УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ UML

4.4.6. Диаграммы синхронизации

В UML 2 введен новый32 тип диаграмм взаимодействия, созданный для описания изменения состояния объектов с течением

32 Надо отметить, что инженеры-электронщики подобные диаграммы использовали издавна.

221

времени в результате взаимодействия. Эти диаграммы в UML

получили название диаграмм синхронизации (timing diagram).

Рассмотрение диаграммы начнем сразу с примера из информационной системы отдела кадров. На рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..52 изображена диаграммы синхронизации для объекта newDpt (например, см. рис. ошибка!

текст указанного стиля в документе отсутствует..51) экземпляра

В данном примере рассматривается смена состояний подразделения в процессе его создания. Линия жизни (1 на рис.

ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..52)

описывает изменение состояния объекта с течением времени. В каждый момент времени объект newDpt (2 на рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..52) находится в одном из нескольких заданных состояний (3 на рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..52), отображаемых в диаграмме на оси ординат. По оси абсцисс отображается время (4 на рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..52) в некоторых единицах измерения. В нашем примере подразделение последовательно меняет три состояния:

222

В упрощенном виде диаграммы синхронизации состояния объекта записываются между двух параллельных горизонтальных линий (1 и 2 на рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..53) – упрощенное представление линии жизни, которые пересекаются в точках смены состояния (3 на рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..53). Такой вид диаграмм более компактен и предпочтительней при большом количестве возможных состояний.

Рассмотрим теперь, как можно показать взаимодействие объектов на диаграммах синхронизации. За основу возьмем

223

Рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..54. Диаграмма синхронизации для нескольких объектов

Если для показа сообщения требуется нарисовать линию, пересекающую большое количество линий жизни, то можно использовать метки продолжения (2 на рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..54). Само сообщение при этом показывается у начального или у конечного сегмента линии.

На диаграммах синхронизации можно показать не только относительный порядок событий, но и их привязку к реальному ходу времени. Разумеется, можно использовать любые единицы измерения, шкала времени не обязана быть равномерной, и не обязана быть

224

непрерывной. Так же можно объединять над общей шкалой времени диаграммы различных типов (полного и упрощенного) для представления взаимодействия большего количества объектов.

4.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛИЗМА

Термин параллельность в программировании, вообще говоря, означает "одновременное" выполнение нескольких деятельностей. Слово "одновременное" в данном контексте означает, что невозможно (или не нужно) указывать, какая из деятельностей происходит раньше другой во времени. Другими словами, параллельные процессы не упорядочены во времени. Тем самым термин "параллельный" противопоставляется термину "последовательный": последовательные деятельности упорядочены во времени, причем линейно.

Средства описания параллелизма в UML отнюдь не противопоставлены средствам описания последовательного поведения, напротив, они образуют единое целое, поскольку параллельное программирование скорее общее правило, нежели экзотическое исключение. Мы отделили обсуждение средств описания параллельного поведения от средств описания последовательного поведения только с целью упростить изложение основных идей каждого из типов канонических диаграмм, используемых для описания поведения. В последующих разделах поочередно рассматриваются отдельные опущенные выше детали и конструкции диаграмм описания поведения, относящиеся к моделированию параллелизма. Мы начинаем с простых и часто используемых средств и постепенно переходим к более запутанным, а потому реже используемым.

4.5.1. Взаимодействие последовательных процессов

Взаимодействие в UML моделируется с помощью сообщений: синхронных (вызовы операций) и асинхронных (посылка сигналов).

225

Типичный вариант: взаимодействие машин состояний разных классов с помощью действий, выполняемых на переходах.

Рассмотрим два класса из информационной системы отдела кадров: Person и Position (рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..55).

Person

-thePosition:Position

+getPosition():Position {isQuery,sequential} +assign(in p:Position) {sequential} +excure() {sequential}

0..1

/ occupies

0..1

Position

-thePerson:Person

+getPerson():Person {isQuery,sequential} +occupy(in p:Person) {sequential} +free() {sequential}

Рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе

отсутствует..55. Классы Position и Person

Рассмотрим теперь, как должна выполняться операция назначения сотрудника на новую должность, т.е. операция перевода. Мы оставим в стороне вопрос о том, в каком классе разумно определить данную операцию (на самом деле это совершенно не важно), и положим, что операция назначения сотрудника на должность имеет два параметра — сотрудник и должность:

assignP2P(person:Person, position:Position)

Допустим, что требуется обеспечить элементарный порядок в учете кадров (на программистском языке — целостность данных): если сотрудник А назначен на должность Б, то и в должности Б должно быть записано, что ее занимает сотрудник А и наоборот.

226

Другими словами, занятые должности и сотрудники должны взаимно однозначно соответствовать друг другу, а свободные должности и сотрудники должны быть действительно свободны и не должны содержать неадекватных ссылок друг на друга.

Требуемое поведение операции assignP2P() можно описать с помощью диаграммы объектов (фактически, это контекст взаимодействия), на которой показано, как должны измениться связи между объектами в результате выполнения операции (см. рис.

ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..56). В

данном описании контекста рассматривается типичный сценарий, в котором до выполнения операции сотрудник занимает некоторую должность, а целевая должность вакантна.

операции перевода сотрудника

Мы видим, что при назначении сотрудника на должность задействованы три объекта: oldPosition, newPosition и person.

Требуемое поведение может быть обеспечено за счет взаимодействия автоматов, реализующих поведение каждого из этих объектов. На рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..57 и рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..58

227

В таком случае, операция назначения сотрудника на должность assignP2P() может быть реализована двумя вызовами операций над объектами, являющимися ее аргументами:

position.occupy(person)

person.assign(position)

Мы подошли к кульминации данного примера: указанные две операции можно вызвать в любом порядке или параллельно, более того, их можно вызывать с ожиданием возврата управления или без

228

ожидания, т.е. синхронно или асинхронно — в любом случае взаимодействие автоматов, приведенных на рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..57 и рис. ошибка! текст указанного стиля в документе отсутствует..58, обеспечит требуемое поведение (если только в процесс обмена сообщениями не вмешается "посторонний" вызов операции одного из этих объектов).

Параллельное программирование — мощный способ моделирования поведения, и взаимодействующие конечные

4.5.2. Ортогональные состояния и составные переходы

В этом параграфе рассматриваются средства описания параллельности, применяемые на диаграммах автомата.

На диаграммах автомата параллельное выполнение моделируется с помощью ортогональных (параллельных) составных состояний. По существу, идея параллельных состояний очень проста и легко воспринимается: внутрь составного состояния вложено несколько машин состояний, которые работают параллельно.

Переход в ортогональное составное состояние означает одновременный переход в начальные состояния всех областей данного ортогонального составного состояния (т. е., фактически, параллельный запуск всех вложенных машин состояний); в случае наличия перехода в ортогональное составное состояние каждая область должна иметь единственное начальное (или историческое) состояние, в противном случае модель считается противоречивой.

Переход по событию и/или со сторожевым условием (т. е. любой переход не по завершении) из ортогонального составного состояние означает распространение данного перехода на все вложенные состояния всех областей; если унаследованный переход конфликтует с локально определенным переходом, то последний имеет приоритет (модель не считается противоречивой).

229

Переход по завершении из ортогонального составного состояния срабатывает в том и только в том случае, когда машина состояний в каждой области перешла в заключительное состояние (т. е., фактически, это означает синхронное завершение всех вложенных машин состояний); в случае наличия перехода по завершении из ортогонального составного состояния каждая область должна иметь заключительные состояния и должен быть определен единственный переход по завершении, в противном случае модель считается противоречивой.

Таким образом, семантика переходов, не пересекающих границу состояния, для ортогональных и последовательных составных состояний аналогична. Для описания переходов, пересекающих границу ортогонального составного состояния, вводится специальное понятие — составной переход.

Составной переход (compound transition) — это переход,

который начинается и/или заканчивается в нескольких состояниях.

Если переход имеет одно исходное и несколько целевых состояний, то это соответствует разветвлению потока управления на несколько параллельных потоков; при этом целевые состояния должны быть вложенными состояниями областей ортогонального составного состояния — по одному на каждую область.

Если переход имеет несколько исходных и одно целевое состояние, то это соответствует слиянию нескольких потоков управления в один; при этом исходные состояния должны быть вложенными состояниями областей ортогонального составного состояния — по одному на каждую область.

Если переход имеет несколько исходных и несколько целевых состояний, то это соответствует синхронизации нескольких параллельных потоков управления; при этом исходные состояния должны быть вложенными состояниями областей одного ортогонального составного состояния — по одному на каждую область, и целевые состояния должны быть вложенными состояниями

230