I diagrammi di attività e stato

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1 I diagrammi di attività e stato Francesco Poggi (dal materiale del prof. Ciancarini e dei dott. Di Iorio e Favini) A.A Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

2 Tassonomia dei diagrammi UML 2 Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

3 Cosa sono e a cosa servono I diagrammi di attività (activity diagram) e stato (state machine diagram) sono diagrammi che descrivono comportamento. Il diagramma di attività modella un comportamento (che riguarda una o più entità) come un insieme di azioni organizzate secondo un flusso. Il diagramma di stato modella il comportamento (generalmente di una sola entità) come variazioni del suo stato interno. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

4 Un passo indietro: Interazione vs. Macchina a stati Interazione: un insieme di oggetti che si scambiano messaggi per raggiungere un dato obiettivo 1: saluta : Person : Person 2: rispondi Macchina a stati: descrive la sequenza di stati in cui si trova un oggetto durante il suo ciclo di vita e in risposta a eventi Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

5 Macchine a stati in UML Qualunque classificatore UML può essere associato a una macchina a stati che descrive il funzionamento delle sue istanze. Uno stato è una condizione o situazione nella vita di un oggetto in cui esso: soddisfa una condizione, esegue un attività o aspetta un evento Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

6 Eventi e transizioni Un evento è la specifica di un occorrenza che ha una collocazione nel tempo e nello spazio. Una transizione è il passaggio da uno stato a un altro in risposta ad un evento. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

7 Semantica La macchina a stati riceve occorrenze di eventi che vengono salvati su una coda ed estratti uno alla volta. La semantica di questi eventi è di tipo run-to-completion: l occorrenza di un evento viene estratta solo dopo che la macchina a stati ha finito di processare quella precedente. Se ci sono più transizioni eseguibili in un dato momento (es. 2 transizioni dallo stesso stato con lo stesso evento e due condizioni diverse, entrambe vere), solo una viene eseguita. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

8 Transizioni Ogni transizione, oltre allo stato origine e destinazione, può specificare: Event: un trigger che attiva il passaggio di stato Guard: una condizione che, se vera, permette il passaggio di stato Action: un azione che risulta dal combio di stato Sintassi: event[guard]/action La transizione avviene come risposta a uno degli eventi (quando la guardia è vera), e al momento della transizione il contesto esegue l azione specificata Sono tutti opzionali Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

9 Un esempio completo (1) Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

10 Un esempio completo (2) Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

11 (pseudo)stati iniziali e finali Gli esempi precedenti mostrano due pseudo-stati, per avviare e bloccare la macchina a stati: Il disco nero marca l inizio dell esecuzione. Non è uno stato vero e proprio ma un marcatore che punta allo stato da cui partire. Il disco nero bordato (nodo finale), indica che l esecuzione è terminata. Possono comparire in qualunque numero all interno di un diagramma (o di uno stato composito, che vedremo in seguito). Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

12 [Azioni interne] Uno stato può reagire ad eventi (e verificare condizioni) anche senza una transizione ad uno stato diverso Le internal activities sono mostrate nel secondo slot e seguono la stessa sintassi delle transizioni Simile ad una self-transition Esempio: riempimento di un campo di testo in un form Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

13 [Entry, Exit, Do] All interno di uno stato si possono usare alcune azioni speciali, indicate tramite keyword: entry: eseguita quando l oggetto entra nello stato exit: eseguita quando l oggetto esce dallo stato do (do-activity): eseguita mentre l oggetto è nello stato Una self-transition attiva sempre le entry ed exit, le internal activities invece no Una do-activity non è istantanea ma può durare per un intervallo di tempo ed essere interrotta (da altri eventi) Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

14 [do-activity: esempio] Modelliamo la ricerca di nuovo hardware da installare su un sistema operativo. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

15 Figure Composite state with two Stati compositi CompositeState HiddenComposite State1 State2 entry / start dial tone exit / stop dial tone Figure Composite State with hid Permettono di suddividere la complessità del modello: dall esterno si vede un macro-stato, al cui interno vi sono altri stati. Si può anche creare uno stato che fa riferimento ad un altro diagramma di macchina a stati (submachine state). Si può usare un icona per rappresentare uno stato composito il cui comportamento interno non è mostrato. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

16 Stati compositi: esempio Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

17 Stati compositi e transizioni Si possono definire transizioni da uno stato interno verso stati esterni Transizioni in uscita dal bordo dello stato composito e legate ad un evento sono ereditate da tutti gli stati all interno. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

18 Stati compositi e concorrenza Gli stati compositi sono utili per modellare la concorrenza. Si divide lo stato composito in (sotto-)diagrammi ortogonali eseguiti in mutua esclusione Il diagramma sarebbe molto meno chiaro senza questo approccio (bisogna considerare tutte le possibilità) Esempio: una radiosveglia che o mostra l orario o fa ascoltare musica Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

19 Stati compositi e sincronizzazione Gli stati compositi sono inoltre utili per modellare la sincronizzazione. Si divide lo stato composito in (sotto-)diagrammi e si usano gli operatori di fork e join (che vedremo tra poco) Esempio: le attività e prove che uno studente deve superare per concludere un corso Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

20 Transizioni di completamento Si tratta di transizioni che non hanno un evento associato (ma possono avere una guardia). Nel caso di uno stato semplice, una transizione di completamento è eseguita al termine dell attività di quello stato (fine azioni do). Nel caso di uno stato composito o submachine state una transizione di completamento è eseguita quando si giunge in uno stato finale oppure un exit point. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

21 Issue replace sub state machine with submachine state Completamento ed entry/exit points The diagram in Figure shows a fragment from a state machine diagram in which a submachine state (the FailureSubmachine) is referenced. The actual sub state machine is defined in some enclosing or imported name sp HandleFailure: FailureSubmachine error1/ sub1 error3/ subend /fixed1 Figure Submachine State L evento error3in fa the above partire example, the l esecuzione transition triggered by event error1 dallowill stato terminate on iniziale entry point sub1 of the FailureSubmachine state machine. The error3 transition implies taking of the default transition of the FailureSubmachine. dello stato composito. L evento error1 fa partire l esecuzione dall entry point sub1. Se l esecuzione termina nell exit point subend si esegue la transizione di completamento che genera il comportamento fixed1. Se l esecuzione termina nello stato finale si segue la transizione sulla destra. The transition emanating from the subend exit point of the submachine will execute the fixed1 behavior in a to what is executed within the HandleFailure state machine. This transition must have been triggered within the HandleFailure state machine. Finally, the transition emanating from the edge of the submachine state is taken as a of the completion event generated when the FailureSubmachine reaches its final state. Note that the same notation would apply to composite states with the exception that there would be no reference to machine in the state name. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

22 Entry/exit points (2) Inizializzazione entry Connessione connesso Autenticazione ok tuttook errore nonriconosciuto erroreconnessione nonautenticato Esempio entry Inizializzazione tuttook Funzionante erroreconnessione nonautenticato dopo(60 secondi) Forniscono un modo per entrare ed uscire dalle macchine a stati in diversi punti (simili a entry/exit points interni) Si possono usare in combinazione con i nodi iniziali e finali. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

23 Figure is an example statemachine diagram for the state machine for simple telephone object. In addition to the initial state, the state machine has an entry point called activeentry, and in addition to the final state, it has an exit point Un called esempio aborted. completo activeentry lift receiver /get dial tone Idle Active Time-out do/ play message dial digit(n) after (15 sec.) [incomplete] after (15 sec.) DialTone dial digit(n) Dialing do/ play dial tone dial digit(n)[invalid] dial digit(n)[valid] Invalid /connect do/ play message Connecting Pinned Busy busy connected caller hangs up /disconnect callee answers Talking callee hangs up do/ play busy tone callee answers /enable speech Ringing do/ play ringing tone abort terminate aborted Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

24 Il diagramma di attività Modella un attività relativa ad un qualsiasi oggetto, ad esempio: classi casi d uso interfacce componenti interfacce operazioni di classe Alcuni usi dei diagrammi di attività: modellare il flusso di un caso d uso (analisi) modellare il funzionamento di un operazione di classe (progettazione) modellare un algoritmo (progettazione) Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

25 Notation Attività: ingredienti The notations for activity nodes are illustrated below. There are three kinds of nodes: action control node. See these classes for more information. Action node Object node Control nodes Nodi azione: specificano unità di comportamento. Figure Activity node notation Nodi oggetto: specificano oggetti usati come input e output di azioni. Examples This figure illustrates the following kinds of activity node: action nodes (e.g., Receive Orde (Invoice), Nodi and controllo: nodes specificano (the initial node il before flussoreceive dell attività. Order, the decision node after node and Join node around Ship Order, merge node before Close Order, and activity final a [order Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

26 Nodi azione Examples Send Accept Examples of Payment actions are illustrated Paymentbelow. These perform behaviors called S Figure Examples of actions Below Send is an example Accept of an action expressed in an application-dependent actio Payment Payment Figure Examples of actions FOR every Employee calculate salary Below is an print example check of an action expressed in an application-dependent act ENDFOR Figure Example of action with tool-dependent action language FOR every Employee calculate Package salary CompleteActivities print The check example below illustrates local pre- and postconditions for the action of a ENDFOR considered local because a drink-dispensing machine is constrained to opera action. For a machine technician scenario, the situation would be different. He Figure to open up - Example the machine, of action and therefore with tool-dependent no money need be action inserted language to dispense th a situation, the global pre- and postconditions would be all that is required. (G Package specification, CompleteActivities in the next subsection.) For example, a global precondition for a is selected that the vending machine dispenses. The postcondition, then, wou The example drink that below was selected. illustrates In local other pre- words, and there postconditions is no global requirement for the action for mo o considered local because a drink-dispensing machine is constrained to ope action. 326 For a machine technician scenario, the situation would be different. H to open up the machine, and therefore no money need be inserted to dispense a situation, the global pre- and postconditions would be all that is required. specification, in the next subsection.) For example, a global precondition for Un azione può invocare un attività, un comportamento o un operazione. Come gli altri elementi di UML, anche le azioni accettano livelli di dettaglio e linguaggi differenti. Al contrario dei messaggi nei diagrammi di interazione, le azioni non costringono il modellatore a definire tutte le entità in gioco. Le transizioni (frecce) tra azioni possono avere una guardia. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

27 Transizioni e token Per capire la semantica dei diagrammi di attività, bisogna immaginare delle entità, dette token, che viaggiano lungo il diagramma. Il flusso dei token definisce il flusso dell attività. I token possono rimanere fermi in un nodo azione/oggetto in attesa che si avveri una condizione su una freccia, oppure una precondizione o postcondizione su un nodo. Il movimento di un token è atomico. Un nodo azione viene eseguito quando sono presenti token su tutti gli archi in entrata, e tutte le precondizioni sono soddisfatte. Al termine di un azione, sono generati control token su tutti gli archi in uscita. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

28 «localpostcondition», respectively. Precondizioni e postcondizioni «localprecondition» constraint name «localpostcondition» constraint Si tratta di condizioni, Figure espresse Local in qualunque pre- and modo, postconditions che devono essere soddisfatte per far iniziare o terminare l azione (permettere a unexamples token di entrare o uscire). Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

29 Nodi iniziali e finali Realizza progetto Supera scritto Il disco nero marca l inizio dell attività (genera token). Quando un token raggiunge un disco nero bordato (nodo finale), l attività ha termine. Possono comparire in qualunque numero all interno di un attività (ogni nodo iniziale fa partire un flusso di esecuzione, il primo nodo finale raggiunto ferma tutti i flussi). Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

30 Nodi decisione e fusione [x<0] Action1 [x=0] Action2 [x>0] Action3 I nodi decisione hanno un input e vari output mutuamente esclusivi: copiano i token in entrata su uno degli output. I nodi fusione hanno vari input e un solo output, sul quale vengono indirizzati tutti i token in ingresso. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

31 Nodi fork/join Action1 Action2 I nodi fork hanno un ingresso e varie uscite: i token in ingresso sono duplicati su tutte le uscite. I nodi join hanno vari ingressi e una sola uscita: quando sono presenti token su tutti gli ingressi, viene prodotto almeno un token in uscita. I nodi fork dividono un esecuzione in più flussi concorrenti, i nodi join sincronizzano e riuniscono i flussi. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

32 Nodi finali di flusso Action1 Action2 Action3 Quando raggiunti da un token, causano la terminazione solo del flusso che li ha toccati. Il raggiungimento di un nodo finale di attività causa comunque la terminazione di tutti i flussi. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

33 Un esempio completo Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

34 Nodi oggetto Crea progetto Progetto Sostieni scritto Studia Servono per modellare gli oggetti in input e output delle azioni I token in uscita da questi nodi sono object token, e sono diversi dai control token prodotti dai nodi azione: rappresentano veri e propri oggetti. Gli archi in entrata e uscita dai nodi oggetto sono object flow anziché control flow, e ci sono regole che limitano il loro uso (es: gli archi che entrano ed escono dai nodi decisione e fusione devono essere o tutti object o tutti control) Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

35 [Pin] Crea progetto progetto Consegna progetto Si agganciano ai nodi azione per definire un input oppure un output di quell azione. Questa notazione è equivalente a quella di un nodo oggetto tra i due nodi azione. I pin aiutano a mostrare i parametri e valori di ritorno di un azione. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

36 Stato degli oggetti Crea progetto Progetto [valutato] Progetto [finito] Consegna progetto Spesso risulta conveniente aggiungere lo stato di un oggetto per mostrarne l evoluzione durante l attività. Gli stati devono essere coerenti con la macchina a stati associata all oggetto. Questo è l anello di congiunzione tra diagrammi di attività e stato. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

37 Segnali ed eventi (1) Manda segnale Accetta evento Accetta evento temporale Ci sono alcuni nodi azione specializzati che gestiscono l invio e la ricezione di segnali. L invio di segnali è asincrono e non blocca l attività. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

38 Segnali ed eventi (2) Segui lezioni Studia Sostieni scritto Inizio corso Data scritto Ricevi specifiche Ricevi valutazione Crea progetto Notifica consegna I nodi ricezione sono attivi quando hanno token su tutti gli archi in entrata (se ne hanno) oppure durante l intera vita dell attività (se non ne hanno); generano token alla ricezione. La ricezione di eventi temporali funziona nello stesso modo, i token sono generati in base ad un espressione temporale. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

39 Issue add explanatory paragraph Attività: esempio Figure 12.37shows another example activity for a process to resolve a trouble ticket. Trouble Ticket [problem statement rectified] Record Problem [recorded] Reproduce Problem [cannot reproduce problem] Correct Problem [not recorded] [can reproduce problem] ID Problem and Resolution [duplication of another problem] Verify Resolution [problem not solved] [known problem and solution] [else] Communicate Results Audit and Record Un attività è costituita da un flusso di azioni che ne sono i mattoni. In effetti un azione può invocare un altra attività. Figure Workflow example Below is an example of using class notation to show the class features of an activity. Associations and state machi also be shown. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

40 Attività: esempio (2) Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

41 [Regioni interrompibili (1)] Si usano per specificare una reazione che può avvenire in qualunque momento e comporta l interruzione dell attività. Esempi: eccezioni, interrupt, segnali, situazioni di errore dall esterno. La notazione impiegata è quella di un attività con i bordi tratteggiati. Uno o più archi di interrupt (a zigzag) partono da nodi interni e puntano verso nodi esterni. L interrupt è generato quando un arco di interrupt è attraversato da un token: tutti gli altri token e comportamenti nella regione sono terminati. La ricezione di eventi all interno della regione funziona solo se ci sono token al suo interno. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

42 The first figure below illustrates that when an order cancellation request is made only while receiving shipping) orders the Cancel Order behavior is invoked. [Regioni interrompibili (2)] [order rejected] Order cancel request Cancel Order Receive Order Fill Order [order accepted] Ship Order Close Order Send Invoice Make Payment Accept Payment Invoice Figure InterruptibleActivityRegion example L ordine è cancellato solo se un token si trova all interno della Rationale regione al momento della ricezione del segnale. Interruptible regions are introduced to support more flexible non-local termination of flow. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

43 Attività vs. Stato In UML 1.x, i due diagrammi sono in pratica la stessa cosa, ma usata in due modi diversi (i diagrammi di attività sono diagrammi di stato in cui gli stati sono azioni). UML 2 (qui utilizzato) ridefinisce e separa la semantica dei due diagrammi: quelli di attività si basano sulle reti di Petri, quelli di stato sulla ricerca di Harel. Dal punto di vista del modellatore, in UML 1.x entrambi i diagrammi sono diagrammi di stato privi di alcune funzionalità introdotte con UML 2. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

44 Attività vs. Stato (2) Uno stato al contrario di un azione dei diagrammi di attività è solitamente rappresentato con aggettivi e nomi piuttosto che verbi. Nei diagrammi di stato non si usano token; le transizioni sono effettuate quando avviene l evento corrispondente. Lo stato iniziale e quello finale si rappresentano allo stesso modo in entrambi i diagrammi (cerchio nero e cerchio bordato). Altri elementi di notazione in comune con i diagrammi di attività sono i nodi decisione (decidono lo stato di destinazione in base a una guardia) e i nodi fork/join, che permettono al sistema di trovarsi in vari stati ortogonali (paralleli) allo stesso tempo. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45

45 Conclusioni I diagrammi di attività descrivono un flusso di azioni che realizzano un certo comportamento specifico. L enfasi non è sullo scambio di messaggi ma sui blocchi di comportamento. I diagrammi di macchina a stati si concentrano su un solo classificatore di contesto e modellano il suo stato interno in relazione al suo comportamento o alle operazioni che possono eseguite sulle sue istanze. Come tutti i diagrammi UML, possono essere usati sia a livello di analisi che di progettazione. Ingegneria del Software I diagrammi di attività e stato A.A / 45