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第6章 状态图与活动图
考试重要度：★★★★★
核心内容：状态图的组成（状态/转移/事件）、四种事件类型、活动图元素（泳道/分支/分叉汇合）、状态vs活动的区别
📢 从手机理解状态图和活动图
💬 你的手机有以下状态：闲置 → 解锁 → 使用中 → 锁屏 → 闲置。
每个状态之间的切换需要事件触发：点击屏幕、输入密码、按电源键……
这就是状态图——描述一个对象在生命周期内的状态变化。
而活动图描述的是一个流程：比如"打电话"这个活动——打开拨号盘 → 输入号码 → 点击拨号 → 通话 → 挂断。这其中可能涉及多个对象。
💡 一、状态图的核心元素
状态图三要素
┌──────────┐ 事件[条件]/动作 ┌──────────┐
│ 状态A │ ─────────────────→ │ 状态B │
└──────────┘ └──────────┘
| 要素 | 说明 |
|---|---|
| 状态 | 对象在某个时刻所处的条件或状况 |
| 转移 | 从一个状态到另一个状态的变化 |
| 事件 | 触发状态转移的原因 |
状态的组成
┌────────────────────────┐
│ 状态名 │
├────────────────────────┤
│ entry / 入口动作 │
│ exit / 出口动作 │
│ do / 持续活动 │
│ 内部转移（不离开状态） │
└────────────────────────┘
组合状态和历史状态
💬 组合状态：一个大状态里面还有小状态的变化过程。
例：汽车"行驶"状态里面还有子状态：加速、匀速、减速。
💬 历史状态：记住离开组合状态时处于哪个子状态，回来后可以接着来。
例：数据备份——中途被打断，恢复后可以继续从断点备份。
💡 二、四种事件类型
| 事件类型 | 含义 | 举例 |
|---|---|---|
| 调用事件 | 一个方法的调用 | 借书() → 借书证从"可借"变为"不可借" |
| 信号事件 | 一个异步发送的信号实体 | 遥控器发出"Play"信号 → CD机进入"播放"状态 |
| 变化事件 | 布尔表达式值发生变化 | 温度>100℃ → 锅炉进入"报警"状态 |
| 时间事件 | 到达某个时间点或时间段 | 30秒超时 → 从"拨号"回到"就绪" |
🔑 调用事件 vs 信号事件
| 对比 | 调用事件 | 信号事件 |
|---|---|---|
| 本质 | 调用一个方法 | 发送一个信号对象 |
| 发送方 | 可以是自己或其他对象 | 只能是其他对象 |
| 特点 | 可扩展性弱 | 信号类可泛化，扩展性强 |
💬 例：CD唱机——如果各种遥控信号作为遥控器的属性（变化事件），增加新信号就要修改遥控器类。如果把遥控信号建模为信号类（信号事件），增加新信号只需新增子类，不用改遥控器。
✍️ 边学边练（一）
题目：画出"图书"对象的状态图。
需求：新书购买后需编码才能入库。入库后可借出。借出的书不能被再借出。还书后可再借出。图书破损或过时必须下架，下架后不能再借出。
答案： 状态：未编码 → 可借(在库) → 已借出 → 可借(在库) → 已下架
转移：
- 未编码 → 可借：
编码() - 可借 → 已借出：
借出() - 已借出 → 可借：
还书() - 可借 → 已下架：
下架()[破损或过时] - 已借出 → 已下架：
下架()[破损或过时]
⚠️ 注意：状态图中有两个状态必须有"下架"转移（从可借和已借出都可以下架）。
💡 三、活动图的核心元素
活动图的基本元素
| 元素 | 说明 | 画法 |
|---|---|---|
| 活动 | 一个执行步骤 | 圆角矩形 |
| 起点 | 流程的开始 | 实心圆 ● |
| 终点 | 流程的结束 | 圆圈加实心圆 ⊙ |
| 分支 | 根据条件选择路径 | 菱形 ◇ |
| 分叉/汇合 | 并发执行的开始/结束 | 粗横线 |
| 泳道 | 标明活动由谁负责 | 纵向分区 |
| 对象流 | 活动之间传递的对象 | 带箭头的虚线 |
📌 活动图各元素的画法速查
这一节把活动图中所有画图元素用字符画列出来，画活动图直接照搬即可。
① 起点 —— 实心圆 ●
●
② 终点 —— 圆圈加实心圆 ⊙（也称"牛眼"）
⊙
③ 活动（Activity）—— 圆角矩形
╭───────────╮
│ 登录验证 │ ← 文字描述这一步做什么
╰───────────╯
④ 转移箭头 —— 实线 + 开放箭头
╭───────────╮
│ 活动 A │
╰─────┬─────╯
│
⇨ 实线 + 开放箭头（类似异步消息）
│
╭─────┴─────╮
│ 活动 B │
╰───────────╯
⑤ 分支（Decision）—— 菱形 ◇ + 监护条件
╭───────────╮
│ 活动 A │
╰─────┬─────╯
│
◇ ← 菱形（决策点）
╱ ╲
[是]╱ ╲[否]
╱ ╲
╭─────╮ ╭─────╮
│ 活动B │ │ 活动C │
╰─────╯ ╰─────╯
╲ ╱
╲ ╱
◇ ← 合并点（多个分支汇合）
│
⇨
╭─────┴─────╮
│ 活动 D │
╰───────────╯
⑥ 分叉（Fork）/ 汇合（Join）—— 粗横线
分叉：一条路径分成多条并发执行。 汇合：多条并发路径汇合成一条。
╭───────────╮
│ 活动 A │
╰─────┬─────╯
│
━━━━━━━━━━ ← 粗横线（分叉点）
│ │
⇨ ⇨
╭─────╮ ╭─────╮
│活动B│ │活动C│ ← B和C并发执行
╰──┬──╯ ╰──┬──╯
⇨ ⇨
│ │
━━━━━━━━━━ ← 粗横线（汇合点）
│
⇨
╭─────┴─────╮
│ 活动 D │ ← B和C都完成后才继续
╰───────────╯
⑦ 泳道（Swimlane）—— 纵向分区
标明每一步由哪个对象/角色负责。
┌──────────┬──────────┬──────────┐
│ 客户 │ 业务员 │ 系统 │
│ (泳道1) │ (泳道2) │ (泳道3) │
├──────────┼──────────┼──────────┤
│ │ │ │
│ ● │ │ │ ← 起点
│ ⇩ │ │ │
│ ╭───╮ │ │ │
│ │下单│ │ │ │ ← 客户下单
│ ╰─┬─╯ │ │ │
│ │ │ │ │
│ ⇨ │ │ │
│ ╭───╮ │ │
│ │接单│ │ │ ← 业务员接单
│ ╰─┬─╯ │ │
│ │ │ │
│ ⇨ │ │
│ ╭───╮ │
│ │处理│ │ ← 系统处理
│ ╰─┬─╯ │
│ │ │
└──────────┴──────────┴──────────┘
⇨
⊙ ← 终点
⑧ 对象流（Object Flow）—— 虚线 + 箭头
表示活动之间传递的对象（数据）。
╭───────────╮ ┌──────────┐
│ 提交订单 │ ── ─ ─▶│ 订单 │ ← 虚线 + 箭头
╰───────────╯ └──────────┘
│
⇨ （对象流也指向下一个活动）
╭─────╮
│ 付款 │
╰─────╯
⚠️ 注意：对象本身画成矩形（不是圆角矩形），虚线箭头表示"这个活动产生/使用了这个对象"。
⑨ 完整活动图示例（不带泳道）
● 起点
⇩
╭─────────╮
│ 开始借书 │
╰────┬────╯
⇩
╭─────────╮
│ 扫描图书 │
╰────┬────╯
⇩
╭─────────╮
│ 扫描借书证│
╰────┬────╯
⇩
◇ 判断
╱ ╲
[可借]╱ ╲[不可借]
╱ ╲
╭─────╮ ╭───────╮
│ 借出 │ │ 提示原因│
╰──┬──╯ ╰───┬───┯
⇩ ⇩ │ (汇合)
│ │ │
╰───◇ 汇合 ◇────╯
⇩
╭─────────╮
│ 结束 │
╰─────────╯
⇩
⊙ 终点
⑩ 状态图元素的画法
状态图和活动图有些元素是共用的（起点/终点/转移箭头）。
状态：圆角矩形，可带分区（状态名 / 内部活动）
╭─────────────────────╮
│ 待机中 │ ← 第一行：状态名
├─────────────────────┤
│ entry / 初始化 │ ← 入口动作
│ do / 持续活动 │ ← 持续活动
│ exit / 清理 │ ← 出口动作
╰─────────────────────╯
转移（Transition）：
╭──────────╮ 事件[条件]/动作 ╭──────────╮
│ 状态A │ ─────────────────▶ │ 状态B │
╰──────────╯ ╰──────────╯
格式：事件名[监护条件]/动作
例： 借出() / 可借数-1
历史状态 H：圆圈里写 H（记录离开时的子状态）
╭──────────╮
│ 复合状态 │
╰────┬─────╯
│
(H) ← 历史状态（圆圈里写H）
│
╭──────╮ ╱│╲
│ 子1 │◀─(H)─▶│ 子2 │ ← 回来时回到H记录的子状态
╰──────╯ ╰─────╯
🔑 一句话记忆口诀：实心圆是起点，牛眼是终点；圆角矩形是活动，菱形是分支；粗横线是分叉汇合，泳道是纵向分区，对象是普通矩形+虚线箭头。
🔑 状态 vs 活动（必考区别！）
| 对比 | 状态 | 活动 |
|---|---|---|
| 本质 | 对象所处的境况 | 一段程序代码的执行过程 |
| 持续时间 | 可以很长（等待状态） | 相对短暂（执行完就结束） |
| 关系 | 是活动执行后的结果 | 是导致状态变化的原因 |
| 关注对象 | 一个对象 | 可以涉及多个对象 |
| UML图 | 状态图 | 活动图 |
💬 比喻：做菜的过程（洗菜→切菜→炒菜→装盘）是活动；菜做完了变成"已做好"是状态。
活动图的两种用途
- 对业务流程建模（不带泳道）—— 用于需求分析，描述用例的工作流程
- 对系统操作建模（带泳道）—— 用于系统设计，把步骤落实到具体对象
✍️ 边学边练（二）
题目：画出"借书"用例的带泳道活动图。
流程：图书管理员录入图书条码和借书证号 → 系统判断借书证能否借书 → 若不能，显示原因并结束 → 若能，生成借阅记录，修改可借本数。
答案： 泳道划分：图书管理员 | 系统
图书管理员泳道：
录入条码和借书证号 →
系统泳道：
判断能否借书 → [不能] → 显示原因 → 结束
→ [能] → 生成借阅记录 → 修改可借本数 → 结束
⚠️ 关键：分叉用菱形，两个分支最终汇合到结束。
💡 四、状态/活动与用例/方法的关系
状态与方法、用例的联系
- 一个方法的执行 → 属性值改变 → 对象进入新状态
- 对象处于不同状态 → 影响后续哪些用例可以执行
- 一个对象完整的状态图 = 多个用例的顺序图融合
活动与方法、用例的联系
- 一个活动 = 一个方法中的部分（或全部）语句执行
- 一个方法可能需要多个活动来完成
- 一个用例 = 若干个活动，通常一个用例对应一个活动图
✍️ 边学边练（三）
题目：借书证的状态图中有"可借书"和"不可借书"状态。问：
- "借书"操作对应什么事件类型？
- 从"不可借书"转回"可借书"需要什么事件？
- "借书证"的状态图与哪些用例有关？
答案：
- 调用事件——"借书"本质上是对借书证对象调用借书方法
- 还书事件——读者还书后，借书证的可借本数减1，重新变为可借
- 与"借书""还书""挂失借书证"等用例有关。这些用例的顺序图融合起来，就构成了借书证的完整状态图
📝 章末自测
1. 填空题
- 状态图描述的是（ ____ ）个对象的状态变化
- 四种事件类型是：调用事件、（ ____ ）、（ _____ ）、时间事件
- 活动图中的菱形表示（ ____ ），粗横线表示（ ___ ）
2. 判断题
- ( ) 状态图和活动图都可以描述多个对象的交互
- ( ) 信号事件比调用事件更易于扩展
- ( ) 一个活动可能跨越多个泳道
- ( ) 带泳道的活动图用在系统设计阶段
3. 简答题
- 简述状态和活动的区别。
- 什么情况下应该用状态图，什么情况下应该用活动图？
答案： 填空题：一（单个）；信号事件、变化事件；分支、分叉/汇合
判断题：
- ❌ 状态图只描述一个对象
- ✅ 信号类可继承扩展
- ❌ 每个活动只属于一个泳道
- ✅ 带泳道用于设计阶段
简答题：
- 状态是对象的境况（活动执行后的结果），可以持续很长时间；活动是代码的执行过程，相对短暂。状态变化由活动引起。
- 状态图：描述一个对象生命周期内的状态变迁（如订单状态、借书证状态）。活动图：描述一个业务流程或算法步骤（如取款流程、登录验证流程）。
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