UML状态图的并行与合并状态处理方法

第43卷第15期电力系统保护与控制V ol.43 No.15 2015年8月1日Power System Protection and Control Aug. 1, 2015 基于UML状态图和Qt状态机框架的IEC104规约的分析与实现余 存，黄利军，黄浩然，申艳红，张 睿，崔晓优，贾帅峰(许继电气直流输电系统公司，河南 许昌 461000)摘要：为了提高软件的可维护性和可扩展性，降低规约开发的复杂度，基于统一建模语言(UML)的状态图理论对IEC 60870-5-104规约主站端进行了分析。

抽象定义了动作、事件和状态，利用UML状态图分层和并发特性设计了规约逻辑状态图，并使用Qt的自动机框架进行了软件实现。

结果表明，设计出的状态图层次结构分明，逻辑关系清晰，各功能模块间相互独立，而且降低了耦合度，编程实现简单明了，体现了这种方法的优越性，对其他复杂通信规约的开发也具有一定的参考价值。

关键词：IEC 60870-5-104；统一建模语言UML；状态图；有限状态机；QtAnalysis and implementation of IEC 104 based onUML statechart and Qt state machine frameworkYU Cun, HUANG Lijun, HUANG Haoran, SHEN Yanhong, ZHANG Rui, CUI Xiaoyou, JIA Shuaifeng(XJ HVDC Electric Power Transmission Company, Xuchang 461000, China)Abstract: In order to improve maintainability and expansibility of software, reduce the complexity of protocol development, based on the statechart theory of Unified Modeling Language (UML), this paper analyzes the master side of IEC 60870-5-104, abstracts and defines actions, events and states; designs the statecharts of protocol logic based on the hierarchy and parallel characteristics and implements the software using Qt state machine framework. The results show that the hierarchy structure of statecharts is distinct, the logic is clear, every function model is independent of each other, and the coupling is reduced; programming implementation using Qt state machine framework is easy, showing it is a good solution. This kind of analysis and implementation method has also good reference value to the development of other complex communication protocol.Key words: IEC 60870-5-104; Unified Modeling Language; statechart;finite-state machine; Qt中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2015)15-0118-080 引言IEC60870-5-104[1]规约是IEC60870-5-101 远动通信规约的以太网实现方式，与IEC101规约相比，增加了防止报文丢失及异步确认机制使数据传输更加可靠和高效，因此不仅在厂站与调度系统的通信中使用，也应用于变电站监控系统、智能辅助系统、EMS系统和铁路系统装置通信中[2-6]。

UML图详解（⼋）——状态机（状态图和活动图）⼀、概念状态图和活动图是状态机的两种表现形式。

利⽤状态机可以精确地描述对象的⾏为。

从对象的初始状态起，开始响应事件并执⾏某些动作，这些事件引起状态的转换；对象在新状态下⼜开始响应事件和执⾏动作，如此连续进⾏直到终结状态。

⼆、状态图状态图（State Diagram）=状态（State）+迁移（Transition）⼀个状态图描述⼀个状态机。

状态图表现从⼀个状态到另⼀个状态的控制流。

<1>状态图的语法1>除了状态中的初始状态（实⼼圆）和终⽌状态（⽜眼形状），其它状态⽤⼀个圆⾓矩形表⽰转换表⽰状态间可能的路径，⽤箭头表⽰事件/动作写在由它们触发引起的转换上<2>状态2>状态⼀般是给定类对象中的⼀组属性值，在其所在的上下⽂中应该唯⼀，但可以匿名。

在对系统建模时，我们可以只关⼼那些明显影响对象⾏为的属性以及由他们表达的对象状态，⽽不⽤理睬那些于对象⾏为⽆关的状态。

表⽰⽅式：状态由⼀个带圆⾓的矩形表⽰。

应⽤标签标⽰状态的内部活动。

语法：标签/活动表达式UML提供的标签：1. entry：当进⼊⼀个状态的时候被⾃动触发，该活动在状态中其它任何活动之前被⾃动触发。

2. do：当状态处于激活时执⾏do活动，do活动在进⼊活动之后执⾏，并且⼀直运⾏到它本⾝完成为⽌。

3. exit：当离开⼀个状态的时候被⾃动触发，该活动在该状态结束之前、所有其它活动都完成后被触发。

状态可以嵌套状态图，此时状态称为组成状态，否则为简单状态。

⼊⼝事件表⽰⼀个⼊⼝的动作序列，它在进⼊状态时执⾏。

⼊⼝事件的动作是原⼦的，并且先于⼈和内部活动或转换。

出⼝事件表⽰⼀个出⼝的动作序列，它在退出状态时执⾏。

出⼝事件也是原⼦的，它跟在所有的内部活动之后，但是先于所有的出⼝转换。

1. 简单状态（Simple State）2. 复合状态（Composite State）复合状态可以有多组状态图，每组⽤虚线分割开来。

UML中的状态图绘制指南和使用技巧UML（Unified Modeling Language）是一种用于软件系统建模的标准化语言，它提供了一套丰富的图形符号和规范，方便开发人员进行系统设计和分析。

在UML中，状态图是一种常用的建模工具，用于描述对象在不同状态之间的转换和行为。

本文将为您介绍UML中的状态图绘制指南和使用技巧。

1. 状态图的基本概念在绘制状态图之前，我们首先需要了解状态图的基本概念。

在UML中，状态图由状态（State）、转换（Transition）、事件（Event）和动作（Action）等元素构成。

状态是指对象所处的特定情况或条件，它可以是一个简单的状态，也可以是一个复杂的状态集合。

状态之间通过转换来连接，转换表示对象在不同状态之间的切换。

转换可以由事件触发，事件是导致状态转换的原因或条件。

转换发生时，可以执行相应的动作。

2. 绘制状态图的步骤在绘制状态图时，我们可以按照以下步骤进行：（1）确定对象：首先确定需要建模的对象，这可以是一个系统、一个组件或者一个类等。

（2）确定状态：根据对象的特性和需求，确定对象的状态。

状态应该具有明确的含义和可辨识性。

（3）确定事件和转换：确定导致状态转换的事件，并将其与相应的转换关联起来。

事件可以是外部的，也可以是内部的。

（4）确定动作：对于每个状态转换，确定需要执行的动作。

动作可以是简单的操作，也可以是复杂的行为。

（5）绘制状态图：根据以上确定的元素，使用UML提供的符号和规范进行绘制。

状态图应该清晰明了，易于理解和沟通。

3. 使用技巧在绘制状态图时，我们可以采用一些技巧来提高建模效果和可读性。

（1）合理使用分区：状态图可以使用分区来组织和分组状态，提高可读性。

可以根据功能、角色或者其他特性进行分区。

（2）使用注释和说明：在状态图中，可以使用注释和说明来解释状态、转换和动作的含义和目的。

这有助于其他人理解和使用状态图。

（3）避免过多细节：状态图应该关注对象的状态和转换，而不是过多的细节。

UML活动图的并发操作与线程处理技巧在软件开发过程中，为了提高系统的性能和响应速度，往往需要使用并发操作来处理多个任务。

而UML活动图是一种常用的建模工具，可以用来描述系统中的并发操作。

本文将探讨UML活动图的并发操作与线程处理技巧。

一、并发操作的概念与应用并发操作指的是在同一时间段内执行多个任务的能力。

在软件开发中，常见的并发操作包括多线程处理、异步任务和并行计算等。

通过并发操作，可以提高系统的吞吐量、响应速度和资源利用率。

在UML活动图中，可以使用多个分支和合并节点来表示并发操作。

分支节点表示任务的开始，合并节点表示任务的结束。

通过连接线将分支节点和合并节点连接起来，可以形成并发路径。

在并发路径上，可以同时执行多个任务。

二、UML活动图的并发操作示例下面以一个简单的购物系统为例，来说明UML活动图中的并发操作。

假设购物系统包含两个并发任务：选择商品和结算。

首先，我们可以使用一个初始节点表示购物系统的开始。

然后，使用一个分支节点来表示并发任务的开始。

在分支节点之后，可以使用两个活动节点来表示选择商品和结算这两个任务。

在选择商品和结算任务之后，分别可以使用两个合并节点来表示任务的结束。

最后，使用一个结束节点来表示购物系统的结束。

通过连接线将初始节点、分支节点、活动节点、合并节点和结束节点连接起来，就可以形成一个完整的UML活动图。

在这个图中，选择商品和结算这两个任务可以并发执行，提高了系统的效率。

三、线程处理技巧在实际的软件开发中，线程处理是实现并发操作的常用方法。

下面介绍几个线程处理的技巧。

1. 线程同步：在多线程环境下，为了避免数据竞争和资源冲突，需要使用线程同步技术。

常见的线程同步技术包括互斥锁、条件变量和信号量等。

2. 线程通信：在多线程环境下，不同线程之间需要进行通信，以实现数据的共享和协同处理。

常见的线程通信技术包括管道、消息队列和共享内存等。

3. 线程池：在多线程环境下，频繁地创建和销毁线程会带来较大的开销。

UML活动图的并行与合并技巧解析UML（Unified Modeling Language）是一种用于软件开发的建模语言，其中的活动图（Activity Diagram）被广泛应用于描述系统的行为。

活动图可以帮助开发人员更好地理解和设计系统的流程，其中的并行与合并技巧是活动图中的重要组成部分。

一、并行技巧在活动图中，通过并行技巧可以描述多个活动同时进行的情况。

并行技巧可以提高系统的并发性和效率，下面将介绍几种常见的并行技巧。

1. 分支（Fork）分支是指在活动图中将一个活动分成多个并行的子活动。

分支可以用来表示系统在某个节点上的选择，不同的选择会导致系统进入不同的子活动。

分支通常使用菱形图标表示，并且从菱形图标中延伸出多条并行的箭头，每条箭头代表一个子活动。

2. 并行（Parallel）并行是指在活动图中多个活动可以同时进行。

并行通常使用矩形图标表示，矩形图标中的活动可以同时进行，而不需要等待其他活动的完成。

并行可以提高系统的效率，但需要注意协调不同活动之间的数据和资源共享。

3. 同步（Join）同步是指在活动图中多个并行的活动在某个节点上汇合为一个活动。

同步通常使用菱形图标表示，多个并行的箭头从不同的活动指向同一个菱形图标，表示这些活动在同一个节点上汇合。

同步可以用来表示多个活动的结果需要合并为一个结果的情况。

二、合并技巧合并是指在活动图中将多个活动合并为一个活动的技巧。

合并可以用于简化活动图的结构和流程，下面将介绍几种常见的合并技巧。

1. 合并（Merge）合并是指在活动图中将多个并行的活动合并为一个活动。

合并通常使用矩形图标表示，矩形图标中的活动是多个并行活动的结果，表示这些活动已经完成并合并为一个结果。

合并可以用来表示多个并行活动的结果需要合并为一个结果的情况。

2. 汇总（Join）汇总是指在活动图中将多个活动的结果汇总为一个结果。

汇总通常使用矩形图标表示，矩形图标中的活动是多个活动的结果，表示这些活动的结果已经汇总为一个结果。

UML顺序图的并发与同步消息处理指南在软件开发过程中，UML（统一建模语言）顺序图是一种常用的工具，用于描述系统中对象之间的交互。

其中，并发与同步消息处理是顺序图中一个重要的方面。

本文将为读者提供一份UML顺序图的并发与同步消息处理指南，帮助开发人员更好地理解和应用这一概念。

1. 并发消息处理在现代软件系统中，并发性是不可避免的。

当多个对象同时执行任务时，它们可能需要相互协调和通信。

在UML顺序图中，可以使用并发消息处理来表示这种情况。

并发消息处理的关键是使用多个垂直虚线表示不同的对象，并使用实线箭头表示消息的传递。

这样可以清晰地展示不同对象之间的交互。

同时，可以使用标记来表示消息的类型，如同步消息、异步消息和返回消息。

2. 同步消息处理在某些情况下，对象之间的交互需要同步进行，即一个对象必须等待另一个对象的响应才能继续执行。

在UML顺序图中，可以使用同步消息处理来表示这种情况。

同步消息处理使用实线箭头表示消息的传递，并使用垂直虚线表示对象的活动。

当一个对象发送同步消息给另一个对象时，发送者将暂停执行并等待接收者的响应。

只有当接收者发送返回消息后，发送者才能继续执行。

3. 并发与同步消息处理的应用并发与同步消息处理在实际的软件开发中有广泛的应用。

例如，在多线程编程中，不同线程之间需要进行协调和通信。

使用UML顺序图可以清晰地表示线程之间的交互。

另一个例子是分布式系统中的消息传递。

当不同的节点之间需要进行通信时，可以使用UML顺序图来描述消息的传递和对象之间的交互。

4. 并发与同步消息处理的注意事项在使用并发与同步消息处理时，开发人员需要注意以下几点：首先，确保消息的顺序和时序正确。

在顺序图中，消息的顺序和时序是非常重要的。

开发人员应该仔细考虑消息的发送和接收顺序，以确保系统的正确性。

其次，避免死锁和竞态条件。

并发性带来了一些潜在的问题，如死锁和竞态条件。

开发人员应该设计合适的同步机制，以避免这些问题的发生。

UML状态图的状态迁移与约束条件的复杂情况的处理技巧与经验积累在软件开发中，UML（Unified Modeling Language）状态图是一种重要的建模工具，用于描述系统中对象的状态以及状态之间的转换关系。

它可以帮助开发者更好地理解系统的行为，并在设计和实现过程中提供指导。

然而，当涉及到状态迁移与约束条件的复杂情况时，开发者可能会面临一些挑战。

本文将探讨处理这些复杂情况的技巧与经验积累。

首先，当状态图中存在多个状态迁移路径时，开发者需要注意路径之间的优先级关系。

在某些情况下，系统可能存在多个满足条件的迁移路径，但只有一个路径应该被执行。

这时，可以通过为每个路径设置优先级来解决冲突。

优先级较高的路径将覆盖较低优先级的路径，确保系统按照预期的方式进行状态转换。

其次，约束条件在状态迁移中起着重要的作用。

约束条件可以限制状态迁移的条件，确保系统在满足一定条件时才能进行状态转换。

然而，当约束条件变得复杂时，开发者可能会陷入困境。

在这种情况下，一种常见的做法是将复杂的约束条件拆分为多个简单的条件，并使用逻辑运算符（如AND、OR、NOT）来组合这些条件。

这样可以提高可读性和可维护性，并且使约束条件的处理更加灵活。

此外，当状态图中存在多个对象时，状态迁移与约束条件的复杂情况可能会进一步增加。

在这种情况下，开发者需要考虑不同对象之间的交互和依赖关系。

一种常见的做法是使用协作图或序列图来描述对象之间的消息传递和相互作用。

这些图可以帮助开发者更好地理解对象之间的关系，并在状态迁移和约束条件的处理中提供指导。

此外，对于一些特殊情况，开发者可能需要使用扩展机制来处理状态迁移与约束条件的复杂情况。

UML提供了一些扩展机制，如使用活动图来描述状态迁移的具体行为，或使用状态机图来描述状态迁移的顺序和条件。

这些扩展机制可以帮助开发者更好地处理复杂情况，并提供更详细和准确的建模。

最后，经验积累在处理复杂情况时起着重要的作用。

UML状态图的状态迁移与约束条件的复杂情况处理技巧UML（Unified Modeling Language）状态图是一种常用的建模工具，用于描述对象或系统在其生命周期中的各种状态以及这些状态之间的转换关系。

在实际应用中，状态迁移和约束条件的处理往往会变得复杂，需要一些技巧来处理这些情况。

1. 状态迁移的复杂情况在状态图中，状态迁移表示对象或系统从一个状态转换到另一个状态的过程。

有时候，状态迁移可能会有多个条件或多个路径，这就增加了处理的复杂性。

首先，我们可以使用分支结构来处理多个条件的情况。

分支结构可以根据不同的条件选择不同的状态迁移路径。

例如，一个订单系统中，当订单状态为“待支付”时，可以有两个分支，一个是用户选择在线支付，另一个是用户选择货到付款。

根据用户的选择，订单状态会分别转移到“支付中”或“待发货”状态。

其次，我们可以使用合并结构来处理多个路径的情况。

合并结构可以将多个状态迁移路径合并为一个路径。

例如，在一个电梯控制系统中，当电梯在不同的楼层停下时，可以有多个状态迁移路径，例如从“上升中”到“停止”或从“下降中”到“停止”。

使用合并结构可以将这些路径合并为一个路径，表示电梯停止的状态。

2. 约束条件的复杂情况处理在状态图中，约束条件用于限制状态迁移的发生。

有时候，约束条件可能会很复杂，需要一些技巧来处理。

首先，我们可以使用守卫条件来处理复杂的约束条件。

守卫条件是一种与状态迁移关联的布尔条件，只有当守卫条件为真时，状态迁移才能发生。

例如，在一个银行系统中，当用户账户余额低于一定金额时，不允许进行取款操作。

可以使用守卫条件来限制状态迁移的发生，只有当用户账户余额大于等于一定金额时，才能进行取款操作。

其次，我们可以使用分支结构来处理多个约束条件的情况。

分支结构可以根据不同的条件选择不同的状态迁移路径。

例如，在一个购物系统中，当用户点击“下单”按钮时，需要满足多个约束条件，例如库存是否充足、用户是否登录等。