Ingegneria del Software

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1 Università degli Studi di Napoli Federico II Ingegneria del Software a.a. 2013/14 Lezione 8: Gli Statecharts

2 Obiettivi della lezione Comprendere il formalismo degli statecharts

3 Ciclo di vita del Software

4 Diagrammi di stato Un Diagramma di Stato è un formalismo grafico largamente utilizzato in computer science per rappresentare il comportamento di un artefatto (oggetto, modulo, intero sistema, etc ) composto da un numero finito di stati. Ne esistono svariate versioni deterministic finite state machine (DFA), nondeterministic finite state machine (NFA), Moore machine Harel s StateCharts

5 Stati e transizioni Paradigma ben noto e molto comprensibile per descrivere il comportamento di entità dinamiche stati rilevanti dell entità transizioni = possibili passaggi di stati, magari con annotazioni riguardo a cosa ha causato la transizione, o che cosa viene rilevato sulla transizione Vantaggio principale: grande impatto visuale, molto leggibile, per modellare aspetti dinamici e transienti...

6 Statechart Notazione visuale e formale, sviluppata da D. Harel, fine anni 80, per descrive il comportamento di sistemi reattivi Le transizioni descrivono come l entità modellata reagisce a eventi (generati dall esterno o da se stesso) Le transizioni sono (in genere) lanciate (triggered) dagli eventi Statechart diagram di UML: adattamento delle statechart ad un mondo O-O Usati principalmente per descrivere il comportamento di: Use Cases Classi

7 Statechart diagram Da UML specification A statechart diagram can be used to describe the behavior of a model element such as an object or an interaction. Specifically, it describes possible sequences of states and actions through which the element can proceed during its lifetime as a result of reacting to discrete events (e.g., signals, operation invocations). Statechart diagrams represent the behavior of entities capable of dynamic behavior by specifying its response to the receipt of event instances. Typically, it is used for describing the behavior of classes, but statecharts may also describe the behavior of other model entities such as use-cases, actors, subsystems, operations, or methods.

8 A cosa servono gli statechart diagram Ogni oggetto in un sistema ha un certo ciclo di vita. Tra la sua creazione e la sua distruzione esso interagisce con gli oggetti vicini. L oggetto quindi dovrà rispondere a stimoli asincroni che gli arrivano dal suo ambiente Es.: un cellulare deve essere sempre pronto a rispondere a chiamate in entrata Esistono oggetti il cui comportamento dipende dallo stato dei suoi attributi Es.: in un cellulare, all arrivo di una chiamata l attivarsi o meno della suoneria dipende dalla modalità (normale o silenziosa ) in cui si trova l apparecchio.

9 A cosa servono gli statechart diagram? Un diagramma Statechart è una specifica eseguibile: esistono ambiente di simulazione dei diagrammi. Ogni esecuzione di uno statechart è una sequenza di stati dello statechart Uno Statechart di design è quindi un diagramma chiave per guidare l implementazione del sistema Tutti I comportamenti dello statechart di design sono comportamenti da realizzare nel sistema Viceversa, per le attività critiche tutti I comportamenti attesi del sistema dovrebbero essere previsti da uno statechart.

10 Il Formalismo

11 Eventi, Stati e Transizioni Un Evento è un avvenimento significativo con una sua collocazione nel tempo e nello spazio Es. trasmissione diun segnale, invocazione di un metodo, cambiamento di una proprietà interna... Uno Stato è una condizione stabile di un oggetto in un intervallo di tempo in cui Soddisfa una condizione Esegue una azione interna Aspetta un evento Una Transizione indica un cambiamento di stato causato in genere da un evento.

12 Eventi Tipologie di Evento: Evento di chiamata: invocazione di una specifica operazione all'istanza della classe di contesto. (segnatura metodo) Evento di segnale: pacchetto di informazioni inviato in maniera asincrona da un oggetto ad un altro. Evento di variazione: specificato emdiante una espressione booleana. L'evento si verifica quando il valore di una espressione booleana passa da falso a vero. (attivazione al cambio di valore) Evento temporale: introdotto da chiavi when(vincolo temporale) (Es when(data='07/07/2007') e after(quantità) (Es. After(20 sec)).

13 Rappresentazioni in UML Stato: Un rettangolo arrotondato Un nome Nome Stato Operazioni Un elenco opzionale di operazioni da svolgere al suo interno Ogni transizione è etichettata con tre elementi, tutti opzionali Evento [Condizione] / Azione

14 Dettagli sulle Transizioni Evento (trigger): è l occorrenza di uno stimolo che può innescare una transizione fra stati Condizione (guard): espressione booleana. Es: NextTrackButtonPressed() Se da uno stato escono più transizioni, le loro condizioni devono essere mutuamente esclusive Può essere espressa usando OCL, linguaggi di programmazione, pseudocodice. Es: [This.CurrentTrack < This.TotalTracks] Azione: è associata alla transizione, è considerata un processo rapido, non interrompibile da un evento (atomica) Es: This.CurrentTrack++

15 Dettagli sulle Transizioni (2) Azione: l'azione è - un'azione che può alterare lo stato del sistema (proprietà) - l'invio di un segnale o un evento che può essere trigger per altre transizioni Scatto transizione: lo scatto della transizione è abilitato non appena l'evento è disponibile e se la condizione associata è soddisfatta (precondizione) Lo scatto può interrompere le azioni interne (do) allo stato sorgente della transizione L'eventuale azione di uscita (exit) è eseguita contestualmente allo scatto della transizione L'eventuale azione di ingresso dello stato destinazione (entry) è esehuito contestualmente all'ingresso allo stato destinazione.

16 Stato: notazione Uno stato può opzionalmente avere le seguenti azioni: Entry: azione eseguita ogni volta che si entra nello stato (cioè in risposta all evento entry ) Exit: azione eseguita ogni volta che si lascia lo stato (cioè in risposta all evento exit ) Do: è associata allo stato, può prevedere un lasso di tempo considerevole, e può essere interrotta da un evento (non-atomica).

17 Stato (es.) Tracking Entry action entry / setmode(ontrack) exit / setmode(offtrack) do / followtarget Exit action Attività dello stato

18 Stato iniziale e stato finale Ci due stati speciali: Stato di ingresso Stato di terminazione Negli statechart diagram che modellano il comportamento di sistemi puramente reattivi (per esempio sistemi embedded) lo stato finale può non essere presente

19 Esempio: Pseudo stati di giunzione e di selezione

20 Esempio: Attività interne agli stati

21 Transizioni triggerless Una transizione che non abbia nessun evento ad innescarla è detta triggerless A B do / Attività_A do / Attività_B triggerless transition Al termine delle Do Actions di A si passa automaticamente nello stato B, E il termine dell attività ad innescare la transizione fra stati

22 Definizione di sottostati

23 Stati composti uno stato può essere decomposto verticalmente annidando una macchina in uno stato (simile ad una modularità procedurale) orizzontalmente individuando componenti parallele

24 Sottostati: modularità verticale Il comportamento di uno stato può essere modellato nidificando nello stato una macchina a stati Modularità verticale e migliore compattezza Troppi livelli di nesting penalizzano la leggibilità. L'ingresso in uno stato composto è simile ad una chiamata di procedura: Determina l'ingresso nello stato di ingresso del diagramma nidificato Una transizione dallo stato composto è una transizione che se attivata può interrompere l'attività interna in ogni istante (interrupt)

25 Sottostati: modularità verticale (2) Una uscita regolare da uno stato composto avviene attraverso una uscita da uno pseudo-stato di uscita disegnato sul bordo dello stato Uno stato composto può avere più di una uscita regolare (diverse condizioni di uscita) Una transizione può forare la gerarchia: - entrando da uno stato esterno direttamente in uno sottostato della componente: la componente è attivata avevndo il sottostato come stato iniziale - uscendo da uno stato interno alla componente ad uno stato esterno: ha lo stesso effetto di un interrupt per la componente.

26 Sottostati: modularità verticale

27 Esempio

28 Esempio (2), condizioni di uscita

29 Modularità orizzontale: parallelismo. uno stato può strutturato innestando componenti parallele evidenziando possibili comportamenti concorrenti del sistema L'area dello stato è partizionato: ogni partizione una componente Ad ogni componente è associata una macchina (strutturata) StatoConcorrente Statechart con stato iniziale e finali. si entra negli stati iniziali di tutti i sottostati Statechart con stato iniziale e finali scatta quando tutti i sottostati raggiungono lo stato finale

30 Modularità orizzontale: parallelismo. L'ingresso nello stato strutturato implica l'ingresso simultaneo e implicito in tutti gli stati iniziali di tutte le componenti paralleli. Il comportamento delle componenti è indipendenti La fine del comportamento dello stato strutturato coincide con il raggiungimento dello stato finale di tutte le componenti. Non vi devono essere transizioni che connettano stati in componenti diverse. Una transizione che connetta uno stato interno ed uno esterno dello stato strutturale determina (se eseguita) l'uscita simultanea da tutte le componenti parallele (interrupt)

31 Esempio: stato concorrente FaseFinale GiocaFinalePrimoPosto risultatofin(r) / st.notifica( F,r) entry / P1.gioca(P2) GiocaFinaleTerzoPosto risultatosemi(r) / st.notifica( S,r) entry / P3.gioca(P4)

32 Esempio: stato concorrente con sincronizzazione mediante uso di variabili condivise

33 History states In generale quando, per effetto di una transizione, si entra in uno stato composito, la state machine innestata comincia dal suo stato iniziale (a meno che la transizione non specifichi come target uno specifico sottostato) Esistono però situazioni in cui vorremmo poter memorizzare quale sottostato era attivo nel momento in cui si abbandona uno stato composito Lo scopo è quello di riprendere da quel punto le attività una volta che si rientri nello stato composito

34 History states (es.) History state stato iniziale BackingUp Command Richiesta Conferma H Collecting Copying se la state machine innestata raggiunge uno stato finale la storia si annulla Cleaning Up

35 History states (es.)

36 H e H* Lo stato H è detto history state superficiale. Infatti in caso di state machine innestate a più di un livello ricorda soltanto lo stato del primo livello (cioè quello in cui si trova) mentre gli altri livelli ripartono dallo stato iniziale. Se si vuole ricordare lo stato di ogni livello, esiste uno history state profondo, cioè H*. Con l uso di H* ci si assicura che tutte le state machine ad ogni livello sottostante a quello con H* ricordino lo stato in cui si trovavano all abbandono dello stato composito complessivo Ovviamente in caso di macchine innestate ad un solo livello H e H* sono equivalenti