UML狀態機圖的建模分析

摘 要 狀態機圖是統一建模語言UML中的動態模型圖，用來描述一個實體基于事件反應的動態行為。要研究某個實體或對象的單獨的行為及狀態變化，可以使用狀態機模型圖來表示。本文對狀態機圖進行了介紹，并通過實例進行狀態機圖的建模分析。

關鍵詞 狀態機;單個對象;建模

引言

在軟件系統中可能存在著大量的對象，它們需要處理各種隨機發生的事件，通過相應的動態行為來產生對事件的響應，最適合描述對象這類動態行為的建模手段就是狀態機圖。狀態機圖是UML2.0中的重要模型，是系統分析過程的常用圖，可以幫助系統開發人員更好地理解單個對象的行為。

1狀態機圖介紹

狀態機圖本質上就是一個狀態機，是展示狀態與狀態轉換的模型，在系統控制、編譯技術、機器邏輯等領域應用非常普遍。

狀態機可以看作是一個對象的局部視圖，用來精確的描述這個對象的單獨行為。一個狀態機可以依附于一個類，用來描述類的實例的狀態及狀態轉換，并對接收到的事件做出的響應[1]。狀態機也可以依附于用例、操作、協作等元素，描述它們的執行過程。使用狀態機考慮問題時，習慣將對象與外部世界分離，適合對局部、細節進行建模。

狀態機圖包含狀態機的所有特征[2]。狀態機圖主要由狀態和狀態之間的轉換組成。狀態描述了一個對象生命周期中的一個時間段，在該時間段內保持對象或系統的外在狀況和內在特性的相對穩定。轉換是兩個狀態之間的一種關系，當狀態發生這樣的轉變關系時，轉換就被激活。

狀態機圖可以展示一個對象、子系統或系統的所有狀態及其收到的消息對其狀態的影響。

2狀態機圖建模

2.1 狀態機圖建模技術

一般使用狀態機圖對系統的動態方面建模，常見的目的是為對象，尤其是類、用例和整個系統的實例的生命周期建模。狀態機可以看作是一個對象所有可能的生命歷程的模型。為對象的生命期建模時，主要描述對象響應的事件、對事件的響應以及過去對當前行為的影響。

不需要為系統中的每個對象繪制狀態機圖，只對那些狀態和行為較為復雜的對象建立狀態機模型，以便更清楚的認識這些對象的行為，準確定義它們的操作。

2.2 狀態機圖建模實例[3]

一個負責監視報警傳感器的控制器開機后先進行初始化，完成初始化后自動進入待機狀態。待機狀態下，每隔15秒會進行設備自檢。控制器接收到一個報警信號后，會響應該信號，響應時經歷生成警報、驗證警報是否真實、呼叫警報公司登記該警報、等待警報公司處理警報、警報處理完后清除警報的過程。警報清除后，控制器回到待機狀態。處于待機狀態的控制器接收到用戶指令，會處理用戶指令，處理完成后自動回到待機狀態。當控制器處理警報時接到用戶指令，控制器會中斷警報處理，進行用戶指令處理。

從控制器的生命周期過程分析，可設定控制器有四種狀態：控制器初始化Initializing狀態;等待警報或用戶指令的待機Idle狀態、處理用戶指令的Command狀態和處理警報事件的Active狀態。Active狀態因為包含一系列的警報處理過程，設計為組合狀態，包含驗證警報的Checking子狀態、呼叫警報公司登記警報的Calling子狀態、等待處理警報的Waiting子狀態。Active組合狀態有創建警報setAlarm作為入口動作和清除警報clearAlarm作為出口動作。

狀態之間存在以下轉換：第一次創建這個控制器對象時，從代表狀態機圖起始位置的初始狀態進入Initializing狀態;控制器在完成初始化后無條件的進入Idle狀態，因為不需要觸發事件，所以是完成轉換。Idle狀態中，每隔15秒自動進行的設備自檢會暫時離開當前狀態，自檢完成后再返回該狀態。這類似一個心跳定時器，每隔一段時間就檢查系統或設備的健康狀況，這種情形在嵌入式系統中很常見。在狀態機圖中設計為一個由時間事件觸發的自我轉換。控制器接收到一個報警事件alarm，設置事件參數s表示發生錯誤的傳感器，控制從Idle狀態轉換到Active狀態。Idle狀態下接收到attention信號事件也會轉換到Command狀態，處理完用戶指令后，通過完成轉換轉回Idle狀態。在Active狀態中，執行入口動作setAlarm，控制從初始狀態依次傳送到Checking狀態、Calling狀態，最后到Waiting狀態。發生clearing事件警報被清除時，退出Active狀態，回到Idle狀態。當用戶向控制器發attention信號時，轉到Command狀態。離開Active狀態時，按照退出組合狀態的原則，先離開Waiting子狀態，再離開組合狀態，注意clearAlarm出口動作的執行。

這里沒有終止狀態，這在嵌入式系統中是常見的，希望系統無限期不間斷的運行。控制器的狀態機圖如圖1所示。

3結束語

狀態機圖適合于描述單個對象的動態行為，該對象通常代表一個類、一個用例或整個系統的實例。狀態機圖不適合描述多個對象的協作行為，要確定對象的所有行為必須同時結合順序圖和通信圖等交互圖來建模，才能得到對象的整體行為。

參考文獻

[1] 唐學忠，費賢舉.UML面向對象分析與建模[M].北京：電子工業出版社，2008：217.

[2] 呂云翔，趙天宇，叢碩.UML與Rose建模實用教程[M].北京：人民郵電出版社，2016：73.

[3] Grady Booch，James Rumbaugh，Ivar Jacobson.UML用戶指南（第2版.修訂版）[M].北京：人民郵電出版社，2013：29.

作者簡介

商鵬，女，山東淄博人;學歷：碩士，講師，現就職單位：山東理工大學計算機科學與技術學院，研究方向：軟件工程與軟件建模。