掌握UML：狀態圖與活動圖的對比（搭配Visual Paradigm）

簡介

統一建模語言（UML） 是一種標準化的框架，用於視覺化、規格說明、建構與文件化軟體系統。在其行為圖中，狀態圖（亦稱為狀態機圖）以及活動圖 對於模擬動態系統行為至關重要。雖然兩種圖表都用來描述系統隨時間的運作方式，但它們各自具有不同的用途，並應用於不同的情境中。本全面指南探討了狀態圖與活動圖之間的差異，提供使用兩者的時機建議，並以實際範例說明其應用。此外，還強調了Visual Paradigm，一款領先的UML建模工具，能有效提升這些圖表的建立效率。

狀態圖

定義

狀態圖用來展示物件可能處於的各種狀態，以及由特定事件觸發的狀態之間的轉移。每個狀態代表物件生命週期中的某種條件或情境，而轉移則顯示物件如何因應刺激（例如使用者操作或系統訊號）從一個狀態移動到另一個狀態。狀態圖特別適用於模擬單一物件或具有有限狀態數量的系統的動態行為。

何時使用

狀態圖最適合用於：

• 反應式系統：會回應外部或內部事件的系統，例如使用者輸入或系統訊號。

• 物件生命週期：記錄物件從建立到終止的演變過程。

• 狀態依賴行為：當系統的行為會根據其目前狀態而有所不同時。

範例

1. 交通號誌系統

   • 狀態：紅色、黃色、綠色

   • 事件：計時器到期（例如，30秒後，由綠色轉為黃色）

   • 描述: 模擬交通信號燈的循環行為，其中每個狀態決定車輛是停止、準備停止還是繼續行駛。

2. 自動櫃員機

   • 狀態: 空閒、插入卡片、輸入PIN、處理交易、發放現金

   • 事件: 插入卡片、輸入PIN、選擇提款金額、確認交易

   • 描述: 描述自動櫃員機在處理使用者互動時的行為，確保狀態轉換有效（例如，交易前先進行PIN驗證）。

3. 電子商務訂單

   • 狀態: 等待中、已付款、已發貨、已送達、已取消

   • 事件: 收到付款、已發貨、客戶取消

   • 描述: 追蹤訂單的生命周期，顯示客戶或系統操作如何引發狀態變更。

4. 咖啡機

   • 狀態: 空閒、選擇飲料、沖泡中、發放中

   • 事件: 投入硬幣、選擇飲料、沖泡完成

   • 描述: 模擬咖啡機的運作，使用者輸入（如投入硬幣）會觸發狀態轉換。

5. 遊戲角色

   • 狀態: 空閒、行走、奔跑、跳躍

   • 事件: 按下方向鍵、按下空格鍵、釋放鍵

   • 描述: 根據玩家輸入（如移動或跳躍）捕捉視頻遊戲角色的行為。

6. 列印系統

   • 狀態: 就緒、列印中、紙張不足、錯誤

   • 事件: 列印請求、卡紙、加紙、清除錯誤

   • 描述: 描述列印機對卡紙或列印指令等事件的回應。

活動圖

定義

活動圖用於模擬系統內活動或動作的流程，著重於其中的順序、決策與平行流程。它常用於呈現工作流程、業務流程或演算法步驟，通常包含決策點、分叉（用於平行活動）與匯合（用於同步）。與狀態圖不同，活動圖強調的是控制流程，而非特定狀態。

何時使用

活動圖非常適合用於：

• 業務流程: 在組織中繪製工作流程或程序。

• 演算法: 展示程式或函數的逐步執行過程。

• 用例情境: 詳細描述特定用例中的事件流程。

• 並行流程: 建模平行活動及其協調方式。

範例

1. 訂單履行流程

   • 活動: 接收訂單、檢查庫存、包裝商品、發貨

   • 決策: 庫存是否可用？（是／否）

   • 描述: 描述從接收線上訂單到發貨的整個步驟，包含庫存檢查的決策點。

2. 貸款核准工作流程

   • 活動: 提交申請、信用審核、文件驗證、核准／拒絕貸款

   • 平行任務：驗證收入，檢查信用記錄

   • 決策：信用檢查通過/失敗

   • 描述：代表銀行貸款審核流程，包含平行驗證任務與決策節點。

3. 用戶註冊流程

   • 活動：輸入資料，驗證電子郵件，建立帳戶，發送確認訊息

   • 描述：詳細說明用戶在網站上註冊的步驟，包括驗證與確認。

4. 生產線

   • 平行活動：組裝零件，品質檢查，包裝產品

   • 描述：模擬多項任務同時進行的製造流程，在包裝前進行同步。

5. 病人入院流程

   • 活動：分類，診斷，治療計畫，出院

   • 描述：展示醫院收治與治療病人的工作流程。

6. 線上支付處理

   • 活動：輸入支付資訊，處理支付，確認交易

   • 決策：支付成功？（是/否）

   • 失敗時的活動：退款，通知使用者

   • 描述：描繪處理線上支付的步驟，包含失敗處理。

7. 軟件開發流程

   • 活動：需求收集、設計、實現、測試、部署

   • 決策：批准設計、測試通過/失敗

   • 描述：模擬軟件開發的生命周期，包含批准與測試結果的決策點。

比較：狀態圖與活動圖

狀態圖與活動圖都能模擬動態行為，但其關注點與應用有顯著差異。下表總結了主要差異：

選擇正確的圖表

• 使用狀態圖當模擬行為依賴於離散狀態與外部事件的系統時。範例包括裝置（例如：自動櫃員機、咖啡機）、驗證系統或訂單生命週期。對於當前狀態決定事件回應的系統而言，特別實用。

• 使用活動圖當建模涉及順序或並行步驟、決策或角色的流程或工作流程時使用。它們非常適合用於業務流程（例如訂單履行、貸款審批）、演算法或用例情境，其中重點在於行動的流程而非狀態。

Visual Paradigm 如何提升 UML 建模

Visual Paradigm 是一款強大的 UML 建模工具，支援建立狀態圖和活動圖，提供可簡化設計流程並提升協作效率的功能。其社群版 是免費的，讓學生、愛好者和小型團隊都能輕鬆使用。以下是支援 UML 建模的主要功能：

用於狀態圖

• 拖放編輯器：透過直覺的介面，輕鬆新增狀態、轉移和事件。

• 狀態轉移模擬：動態測試狀態轉移，以驗證系統行為。

• 程式碼產生：從狀態圖產生程式碼骨架（例如 Java、C++），協助實作。

• 守護條件：為轉移新增條件（例如 [balance > 0]），以實現精確建模。

用於活動圖

• 泳道支援：根據角色或元件（例如客戶、系統）劃分活動，以在複雜工作流程中提升清晰度。

• 模擬工具：動畫化工作流程，以識別瓶頸或效率問題。

• 決策與分叉/合併節點：輕鬆建模決策點與平行活動。

一般功能

• 即時協作：團隊成員可即時共同編輯圖表、新增註解並追蹤變更。

• 範本與範例：存取預先建置的範本，適用於常見情境，例如自動櫃員機系統或訂單處理。

• 匯出與報表：將圖表匯出為 PDF、HTML 或 Word 格式，供利害關係人審查，並產生詳細報表。

• 與用例的整合：將圖表連結至用例，以實現系統設計中的端到端可追溯性。

Visual Paradigm 中的範例工作流程

1. 為自動販賣機建立狀態圖

   • 開啟 Visual Paradigm 並選擇圖表 > 新增 > 狀態機圖.

   • 新增狀態：閒置, 選擇商品, 處理付款, 發放商品.

   • 以事件繪製轉移：硬幣投入, 商品已選擇, 付款已確認.

   • 使用模擬來測試狀態的流程。

2. 為線上購物建立活動圖

   • 選擇圖表 > 新增 > 活動圖.

   • 新增活動：瀏覽商品, 加入購物車, 結帳, 處理付款.

   • 使用泳道來區分客戶與系統的動作。

   • 如有需要，請加入判斷節點（例如：付款成功？）和平行任務。

Visual Paradigm 的直覺式介面、模擬功能與協作特性，使其成為創建專業 UML 圖表的理想工具，無論是用於學術、個人或專業專案。

結論

狀態圖與活動圖是用於在 UML 中模擬動態系統行為的強大工具。狀態圖擅長捕捉反應式系統（如裝置或訂單生命週期）中的狀態相關行為，而活動圖則適合用來模擬具有順序或平行步驟的工作流程、程序與演算法。透過理解它們的差異與應用，您可以為您的建模需求選擇最合適的圖表。Visual Paradigm透過其使用者友善的介面、模擬工具與協作功能，強化此流程，使其成為敏捷與傳統開發環境中 UML 建模的首選工具。