[PDF] Cours UML diagramme d’état enjeux et pratique | Cours informatique

(1)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 1 Claude Belleil

Université de Nantes

Le langage UML 2.0

Diagramme Etats-Transitions

1 Introduction

Les diagrammes d’états-transitions1_{sont utilisés pour représenter la dynamique de certains des objets} participant au système. Cette représentation se fait en utilisant le formalisme des automates.

Un automate est composé d'états, modélisant une situation dans laquelle l'objet se situe à un instant précis. L'automate est aussi composé de transitions, précisant comment on passe d'un état à un autre.

Comme nous l’avons déjà vu, les diagrammes de séquences regroupent tous les objets impliqués dans un cas d'utilisation. En revanche, les diagrammes d'états modélisent tous les changements d'états d'un seul objet à travers l'ensemble des cas d'utilisation dans lequel il est impliqué. Un diagramme d’états-transitions représente donc une vue synthétique du fonctionnement dynamique d'un objet.

Les diagrammes d'états identifient pour une classe donnée le comportement d'un objet tout au long de son cycle de vie (de la naissance ou état initial, symbolisée par le disque plein noir, à la mort ou état final, symbolisé par disque noir couronné de blanc).

Ce diagramme est sans doute la vue la plus complexe à réaliser de toutes celles qui sont proposées par UML.

Sa mise au point demande un effort qui n’a d'intérêt que pour les objets, dont le comportement dynamique est trop complexe pour être appréhendé par un ou deux diagrammes de séquences. Lorsqu'on modélise une application, il est donc important de se demander quels sont les objets pour lesquels il sera nécessaire de réaliser ce type de diagramme.

Les modèles orientés objets s'appuient la plupart du temps sur les Statecharts de David Harel2. C'est aussi le cas d'UML.

Les diagrammes d'états-transitions permettent de décrire les changements d'états d'un objet ou d'un composant, en réponse aux interactions avec d'autres objets/composants ou avec des acteurs :

Un état se caractérise par sa durée et sa stabilité, il représente une situation de la vie d'un objet, défini par les valeurs fixes de ses attributs.

Une transition représente le passage instantané d'un état vers un autre. La notion d'instantanéité est importante, car la transition est associée à l'appel d'une fonction, qui ne prend pour ainsi dire pas de temps.

Une transition est déclenchée par un événement. Ce sont les événements qui permettent à un objet de changer d'état.

Lorsqu'on ne spécifie pas d’événement, les transitions sont considérées comme étant automatiques. Cela signifie que lorsque l'état a terminé son activité (il a finit la tâche assignée à cet état), il passe automatiquement à l'état suivant. En fait, la transition automatique correspond à l'événement "fin de tâche courante". En plus de spécifier un événement précis, il est aussi possible de conditionner une transition, à l'aide de "gardes" : il s'agit d'expressions booléennes, exprimées en langage naturel et encadrées de crochets « [] ».

Etat et événement s'entre définissent mutuellement : un état est atteint depuis un événement (transition), un événement est ce qui déclenche un changement d'état. Mais ce qui permet de les distinguer est un critère lié à une certaine échelle du temps : un événement est instantané (un point sur une ligne de vie) alors qu'un état possède une durée (un segment sur la même ligne de vie).

1_{Document Uml_Notation.pdf page 103}

(2)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 2 La relation durée/instant que modélise ce type de diagramme constitue sa principale signification. En effet il est toujours possible, vu sous un autre angle, de considérer :

un instant comme une durée une durée comme instantanée

Comme nous l’avons souvent rencontré dans les différentes représentations UML, il s’agit à nouveau d’un problème de granularité de l’étude. Ce qui constitue un instant pour des applications de gestion sera considéré comme représentant une durée qu’il faudra gérer au mieux pour les informaticiens du « temps réel» !

2 Notation

On distingue trois types d'information sur un diagramme d'états :

les états, comme l'état initial, l'état final, ou les états courants (sur la figure suivante, Mineur et Majeur). les transitions, induisant un changement d'état, c'est-à-dire le passage d'un état à un autre.

les événements, déclenchant les changements d'états. 2.1 Etat, transition

Une transition est en général étiquetée par un label selon la syntaxe :

<NomÉvénement> [<Garde (ou contrainte)>] / <NomAction>

Sur la figure suivante, à partir de l'état Mineur, nous avons ici l'événement anniversaire qui, si l'âge est égal à 18 ans, fait passer dans l'état Majeur. Une garde est une condition attachée à une transition. La transition gardée ne sera franchie que si la condition de garde est satisfaite.

Figure 1: un événement avec une condition

En général, un état possède une ou des activités associées, qu'on indique sous le nom de l'état avec le mot-clef, par exemple : « do/ ».

Figure 2: deux états successifs avec des actions associées 2.2 Action – activité – événement

Il est important de faire la distinction entre une action (ponctuelle) attachée à une transition et une activité (continue), attachée à un état. Une action se caractérise par un traitement bref, insécable dans le sens des opérations du modèle conceptuel des traitements Merise. En revanche, une activité n'est pas nécessairement instantanée et peut être interrompue par l'arrivée d'un événement extérieur, et de l'action qu'il induira. Quand une transition ne dispose pas de label (donc pas d'événement), il est sous-entendu que la transition aura lieu dès la fin de l'activité. On parle de transition automatique.

(3)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 3 répondent à un événement externe auquel l'objet doit répondre.

Si un état répond à un événement à l'aide d'une action qui ne provoque pas un changement d'état, on parle d'action interne. On l'indique dans le corps de l'état, pour alléger le diagramme, en écrivant :

NomÉvénement / NomActionInterne

Le comportement en cas d'action interne est complètement différent de celui de l'auto-transition. 2.3 Evénements spéciaux

Une action correspond à une opération disponible dans l'objet dont on représente les états. Les actions propres à un état peuvent aussi être documentées directement à l'intérieur de l'état. UML définit un certain nombre de champs qui permettent de décrire les actions dans un état :

• entry / action : action exécutée à l'entrée de l'état • exit / action : action exécutée à la sortie de l'état

• on événement / action : action exécutée à chaque fois que l'événement cité survient • do / action : action récurrente ou significative, exécutée dans l'état

Toute action reliée à un événement d'entrée sera exécutée à chaque fois qu'on entre dans l'état, par n'importe quelle transition qui y conduit. A l'opposé, l'action liée à un événement de sortie est déclenchée à chaque fois que l'on sort de l'état, quelle que soit la transition incriminée.

En cas d'auto-transition, ou transition propre, on effectue les opérations correspondant à une sortie puis les opérations correspondant à une entrée.

2.4 Ordonnancement

L'ordre d'exécution des actions et activités d'un état donné est fixé, selon le type d'événement déclencheur, de la façon suivante :

Figure 3: Ordonnancement des activités • En entrée

On commence par réaliser l'action sur la transition d'entrée, puis l'action d'entrée, puis l'activité associée à l'état. Sur l'exemple de la figure suivante, si toutes les conditions sont vérifiées, le déclenchement de l'événement e1 entraîne la séquence d'actions a0, a1, puis le lancement de « activité ».

• En interne

On commence par interrompre l'activité en cours, on exécute l'action interne, puis on reprend l'activité. Le contexte de l'activité est sauvé lors de son interruption, en vue de la reprise. Sur l'exemple, si toutes les

! " # $ $%& '( ) *'( $ # $ $ + )'( " # $ $%& '( ) *'( $ # $ $ + )'( , -'( *. /'( /0 1'(

(4)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 4 conditions sont vérifiées, le déclenchement de l'événement e2 entraîne l'interruption de l'activité, l'exécution de l'action a4, puis la reprise de l'activité.

• En sortie

On commence par interrompre l'activité en cours, puis on exécute l'action de sortie, puis l'action sur la transition de sortie. Cette fois, le contexte de l'activité n'est pas sauvé lors de son interruption. Toujours sur le même exemple, si toutes les conditions sont vérifiées, le déclenchement de l'événement e4 entraîne l'interruption de l'activité, puis l'exécution des actions a2 puis a3.

Transition propre

On commence par interrompre l'activité en cours, puis on exécute : 1. l'action de sortie

2. l'action associée à la transition propre 3. l'action d'entrée

4. l’activité associée à l'état.

On note que cette fois l'activité est réinitialisée, puisqu'on est sorti de l'état. Sur l'exemple, si toutes les conditions sont vérifiées, le déclenchement de l'événement e 3 entraîne l'interruption de l'activité, puis l'exécution des actions a2, a5, puis a1, puis le lancement de « activité ».

2.5 Diagramme hiérarchisé 2.5.1 Super-état

Un super-état est un élément de structuration des diagrammes d'états-transitions. Il s'agit d'un état qui englobe d'autres états et transitions.

Le diagramme d'états-transitions ci-dessus, montre les différents états par lesquels passe une machine à laver les voitures.

En phase de lustrage ou de lavage, le client peut appuyer sur le bouton d'arrêt d'urgence. S'il appuie sur ce bouton, la machine se met en attente. Il a alors deux minutes pour reprendre le lavage ou le lustrage (la machine continue en phase de lavage ou de lustrage, suivant l'état dans lequel elle a été interrompue), sinon la machine s'arrête. En phase de séchage, le client peut aussi interrompre la machine. Mais dans ce cas, la machine s'arrêtera définitivement avant de reprendre un autre cycle entier.

Figure 4: Un diagramme hiérarchisé avec historique

+ & 2 2 3 4 ) 2 2 5 3 4 ) 4 * 6 $% 4 ) 4 ) 6 $%

(5)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 5 2.5.2 Historique

Le symbole de modélisation "historique", mémorise le dernier sous-état actif d'un super-état, pour y revenir directement ultérieurement. Il se note dans le super-état, à l'aire d'un H entouré d’un rond.

2.5.3 Souches :

Afin de clarifier un diagramme d'états-transitions complexe, il est possible de réduire la

charge d'information, tout en matérialisant la présence de sous-états, à l'aide de souches,

comme dans l'exemple ci-dessous.

Figure 5: Un diagramme hiérarchisé simplifié avec souches

Cela ne dispense bien sûr pas de préciser ce qui est contenu dans le super-état, sur un autre diagramme. 3 Propriétés des diagrammes d'états-transitions

3.1 Etats

En relation à son objet, un état peut être considéré de 3 manières différentes : vue externe : un état est une réponse de l'objet qui est sollicité par un événement vue interne : un état est un intervalle entre 2 événements

vue normative : un état est une condition portant sur les valeurs liées d'un groupe d'attributs de l'objet 3.2 Evénements.

UML répertorie 5 types d'événements qui ne sont pas nécessairement exclusifs :

1. le changement de valeur d'une condition booléenne : une expression passant de la Faux à Vrai, quel que soit le moment où elle survient peut constituer un événement.. La notation est réalisée par mot clé : when (expression). Ce qui est différent du concept de garde

2. la réception d'un signal explicite envoyé par un autre objet : un message d'erreur.

3. une demande d'opération faite par un autre objet: la demande de saisie d'une somme sur un terminal de paiement par carte bancaire

4. la fin d'un délai temporel: le délai d'attente de saisie d'un code de carte bancaire : after (expression). 5. la survenance d'une date peut être un événement (on l'appellera Timer) : Exemple le 31/12/1999, minuit

est un événement. Notation par mot clé : when (expression).

Les événements de type 2 et 3 se notent : nom_d'événement (liste de paramètres). Ils sont assimilables à des messages, et peuvent être porteurs d'attributs.

7 5 6 $% 4 ) 4 ) 6 $% 4 8

(6)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 6 par exemple :

LireCarte(Code)

Résultat( n°joueur, n°tour, n°lancer, n°dé, valeur)

Ils ont une portée qui est la visibilité du package dans lequel se trouve l'objet receveur de l'événement. Un événement n'est pas local à une classe. En cela, il constitue le moyen par lequel des diagrammes de comportement relatifs à des objets différents peuvent être reliés.

3.3 Règles de construction et d'interprétation :

Toutes les transitions quittant un état donné doivent être déclenchées par des événements différents. Mais, à l'inverse un événement unique peut déclencher des transitions sur des états différents, c'est le cas, respectivement, des événements Pat et Echec de l’exemple suivant.

Si un objet se trouve dans un état E1 et qu'il se produit un événement déclaré, il passe alors dans un état E2 : on dit que la transition est franchie instantanément. S'il se produit un événement non déclaré sur un état, il est ignoré et perdu. E2 peut être égal à E1 : il s'agit d'une transition réflexive qui fait retourner l'objet dans le même état. Le plus souvent elle a pour effet une modification de valeur d'un attribut qui n'est pas pertinente pour cet état : en cours de composition d'un numéro de téléphone, la nouvelle frappe d'un chiffre ne change pas l'état de l'appareil (sauf s'il s'agit de la dernière) mais c'est pourtant un événement.

Si plusieurs transitions sont possibles à partir d'un état, c'est le premier événement qui survient qui provoque le franchissement de la transition concernée. C'est à un scénario qu'il revient de décrire le chemin qui est concrètement suivi, si nécessaire.

3.4 Les deux catégories de diagrammes états-transitions

Le diagramme de la partie d'échecs est marqué par un début et une fin : on dit qu'il s'agit d'un diagramme "une seule fois". Il comporte :

un état initial noté par un point : un pseudo-état sans durée qui marque le début de la vie de l'objet (on peut le voir comme l'événement de création de l'objet).

un état final noté par un point dans un cercle : un pseudo-état qui marque la fin de la vie de l'objet. On peut le voir comme l'événement de destruction de l'objet.

Figure 6: Diagramme d'une partie d'échecs

La seconde catégorie est celle des diagrammes "en boucle continue" : elle suppose un objet à durée de vie infinie. Exemple : diagramme de comportement de l'objet Année_Climatique des pays tempérés:

(7)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 7 Figure 7: Diagramme d'une année climatique

3.5 Gardes sur les transitions

La condition de garde est notée entre [ ], c'est une expression booléenne qui fonctionne comme paramètre de l'événement déclencheur de la transition entre deux états. Pour que la transition soit franchie il faut : • que l'événement survienne

• que la condition possède la valeur "Vrai".

Figure 8: Diagramme avec une garde

Une condition est une fonction booléenne qui porte sur une valeur. Ce n'est donc pas un événement : elle vaut pour une certaine durée alors qu'un événement n'a pas de durée. Elle ressemble donc davantage à un état, mais un état relatif à quelque chose d'extérieur à l'objet dont le graphe exprime la dynamique. Si l'événement survient alors que la condition n'est pas remplie, celui-ci est ignoré.

3.6 Actions sur les transitions

Il s'agit d'une opération instantanée associée à un événement, qui provoque le changement d'état de l'objet. L'action qui figure sur une transition est considérée comme instantanée, au regard de l'évolution dans le temps de l'objet.

Elle peut concerner des attributs ou des liens de l'objet propriétaire. Une action peut contenir des parties plus élémentaires, mais elle est exécutée en totalité sur le franchissement de la transition. C'est le principe de l'instantanéité.

3.7 Etats concurrents

Un état est composé de régions dans lesquelles un état d'une région s'additionne à un état d'une autre région pour former l'état de l'objet. Ce dernier peut donc être dans deux états simultanés

Il ne sera pas aisé d'y exprimer des incompatibilités d'addition. S'il devient nécessaire de préciser le modèle on pourra transformer les attributs en objets de 2 classes différentes, leur interaction étant décrite dans un

(8)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 8 diagramme de collaboration

3.8 Un premier exemple3 récapitulatif

Figure 9: La classe véhicule

Dans l'exemple ci-dessus les valeurs possibles pour les attributs sont les suivantes: moteur : coupé / en marche

embrayage : embrayé /débrayé situation : à l'arrêt / circulant

La liste exhaustive des états possibles d'une instance de véhicule est la suivante:

moteur coupé, embrayé, à l'arrêt moteur coupé, embrayé, circulant moteur coupé, débrayé, à l'arrêt moteur coupé, débrayé, circulant

moteur en marche, embrayé, à l'arrêt moteur en marche, embrayé, circulant moteur en marche, débrayé, à l'arrêt moteur en marche, débrayé, circulant

On obtient 8 états4 possibles.

En prenant en compte l'attribut vitesse dont les valeurs ont été discrétisées et sans modéliser l'activité de l'embrayage, la description du comportement du véhicule peut se représenter de deux façons:

Figure 10: Description par états concurrents

L'état du Véhicule résulte d'une composition entre l'état de sa situation ET celle de son moteur

3 _{Bernard Morand, Institut Universitaire de Technologie, Département Informatique, Rue Anton} Tchékhov, B.P. 53, 14123 Ifs Cedex

(9)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 9 Figure 11: Description par spécialisation d'état

L'état du Véhicule à l'arrêt est spécialisé en moteur en marche OU moteur éteint 3.9 Un second exemple5

Dans l'exemple suivant l'automate K est composé des sous-automates L et M.

L et M s'activent simultanément et évoluent en parallèle. Au départ, l'objet dont on modélise les états par l'automate K est dans l'état composite (E-L1, E-M1).

Après l'événement Tr1, K passe dans l'état composite (E-L2, E-M2). Par la suite, si l'événement Tr2 survient, K passe dans l'état composite (E-L3, E-M2). Si c'est Tr4 qui survient, M ne passe pas dans l'état E-M1, car cette transition est contrainte par l'état de L ("[in E-L3]").

Dans l'état composite (E-L3, E-M2), si Tr3 survient, K passe dans l'état composite (E-L2, E-M2). Si c'est Tr4 qui survient, K passe dans l'état composite (E-L3, E-M1). Et ainsi de suite...

Figure 12: Exemple de sous automates

la numérotation des événements n'est pas significative. Pour synchroniser les sous-automates d'une agrégation d'états, il faut contraindre les transitions, comme dans l'exemple ci-dessus ("[in E-L3]").

On peut aussi utiliser un symbole spécial : "la barre de synchronisation".

(10)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 10 • La barre de synchronisation permet de représenter graphiquement des points de synchronisation. • Les transitions automatiques qui partent d'une barre de synchronisation ont lieu en même temps. • On ne franchit une barre de synchronisation qu'après réalisation de toutes les transitions qui s'y

rattachent.

Figure 13: Exemple de diagrammes états-transitions avec barres de synchronisation UML permet aussi de paramétrer les événements, comme dans l'exemple suivant :

Figure 14: Un diagramme états-transitions avec événements paramétrés

3.10 Etats spécialisés

Le contour détermine un raffinement de l'état de l'objet qui ne peut se trouver à un moment donné que dans l'un des sous-états du contour : Véhicule à l'arrêt, moteur en marche ou bien véhicule à l'arrêt moteur éteint. Une transition entre un super état et le contour exprime un héritage : la transition stopper s'applique indifféremment aux deux sous états moteur en marche, moteur éteint et conduit à l'état Véhicule à l'arrêt. Il en irait de même dans l'autre sens (transition contact). Mais le pseudo-état initial contraint cette transition à tomber sur moteur en marche dans l'exemple. On peut donc fixer des règles de cohabitation du super état et du contour.

(11)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 11 • À chaque instant, un objet est dans un état donné.

• Si quelque chose affecte l'état d'un objet on dit qu'il subit une transition d'état. • Techniquement, l'ensemble des valeurs des attributs constitue l'état de l'objet. • Les diagrammes d'états-transitions modélisent le cycle de vie d'un objet.

• Les objets possèdent un ensemble type d'états par lesquels ils vont passer. Tous les objets d'une même classe possèdent le même ensemble type d'états.

• Un objet passe d'un état à l'autre en réponse à un événement produit par un autre objet ou en réponse à un événement généré de l'extérieur du système.

• Le cycle de vie d'un objet comporte les divers états à travers lesquels l'objet peut passer, ainsi que les transitions acceptables et l'enchaînement des transitions depuis sa création jusqu'à sa disparition.

• Un diagramme d'états-transitions illustre les diverses transitions acceptables pour une classe, de même que les événements qui les provoquent et les actions qui en résultent.

• Toutes les instances d'une classe ont le même diagramme d'états-transitions. Mais dans l'exécution d'un diagramme d'états-transitions, chaque instance peut être dans un état différent des autres objets de la classe.

• La coordination des états de deux objets est souvent assurée par la génération d'événement par l'un ou par l'autre des objets.

• Un état dure depuis l'instant où un événement l'a provoqué jusqu'à ce qu'un autre événement l'en fasse sortir. Un état possède donc une durée.

• Lorsque d'un changement d'état est provoqué par un événement, il n'y a qu'une seule possibilité de transition compte tenu de la nature de l'événement. La réponse à l'événement n'est aucunement probabiliste ou stochastique.

• Un événement est un comme un message reçu: dès que l'on en a pris connaissance, on peut en disposer car il ne sert plus à rien. La seule trace qu'il laissera est le changement d'état qu'il a entraîné.

• Si un événement comporte une commande à exécuter, cet événement aura toujours la même signification et véhiculera les mêmes données pour la machine abstraite que représente le diagramme d'états-transitions.

• Un événement comporte l'information nécessaire et suffisante pour provoquer l'action induite par le passage au nouvel état.

• Tous les événements qui entraînent un objet dans un même état doivent véhiculer les mêmes informations. Il en est de même pour les diverses variations d'un même événement, par exemple un événement qui peut se produire dans divers états et qui conduit au même état résultant.

• Une machine séquentielle représente l'ensemble des événements qui ont conduit à l'exécution d'un diagramme d'états-transitions pour une instance de la classe en particulier.

• Un cycle de vie objet conduit au résultat final suivant: le cycle se poursuit à l'infini, il se termine par la destruction de l'objet, il se termine par l'archivage de l'objet dans un état passif.

• Puisqu'une action prendra la forme d'un fragment de programme, elle doit être décrite avec précision. Au stade de l'analyse une description en français structuré ou en pseudocode peut être envisagée. À la conception on doit nécessairement par appel au pseudocode.

• Toute action doit prendre en compte la hiérarchie. Par exemple les méthodes de création des instances doivent assurer la création d'instance des sous-classes et des superclasses.

• Il est essentiel de modéliser les événements rares ou imprévisibles qui se produisent au mauvais moment ou sous de mauvaises conditions.

• L'événement a-t-il toujours la même signification? Un événement qui se produit dans un certain état peut provenir de sources très différentes dans la réalité.

• Tout nouvel événement doit être pris en compte par le diagramme d'états-transitions. • Une table de transition d'état ne peut comporter que les 3 situations suivantes:

• 1- transition vers un nouvel état • 2- situation impossible

(12)

_____________________________________________________________________________

Le Langage UML 2.0 Claude Belleil Université de Nantes 12 Index:

1 Introduction ... 1

2 Notation... 2

2.1 Etat, transition ... 2

2.2 Action – activité – événement ... 2

2.3 Evénements spéciaux ... 3 2.4 Ordonnancement... 3 2.5 Diagramme hiérarchisé ... 4 2.5.1 Super-état ... 4 2.5.2 Historique... 5 2.5.3 Souches : ... 5

3 Propriétés des diagrammes d'états-transitions... 5

3.1 Etats ... 5

3.2 Evénements. ... 5

3.3 Règles de construction et d'interprétation :... 6

3.4 Les deux catégories de diagrammes états-transitions... 6

3.5 Gardes sur les transitions... 7

3.6 Actions sur les transitions... 7

3.7 Etats concurrents ... 7

3.8 Un premier exemple récapitulatif ... 8

3.9 Un second exemple... 9

3.10 Etats spécialisés... 10

4 En résumé... 10