10. Составные и исторические состояния в диаграмме состояний. Сложные переходы. Примеры.

 

Моделирование сложных объектов и систем, как правило, связано с многоуровневым представлением их состояний. В этом случае возникает необходимость детализировать отдельные состояния, сделав их составными.

Составное состояние (composite state) - сложное состояние, которое состоит из других вложенных в него состояний.

Составное состояние называют также состоянием-композитом. Вложенные состояния выступают по отношению к составному состоянию как подсостояния (substate). И хотя между ними имеет место отношение композиции, графически все вершины диаграммы, которые соответствуют вложенным состояниям, изображаются внутри символа составного состояния. В этом случае размеры графического символа составного состояния увеличиваются, так чтобы вместить в себя все подсостояния.

Составное состояние может содержать или несколько последовательных подсостояний, или несколько параллельных конечных подавтоматов. Каждое состояние-композит может уточняться только одним из указанных способов. При этом любое из подсостояний, в свою очередь, может быть состоянием-композитом и содержать внутри себя другие вложенные подсостояния. Количество уровней вложенности составных состояний в языке UML не фиксировано.

Последовательные подсостояния (sequential substates) - вложенные состояния состояния-композита, в рамках которого в каждый момент времени объект может находиться в одном и только одном подсостоянии. Поведение объекта в этом случае представляет собой последовательную смену подсостояний, от начального до конечного.

 

Исторические состояния

 

Обычный конечный автомат не позволяет учитывать предысторию в процессе моделирования поведения систем и объектов. Однако функционирование ряда систем основано на возможности выхода из отдельного состояния-композита с последующим возвращением в это же состояние. Может оказаться необходимым учесть ту часть деятельности, которая была выполнена на момент выхода из этого состояния-композита, чтобы не начинать ее выполнение сначала. Для этой цели в языке UML существует историческое состояние.

Историческое состояние (history state) - псевдосостояние, используемое для запоминания того из последовательных подсостояний, которое было текущим в момент выхода из составного состояния.

Историческое состояние применяется только в контексте составного состояния. При этом существует две разновидности исторического состояния: неглубокое или недавнее и глубокое или давнее (рис. 10.5).

Рис. 10.5.  Графическое изображение недавнего (а) и давнего (б) исторического состояния

 

В отдельных случаях возникает необходимость явно показать ситуацию, когда переход может иметь несколько исходных состояний или целевых состояний. Такой переход получил название - параллельный переход. Введение в рассмотрение параллельных переходов может быть обусловлено необходимостью синхронизировать и/или разделить отдельные процессы управления на параллельные нити без спецификации дополнительной синхронизации в параллельных конечных подавтоматах.

Графически такой переход изображается вертикальной черточкой, аналогично обозначению перехода в известном формализме сетей Петри. Если параллельный переход имеет две или более исходящих из него дуг (рис. 10.6, а), то его называют разделением (fork). Если же он имеет две или более входящие дуги (рис. 10.6, б), то его называют слиянием (join). Текстовая строка спецификации параллельного перехода записывается рядом с черточкой и относится ко всем входящим или исходящим дугам.

Рис. 10.6.  Графическое изображение перехода-разделения в параллельные подсостояния (а) и перехода-слияния из параллельных подсостояний (б)

Срабатывание параллельного перехода происходит следующим образом. В первом случае происходит разделение составного конечного автомата на два конечных подавтомата, образующих параллельные ветви вложенных подпроцессов. При этом после срабатывания перехода-разделения моделируемая система или объект одновременно будет находиться во всех целевых подсостояниях этого параллельного перехода (подсостояния 1 и 2). Далее процесс изменения состояний будет протекать согласно ранее рассмотренным правилам для составных состояний.

Во втором случае переход-слияние срабатывает, если имеет место событие-триггер для всех исходных состояний этого перехода, и выполнено (при его наличии) сторожевое условие. При срабатывании перехода-слияния одновременно покидаются все исходные подсостояния перехода (подсостояния 3 и 4) и происходит переход в целевое состояние. При этом каждое из исходных подсостояний перехода должно принадлежать отдельному конечному подавтомату, входящему в составной конечный автомат (процессу Б).

Переход, стрелка которого соединена с границей составного состояния, обозначает переход в это составное состояние (переход a на рис. 10.7). Он эквивалентен переходу в начальное состояние каждого из конечных подавтоматов (единственному на рис. 10.7), входящих в состав данного состояния-композита. Переход f, выходящий из составного состояния (рис. 10.7), относится к каждому из вложенных состояний. Это означает, что моделируемая система или объект при наступления события f может покинуть данное составное состояние, находясь в любом из его вложенных состояний В и Г.

Рис. 10.7.  Различные варианты переходов в составное состояние и из составного состояния

Иногда желательно реализовать ситуацию, когда выход из отдельного вложенного состояния соответствовал бы также выходу из составного состояния. В этом случае изображают переход, который непосредственно выходит из вложенного состояния и пересекает границу состояния-композита (переход c на рис. 10.7). Аналогично, допускается изображение переходов, входящих извне состояния-композита в отдельное вложенное состояние (переход b на рис. 10.7).

Переход d является внутренним для рассматриваемого состояния-композита и никак не влияет на выход из состояния-композита. Выход из данного составного состояния также возможен при наступлении события e, которое приводит в его конечное состояние, а из него - в состояние Е, находящееся вне данного состояния-композита.

В общем случае поведение параллельных конечных подавтоматов происходит независимо друг от друга, что позволяет, например, моделировать многозадачность в программных системах. Однако в отдельных ситуациях может возникнуть необходимость учесть в модели синхронизацию наступления отдельных событий и срабатывание соответствующих переходов. Для этой цели в языке UML имеется псевдосостояние, которое называется синхронизирующим состоянием или состоянием синхронизации.

Состояние синхронизации (synch state) - псевдосостояние в конечном автомате, которое используется для синхронизации параллельных областей конечного автомата.

Синхронизирующее состояние обозначается небольшой окружностью, внутри которой помещен символ звездочки "*". Оно используется совместно с переходом-слиянием или переходом-разделением для того, чтобы явно указать события в других конечных подавтоматах, оказывающие непосредственное влияние на поведение данного подавтомата.

Так, например, при включении компьютера с некоторой сетевой операционной системой параллельно начинается выполнение нескольких процессов. В частности, происходит проверка пароля пользователя и запуск различных служб. При этом работа пользователя на компьютере станет возможной только в случае успешной его аутентификации, в противном случае компьютер может быть выключен. Рассмотренные особенности синхронизации этих параллельных процессов учтены на соответствующей диаграмме состояний с помощью синхронизирующего состояния (рис. 10.8).

Рис. 10.8.  Диаграмма состояний для примера включения компьютера