Zustandsdiagramm – Tutorial

Als Zustandsautomat wird ein Gerät bezeichnet, das den Status eines Objekts zu einem bestimmten Zeitpunkt aufzeichnet und auf der Basis der jeweils empfangenen Eingaben Statusänderungen bzw. weitere Aktionen auslösen kann. Der Begriff „Zustand“ bezieht sich dabei nicht auf das Verhalten des betreffenden Objekts, sondern auf die unterschiedlichen Kombinationen der darin enthaltenen Informationen. Zum besseren Verständnis der unterschiedlichen Zustände kann es nützlich sein, sämtliche möglichen Zustände abzubilden und zu veranschaulichen, wie sie jeweils erreicht werden. Dazu bietet sich ein UML-Zustandsdiagramm an.

Am Anfang eines jeden Zustandsdiagramms steht üblicherweise ein dunkler Kreis, der den Anfangszustand angibt. Am Ende befindet sich ein Kreisrand, der den Endzustand angibt. Zustandsdiagramme haben zwar eindeutige Anfangs- und Endpunkte, eignen sich jedoch nur bedingt zur Abbildung einer Reihenfolge von Ereignissen. Vielmehr werden darin spezielle Verhaltensweisen veranschaulicht, insbesondere Wechsel von einem Zustand in einen anderen.

In Zustandsdiagrammen werden vor allem Zustände und Übergänge abgebildet. Zustände werden durch Rechtecke mit abgerundeten Ecken dargestellt, die mit dem Namen des Zustands beschriftet werden. Übergänge werden mit Pfeilen, die von einem Zustand zu einem anderen verlaufen, gekennzeichnet und geben die Zustandsveränderung an. Unten stehend sehen Sie ein Beispiel für die Funktionsweise dieser beiden Elemente in einem einfachen Diagramm, das die Stufen des Bachelor-Studiums an einem US-College darstellt. Mit unserem UML-Diagramm-Tool können Sie Diagramme für jeden gewünschten Zustandsautomaten erstellen.

Wie für die meisten anderen UML-Diagramme gibt es auch für Zustandsdiagramme unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten. Hauptsächlich werden sie zu folgenden Zwecken eingesetzt:

• Abbildung ereignisgesteuerter Objekte in einem reaktiven System.

• Veranschaulichung von Nutzungsszenarien im Unternehmensbereich.

• Beschreibung dessen, wie ein Objekt im Laufe seiner Lebensdauer verschiedene Zustände durchläuft.

• Aufzeigen des Gesamtverhaltens eines Zustandsautomaten oder des Verhaltens mehrerer miteinander verbundener Zustandsautomaten.

In einem Zustandsdiagramm können Sie viele unterschiedliche Formen darstellen. Dies gilt insbesondere dann, wenn Sie zwei oder mehrere Diagramme miteinander kombinieren. Folgende Formen werden am häufigsten verwendet:

Zusammengesetzter Zustand

Ein Zustand, der sich aus mehreren Unterzuständen zusammensetzt. Bei dem unten dargestellten Zustandsdiagramm: Universität beispielsweise ist „Einschreibung“ der übergeordnete zusammengesetzte Zustand, der verschiedene im Zuge des Einschreibungsprozesses auftretende Unterzustände umfasst.

Pseudostatus Entscheidung

Dieses Rautensymbol zeigt eine dynamische Bedingung mit verzweigten möglichen Ergebnissen an.

Ereignis

Eine Instanz, die einen Übergang auslöst. Ein Ereignis wird jeweils als Beschriftung über dem entsprechenden Übergangspfeil eingetragen. In diesem Fall ist „Ende der Lehrveranstaltungen“ (classes end) das Ereignis, das das Ende des Zustands „Besuch von Lehrveranstaltungen“ (Being taught) sowie den Anfang des Zustands „Abschlussprüfungen“ (Final exams) auslöst.

Austrittspunkt

Der Punkt, an dem ein Objekt einen zusammengesetzten Zustand bzw. einen Zustandsautomaten verlässt. Er wird gekennzeichnet durch einen Kreis mit einem X darin. Der Austrittspunkt wird in der Regel dann verwendet, wenn der Prozess nicht bis zum Ende abgewickelt wurde, sondern aufgrund eines Fehlers oder anderen Problems vorzeitig abgebrochen werden muss.

Ausgangszustand

Ein Marker für den Ausgangszustand in dem betrachteten Prozess, dargestellt durch einen dunklen Kreis mit einem Übergangspfeil.

Guard

Eine Boolesche Bedingung, die einen Übergang zulässt oder verhindert; sie wird über dem Übergangspfeil eingetragen.

State

Ein Rechteck mit abgerundeten Ecken, das die aktuelle Natur eines Objekts angibt.

Substate

Ein im Bereich eines zusammengesetzten Zustands enthaltener Zustand. In dem unten stehenden Zustandsautomaten-Diagramm: Universität ist „Einschreibefrist läuft“ (Open for enrollment) ein Unterzustand innerhalb des zusammengesetzten Zustands „Einschreibung“ (Enrollment).

Terminator

Ein Kreis mit Punkt darin bedeutet, dass ein Prozess abgeschlossen ist.

Übergang

Ein Pfeil, der von einem Zustand zu einem anderen verläuft, zeigt eine Zustandsveränderung an.

Übergangsverhalten

Ein Verhalten, das als Ergebnis einer Zustandsänderung auftritt und über dem Übergangspfeil eingetragen wird.

Auslöser

Eine Nachrichtenart, die aktiv ein Objekt von einem Zustand in einen anderen überführt und über dem Übergangspfeil eingetragen wird. In diesem Beispiel ist „Problem mit der Buchung“ der Auslöser, der bewirken würde, dass die betreffende Person zum Reisebüro im Flughafen geht, anstatt die nächste Prozessstufe zu durchlaufen.

Beispiel für ein Zustandsdiagramm: Terminplanung

In diesem Beispiel für ein Zustandsautomaten-Diagramm wird der Prozess dargestellt, anhand dessen jemand einen Termin im Kalender einträgt. In dem zusammengesetzten Zustand „Datum prüfen“ prüft das System den Kalender in mehreren unterschiedlichen Unterzuständen auf Verfügbarkeit. Wenn der gewünschte Zeitpunkt auf dem Kalender nicht verfügbar ist, wird der Prozess abgebrochen. Zeigt der Kalender jedoch Verfügbarkeit an, wird der Termin zum Kalender hinzugefügt.

Beispiel für ein Zustandsdiagramm: Universität

In diesem Zustandsdiagramm wird der Prozess der Einschreibung für einzelne Lehrveranstaltungen an einer Universität modelliert. Der zusammengesetzte Zustand „Einschreibung“ besteht dabei aus mehreren Unterzuständen, die Studierende im Zuge des Einschreibungsprozesses durchlaufen. Im Anschluss an die Einschreibung erfolgt zunächst der Übergang zum Zustand „Besuch von Lehrveranstaltungen“ und dann weiter zum Zustand „Abschlussprüfungen“.

Beispiel für ein Zustandsdiagramm: Fluggastabfertigung

Im folgenden Beispiel werden die einzelnen Schritte der Fluggastabfertigung in vereinfachter Form dargestellt. Für Fluggesellschaften bietet ein solches Diagramm eine Hilfestellung bei der Straffung von Arbeitsabläufen zur Vermeidung unnötiger Arbeitsschritte.