Дополнительные понятия
Элементы диаграмм состояний и переходов, которые мы только что описали, недостаточны для многих случаев сложных систем. По этой причине мы расширим наши обозначения, включив семантику карт состояний, предложенную Харелом.
Рис. 5-21. Действия, условные переходы и вложенные состояния.
Действия, ассоциированные с состояниями и условные переходы. Как показано на рис. 5-18, с состояниями могут быть ассоциированы действия. В частности, можно назначить выполнение некоторого действия на входе или выходе из состояния, при этом используется синтаксис следующих примеров:
entry start Alarm - запуск процедуры при входе в состояние
exit shutDown() - вызов операции при выходе из состояния.
Как и для переходов, можно назначить любое действие после ключевых слов entry и exit(вход и выход).
Деятельность можно ассоциировать с состоянием, используя синтаксис следующего примера:
do Cooling - в данном состоянии заниматься этой деятельностью.
Этот синтаксис служит сокращенной записью явных указаний: "Начать деятельность при входе в состояние и окончить при выходе из него".
На рис. 5-21 мы видим пример использования этих обозначений. При входе в состояние Heating (нагревание) вызывается операция Heater::startUp(), а при выходе - операция Heater::shutDown(), то есть происходит запуск и остановка нагревания. При входе и выходе из состояния Failure (сбой), соответственно вызывается и прекращается сигнал тревоги (Alarm).
Рассмотрим также переход из состояния Idle в состояние Heating. Он совершается, если температура понизилась, но только в случае, если прошло больше пяти минут после того, как последний раз был выключен нагреватель. Это пример условного (или защищенного) перехода; условие представляется логическим выражением в скобках.
Вообще, каждый переход может быть ассоциирован либо с событием, либо с событием и условием. Допускаются и "переходы без события". В этом случае переход совершается сразу после завершения действия, связанного с состоянием, причем выполняется и действие, связанное с выходом из этого состояния.
Если переход условный, он состоится только в случае, если условие выполнено.
Имеет значение порядок выполнения условного перехода. Пусть имеется состояние S, из которого при событии E совершается переход T с условием C и действием A. Переход T осуществляется в такой последовательности:
Происходит событие E.
Проверяется условие C.
Если C удовлетворено, то выполняется переход T и действие A.
Это означает, что если условие C не выполнено, то переход не может быть осуществлен до тех пор, пока событие E не произойдет еще раз и условие C не будет проверено еще раз. Побочные эффекты при вычислении условия или выполнении действия, назначенного на выход, не могут отменить переход. Например, предположим, что произошло событие E, условие C выполнилось, но действие A, выполняемое при выходе из состояния S, изменило ситуацию так, что условие C перестало выполняться: переход T все равно состоялся.
Мы можем использовать еще и следующий синтаксис:
in Cooling - выражение для текущего состояния.
Здесь используется имя состояния (которое может быть квалифицированным). Выражение истинно тогда и только тогда, когда система находится в указанном состоянии. Такие условия особенно полезны, когда некоторому внешнему состоянию нужно запустить переход по условию, связанному с некоторым вложенным состоянием.
Можно использовать в условии и выражение, налагающее ограничения по времени:
timeout (Heating, 30) - выражение ограничения по времени.
Это условие выполняется, если система более 30 секунд находилась в состоянии Heating и остается в нем в момент проверки. Этот тип условия употребляется в системах реального времени для "переходов без события", так как защищает систему от зависания на долгое время в одном состоянии. Это выражение можно использовать для указания нижней границы времени нахождения в данном состоянии. Если приложить временное ограничение к каждому переходу с событием, выводящим из данного состояния, это будет равнозначно требованию, что система находится в каждом состоянии как минимум время, указанное в ограничении [Харел предложил "обобщенную завитушку" для обозначения двухсторонних границ по времени, но мы не будем обсуждать здесь его обобщения, так как условия исчерпания времени достаточно выразительны].
Что случится, если некое событие произойдет, а перейти в другое состояние нельзя либо потому, что не существует перехода для данного события, либо не выполняется условие перехода? По умолчанию это надо считать ошибкой: игнорирование событий обычно является признаком неполного анализа задачи. Вообще, для каждого состояния нужно документировать события, которые оно намеренно игнорирует.
Вложенные состояния. Возможность вложения состояний друг в друга придает глубину диаграммам переходов; эта ключевая особенность карт состояний Харела предотвращает комбинаторный взрыв в структуре состояний и переходов, который часто случается в сложных системах.
На рис. 5-21 показаны внутренние детали состояния Cooling, то есть вложенные в него состояния; для простоты мы опустили все его действия, включая действия при входе и выходе.
Объемлющие состояния, такие, как Cooling, называются суперсостояниями, а вложенные, такие, как Running, - подсостояниями. Вложенность может достигать любой глубины, то есть подсостояние может быть суперсостоянием для вложенных состояний более низкого уровня. Данное суперсостояние Cooling содержит три подсостояния. Семантика вложенности подразумевает отношение xor (исключающее или) для вложенных состояний: если система находится в состоянии Cooling (охлаждение), то она находится ровно в одном из подсостояний Startup (начальное), Ready (готовность) или Running (выполнение).
Чтобы проще ориентироваться в диаграмме переходов с вложенными состоя-ниями мы можем увеличить или уменьшить ее масштаб относительно выбранного состояния. При уменьшении вложенные состояния исчезают, а при увеличении проявляются. Переходы в скрытые на диаграмме подсостояния и выходы из них показываются стрелкой с черточкой, как переход в состояние Ready на рисунке [Если быть точными, то переходы Too hot и Ok относительно состояния Cooling также должны быть показаны на рис. 5-21 с черточкой, так как это переходы между подсостояниями].
Переходам между состояниями разрешено начинаться и кончаться на любом уровне.
Рассмотрим различные формы переходов:
Переход между одноуровневыми состояниями (такой, как из Failure в Idle или из Ready в Running) - простейшая форма перехода; его семантика описана в предыдущем разделе.
Можно совершить переход непосредственно в подсостояние (как из Idle
в Startup), или непосредственно из подсостояния (как из Running
в Idle), или одновременно и то, и другое.
Указание перехода из суперсостояния (как из Cooling в Failure через событие Failure) означает, что он осуществляется из каждого подсостояния этого суперсостояния. Такой переход пронизывает все уровни до переопределения. Это упрощает диаграмму за счет удаления банальных переходов, общих для всех подсостояний.
Указание перехода в состояние с вложенными подсостояниями (например, предыдущий переход в состояние Failure) подразумевает переход к его начальному подсостоянию (по умолчанию).
История. Иногда, возвращаясь к суперсостоянию, мы хотели бы попасть в то его подсостояние, где мы были последний раз. Эту семантику мы будем изображать значком истории (буква H (History) внутри кружка, размещенного где-нибудь внутри значка суперсостояния). Например, на рис. 5-22 мы видим развернутое изображение состояния Failure. В самый первый раз, когда наша система переходит в него, она принимает начальное состояние по умолчанию Create log (создать журнал); что обозначено непомеченным переходом из закрашенного кружка внутри объемлющего состояния; когда журнал (log) создан, система переходит в состояние Log ready. После того, как сообщение о сбое занесено в журнал, мы возвращаемся обратно. Когда мы попадем в состояние Failure в следующий раз, нам не нужно будет опять создавать журнал, и мы перейдем прямо к Log ready, так как когда мы в последний раз выходили из состояния Failure, система находилась именно в этом подсостоянии.
Рис. 5-22. История событий.
Действие "истории" распространяется только на тот уровень, на котором она указана. Если мы хотим распространить ее действие на все нижние подуровни, то мы обозначим это, пририсовав к ее значку звездочку.Можно получить промежуточный результат, пририсовав значок истории только к отдельным подсостояниям.