические состояния (History states). Историческое состояние позволяет составному состоянию, содержащему последовательные подсостояния, запоминать, какое из подсостояний было текущим в момент выхода из составного состояния. На рис. 21.6 недавнее (shallow) историческое состояние представлено в виде небольшого кружочка с символом Н.
Переход, необходимый для активации последнего подсостояния, показывают как ведущий извне составного состояния прямо в историческое состояние. При первом входе в составное состояние истории еще нет. В этом заключается смысл одиночного перехода из исторического состояния в одно из последовательных подсостояний, например в Сбор. Целевое для этого перехода состояние - это не что иное, как начальное состояние вложенного автомата при первом входе в него. Предположим далее, что событие запрос поступило, когда агент находился в состоянии РезервноеКопирование и подсостояний Копирование. При этом управление покидает оба этих состояния (возможно, после выполнения действий при выходе) и возвращается в состояние Команда. Когда завершается действие в состоянии Команда, нетриггерный переход возвращает агента в историческое состояние составного состояния РезервноеКопирование. На этот раз, поскольку у вложенного автомата уже есть история, управление попадает в состояние Копирование -обходя состояние Сбор, так как Копирование было последним активным подсостоянием перед выходом из состояния РезервноеКопирование.
Примечание Символом Н обозначается недавняя история, в которой запоминается предшествующее состояние только самого внешнего из вложенных автоматов. Можно определить и давнюю (deep) историю, которая изображается кружочком с символом Н*. Давняя история способна запомнить последние состояния всех вложенных подавтоматов любого уровня вложенности. При наличии только одного уровня вложенности давняя и недавняя истории семантически эквивалентны. Если же глубина вложенности больше 1, то недавняя история помнит только самое внешнее из вложенных подсостояний, а давняя - все вложенные подсостояния любого уровня.
В любом случае, лишь только вложенный автомат доходит до конечного состояния, вся история теряется, и в дальнейшем он ведет себя так, как если бы вход в него осуществлялся в первый раз.
Параллельные подсостояния. Последовательные подсостояния встречаются наиболее часто. Но в некоторых ситуациях возникает необходимость в параллельных (Concurrent) подсостояниях. Они позволяют специфицировать два или более автомата, которые выполняются параллельно в контексте объемлющего объекта.
Применение Другим, способом моделирования параллельности являются активные объекты (см. главу 22). Так, вместо разбиения автомата одного объекта на два или более параллельных подавтомата можно было бы определить два активных объекта, каждый из которых отвечает за поведение, реализуемое одним из этих подавтоматов. Если на поведение одного из параллельных потоков управления влияет состояние другого, то предпочтение следует отдать модели с использованием параллельных подсостояний. Если же на поведение одного параллельного потока оказывают влияние сообщения, посылаемые другим потоком, то лучше воспользоваться активными обьектами. Если потоки совсем или почти совсем не взаимодействуют, то выбор подхода является делом вкуса, хотя применение активных объектов обычно позволяет создать более понятную модель.
На рис. 21.7 показано развернутое представление состояния. Обслуживается (см. рис. 21.5). Это состояние разделено на два параллельных подсостояния: Тестирование и приемКоманд, которые изображены как вложенные в состояние Обслуживается, но отделены друг от друга пунктирной линией. Каждое из этих двух параллельных подсостояний далее разделено на последовательные подсостояния (о разделении и слиянии см. главу 19). Когда управление переходит из Стояния Ожидание в состояние Обслуживается, происходит разделение на два Параллельных потока: объемлющий объект находится в состояниях Тестирование и приемКоманд. Кроме того, находясь в состоянии приемКоманд, этот объект будет либо в состоянии Жду, либо в состоянии Команда.
Примечание Именно это отличает последовательные состояния от параллельных. Если имеется два или более последовательных подсостояний одного и того же уровня вложенности, то объект может находиться только в одном из них. Если налицо два или более параллельных подсостояний одного и того же уровня вложенности, то объект будет одновременно находиться в одном из последовательных состояний каждого из них.
Выполнение двух параллельных подсостояний протекает одновременно. В конце концов каждый из вложенных параллельных подавтоматов достигнет своего конечного состояния. Если один из них «придет к финишу» раньше другого, то поток управления будет ждать. Когда и второй автомат доберется до своего конечного состояния, оба потока вновь сольются в один.
Если есть переход в составное состояние, разложенное на параллельные подсостояния, то поток управления разделяется на столько параллельных потоков, сколько имеется подсостояний. Напротив, при переходе из составного состояния, разложенного на параллельные подсостояния, потоки сливаются в один. Это справедливо во всех случаях. Если все параллельные подавтоматы достигают конечного состояния или имеется явный переход из объемлющего составного состояния, все параллельные потоки управления сливаются в один.
Примечание Вложенный параллельный автомат не имеет начального, конечного или исторического состояний. Однако последовательные подсостояния, входящие в состав параллельного, могут обладать такими свойствами.