Zustandsdiagramm

Zweck

Zustandsautomaten (state machines) beschreiben das Verhalten von Classifiern (Elementen) während ihres Lebens­zyklus. Sie stellen die möglichen Zustände eines Classifiers und Zustandsübergänge dar. Cassifier können sein: Klassen, Komponenten, Systeme, u. a..

Die UML 2.0 unterscheidet behavioral state machines, die Verhalten von Instanzen einer Klasse, Systemen oder Sys­temteilen beschreiben, und protocol state machines, die Protokolle, die von einem System­element realisiert werden, modellieren.

Notation

Da die Notationselemente für Zustandsautomaten komplex sind, werden sie hier in zwei Bereichen behandelt: die grundlegenden Konzepte der Zu­standsautomaten werden im Abschnitt Notation - Konzept beschrieben, die wei­terführenden Konzepte werden unter Notation - erweitert dargestellt.

Notation - Konzept

Anfangs-, Endzustand (initial state, final state)

geben den Beginn und Ende des Lebenszyklus eines modellierten Elementes an. Wird ein Objekt erzeugt, befindet es sich im Anfangszustand, wird es gelöscht, befindet es sich im Endzustand.

Zustand (state)

Elemente können im Laufe ihrer Existenz eine end­liche Anzahl Zustände einnehmen. Ein Zustand kann durch eine waagrechte Linie unter­teilt werden. Unterhalb der Linie kann Verhalten eines Objekts in dem Zustand angegeben werden. Die UML definiert folgende Arten von Verhalten: entry , exit und do . Das entry-Verhalten wird beim Eintritt in den Zustand ausgeführt, das exit-Verhalten vor Verlassen des Zustands. Do-Aktivitäten werden ausgeführt, während das Objekt sich in dem Zustand befindet.

Zustandsübergang (Transition)

Eine Transition ist ein Zustandsübergang von einem Quellzustand zu einem Zielzustand. Die Be­schriftung gibt das auslösende Ereignis (Trigger) an, die Be­dingung, die erfüllt sein muß (guard) und die Ak­tivität (Operation), die beim Übergang ausgeführt wird an. Die Beschreibungselemente können beliebig kombiniert werden.

Einfacher Zustandsautomat - Tür

Diese Abbildung stellt einen einfachen Zustandsautomat einer Tür dar. Die Tür kann die beiden Zustände offen und geschlossen annehmen. Sie reagiert auf die Er­eignisse schliessen und öffnen. In dem Zustand offen kann jedoch nur das Ereignis schliessen angewandt werden, in dem Zustand geschlossen kann nur das Ereignis öffnen angewandt werden.

Beispiel Zustandsautomat Loginmaske

Dieses Beispiel modelliert die Loginmaske eines Rechners. Sie hat die Zustände "UserNameEingabe" und "PasswortEingabe". In dem Zustand "UserNameEingabe" führt sie die Aktivität "ZeichenLesen" aus. Ist die Bedingung "[Cursor in Feld Pass­wort]" erfüllt, so wechselt sie zu dem Zustand "PasswortEingabe". Sobald die Mas­ke den Zustand betritt führt sie die entry-Aktivität "Echo aus" aus, sie schaltet das Echo aus und zeigt das Passwort nicht auf dem Bildschirm an. Danach liest sie mit der Aktivität "ZeichenLesen" das Passwort ein und schaltet bei Verlassen des Zu­stands mit der exit-Aktivität "Echo an" das Bildschirmecho wieder ein.

Notation - erweitert

Region (Region)

Regionen stellen parallele Zustände dar. Sie können in zusammengesetzten Zuständen und in state machine Diagrammen verwendet werden. Regionen können einen Namen haben. Die Regionen in einem Zustand werden durch eine gestrichelte Linie voneinander abgegrenzt. Regionen können Zustände und Transitionen enthalten.

Pseudozustände sind Knoten in einem Zustandsdiagramm, die es erlauben komplexe Zusammen­hänge zwischen Zuständen darzustellen (z. B. Verzweigungen, Parallelität usw.). Pseudozuständen werden keine Aktivitäten zugeordnet.

Entscheidung

Eine Entscheidung beschreibt eine Alternative. Entweder wird die nach links oder die nach rechts führende Transition ausgeführt.

Kreuzung

Eine Kreuzung verbindet mehrere Transitionen, ohne zwischengeschaltete Zustände.

Terminator

Ein Terminator drückt aus, dass die State Machine beendet wird; d. h. das Objekt, auf das die State Machine sich bezieht wird zerstört. Es werden keine exit-Aktivitäten ausgeführt.

Eintrittspunkt

Eintrittspunkt fasst mehrere Transitionen von außen zu einem Zustand innerhalb eines zusammengesetzen Zustands zusammen.

Austrittspunkt

wie Eintrittspunkt, jedoch in die andere Richtung.

Gabelung

teilt eine eingehende Transition in mehrere ausgehende parallele Transitionen auf.

Vereinigung

wird verwendet, um die durch eine Gabelung aufgeteilten parallelen Zweige wieder zusammenzuführen.

Zusammengesetzter Zustand (composite state)

Ein zusammengesetzter Zustand ist ein Zustand, in dem Unterzustände möglich sind. Das Beispiel stellt die Zustände einer abschließbaren Tür dar. Die Tür kann die Zustände zugeschlossen und aufgeschlossen haben. Nur in dem Zustand aufge­schlossen kann sie die Unterzustände offen und geschlossen haben. Ist das unterge­ordnete Zustandsdiagramm zu groß um im Zustand dargestellt zu werden, kann es auch in einem Verfeinerungsdiagramm modelliert werden.

Anwendungsbereich

Zustandsdiagramme werden häufig im Bereich Embedded Systems eingesetzt, sind aber auch in anderen Bereichen verwendbar. Sie werden nur für Objekte mit interessantem Lebenszyklus modelliert. Zustandsdiagramme tragen zum besseren Verständnis des Verhaltens von Classifiern bei.

Zusammenhang

Ein Zustandsdiagramm kann sich auf eine Klasse des Klassendiagramms beziehen. Es kann aber auch die Zustände von komplexeren Modellelementen (Subsystemen) darstellen.

Beispiel