So sánh sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động trong kỹ thuật phần mềm: Chọn công cụ mô hình hóa phù hợp

Giới thiệu

Trong lĩnh vực kỹ thuật phần mềm và thiết kế hệ thống, việc giao tiếp hiệu quả và trực quan hóa hành vi của một hệ thống là điều quan trọng hàng đầu. Đây chính là nơi mà các sơ đồ UML (Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất) phát huy tác dụng, cung cấp các công cụ khác nhau để biểu diễn các khía cạnh khác nhau về động lực của hệ thống. Trong số đó, sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động nổi bật lên, mỗi loại phục vụ mục đích riêng biệt và mang lại những góc nhìn độc đáo về hành vi của hệ thống.

Trong bài viết này, chúng tôi đi sâu vào thế giới của sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động, nhằm làm rõ các đặc điểm, trường hợp sử dụng, ưu điểm và nhược điểm của chúng. Bằng cách hiểu được những điểm khác biệt chính giữa hai loại sơ đồ UML này, bạn sẽ có được những hiểu biết quý giá về việc khi nào nên sử dụng từng loại để đạt được kết quả tối ưu trong các nỗ lực phát triển phần mềm và mô hình hóa hệ thống của mình.

Sơ đồ trạng thái so với sơ đồ hoạt động

Sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động đều là các loại sơ đồ UML (Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất) được sử dụng trong kỹ thuật phần mềm và thiết kế hệ thống để biểu diễn các khía cạnh khác nhau về hành vi của hệ thống, nhưng chúng phục vụ các mục đích riêng biệt và tập trung vào các khía cạnh khác nhau về hành vi của hệ thống. Dưới đây là một so sánh giữa sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động:

1. Mục đích:
   • Sơ đồ trạng thái: Sơ đồ trạng tháichủ yếu tập trung vào việc mô hình hóa hành vi động của một đối tượng hoặc hệ thống bằng cách biểu diễn các trạng thái khác nhau mà một đối tượng hoặc hệ thống có thể ở vào, cùng với các chuyển tiếp giữa các trạng thái đó. Chúng đặc biệt hữu ích khi mô hình hóa hành vi của các đối tượng có trạng thái hữu hạn, chẳng hạn như các thành phần phần mềm hoặc các thực thể có các giai đoạn vòng đời được xác định rõ ràng.
   • Sơ đồ hoạt động: Sơ đồ hoạt động, mặt khác, được sử dụng để mô hình hóa luồng hoạt động hoặc hành động trong một hệ thống hoặc một quy trình kinh doanh. Chúng thường được dùng để biểu diễn các khía cạnh quy trình của một hệ thống, cho thấy cách các nhiệm vụ hoặc hành động khác nhau được thực hiện và chúng liên quan với nhau như thế nào.
2. Các thành phần:
   • Sơ đồ trạng thái: Các thành phần chính của sơ đồ trạng thái bao gồm các trạng thái (biểu diễn các điều kiện hoặc tình huống cụ thể), các chuyển tiếp (thể hiện cách hệ thống di chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác), và các sự kiện (các kích hoạt gây ra chuyển tiếp trạng thái).
   • Sơ đồ hoạt động: Sơ đồ hoạt động bao gồm các hoạt động (biểu diễn các nhiệm vụ hoặc hành động), các mũi tên luồng điều khiển (chỉ ra thứ tự thực hiện các hoạt động), các nút quyết định (để nhánh điều kiện), các nút hợp lưu (để kết nối các luồng), và các làn (để phân chia các hoạt động giữa các tác nhân hoặc hệ thống con khác nhau).
3. Trọng tâm:
   • Sơ đồ trạng thái: Sơ đồ trạng thái nhấn mạnh vào các trạng thái khác nhau của một đối tượng hoặc hệ thống và các điều kiện xảy ra chuyển tiếp giữa các trạng thái đó. Chúng đặc biệt hữu ích khi mô hình hóa các hệ thống thời gian thực hoặc các hệ thống có hành vi phụ thuộc trạng thái phức tạp.
   • Sơ đồ hoạt động: Sơ đồ hoạt động tập trung vào luồng hoạt động và cách các nhiệm vụ hoặc hành động khác nhau được phối hợp trong một quy trình hoặc hệ thống. Chúng rất phù hợp để mô hình hóa các quy trình kinh doanh, hệ thống luồng công việc và các thuật toán phần mềm.
4. Sử dụng:
   • Sơ đồ trạng thái: Sơ đồ trạng thái thường được sử dụng trong thiết kế các hệ thống phần mềm, hệ thống nhúng và bộ điều khiển phần cứng, nơi các đối tượng hoặc hệ thống có thể ở các trạng thái khác nhau và cần phản ứng với các sự kiện bằng cách chuyển đổi giữa các trạng thái này.
   • Sơ đồ hoạt động: Sơ đồ hoạt động thường được sử dụng trong mô hình hóa quy trình kinh doanh, phát triển phần mềm và thiết kế hệ thống để biểu diễn các bước và hoạt động liên quan đến một quy trình hoặc luồng công việc.

Sơ đồ trạng thái, được minh họa trong hình bên trái dưới đây, đóng vai trò là biểu diễn trực quan của một máy trạng thái thực hiện các hành động phản ứng với các sự kiện cụ thể. Nó mô tả chi tiết các trạng thái khác nhau trong một hệ thống và các chuyển tiếp xảy ra giữa chúng, được thúc đẩy bởi sự xuất hiện của các sự kiện. Sơ đồ trạng thái phát huy tối đa hiệu quả khi mô hình hóa các hệ thống phản ứng, tức là những hệ thống phản ứng với các sự kiện bên ngoài, ví dụ như các ứng dụng như đèn tín hiệu giao thông hoặc máy bán hàng tự động.

Ngược lại, một sơ đồ hoạt động, được trình bày trong hình bên phải dưới đây, thể hiện luồng động của các hoạt động bên trong một hệ thống. Nó mô tả cẩn thận trình tự các hoạt động diễn ra, bao gồm các điểm quyết định, vòng lặp và các nhánh đường đi. Sơ đồ hoạt động nổi bật khi mô hình hóa các hệ thống tham gia vào một chuỗi hoạt động có cấu trúc, một ví dụ điển hình là mô hình hóa các quy trình kinh doanh hoặc phân tích các thuật toán phần mềm phức tạp.

 

Sơ đồ trạng thái được sử dụng để mô hình hóa hành vi phụ thuộc vào trạng thái của các đối tượng hoặc hệ thống, trong khi sơ đồ hoạt động được dùng để mô hình hóa luồng các hoạt động hoặc hành động bên trong một hệ thống hoặc quy trình. Việc lựa chọn giữa hai sơ đồ này phụ thuộc vào khía cạnh cụ thể của hành vi hệ thống mà bạn muốn biểu diễn và mức độ chi tiết cần thiết cho mục đích mô hình hóa của bạn.

Ví dụ về sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động

Hãy xem xét một đối tượng đơn giản, đèn tín hiệu giao thông. Nó có ba trạng thái: “Đỏ”, “Vàng” và “Xanh”. Các chuyển tiếp giữa các trạng thái này được kích hoạt bởi một bộ đếm thời gian. Dưới đây là cách bạn có thể biểu diễn hành vi này bằng sơ đồ trạng thái:

• Các trạng thái: Đỏ, Vàng, Xanh
• Các chuyển tiếp:
  • Đỏ → Vàng (Được kích hoạt bởi bộ đếm thời gian khi thời gian đèn đỏ kết thúc)
  • Vàng → Xanh (Được kích hoạt bởi bộ đếm thời gian khi thời gian đèn vàng kết thúc)
  • Xanh → Đỏ (Được kích hoạt bởi bộ đếm thời gian khi thời gian đèn xanh kết thúc)

Trong sơ đồ trạng thái này, bạn tập trung vào các trạng thái khác nhau mà đèn tín hiệu giao thông có thể ở và cách nó chuyển đổi giữa các trạng thái này dựa trên các sự kiện cụ thể (bộ đếm thời gian).

Ví dụ về sơ đồ hoạt động:

Bây giờ, hãy cùng xem xét một quy trình kinh doanh, chẳng hạn như hệ thống xử lý đơn đặt hàng cho một cửa hàng trực tuyến. Dưới đây là sơ đồ hoạt động đơn giản hóa cho quy trình này:

• Các hoạt động:
  • Khách hàng đặt một đơn hàng.
  • Đơn hàng được hệ thống kiểm tra.
  • Nếu đơn hàng hợp lệ:
    • Kiểm tra hàng tồn kho.
    • Xử lý thanh toán.
    • Sắp xếp vận chuyển.
    • Đơn hàng được đánh dấu là “Đã gửi.”
  • Nếu đơn hàng không hợp lệ:
    • Khách hàng được thông báo.
    • Đơn hàng bị hủy.

Trong sơ đồ hoạt động này, bạn tập trung vào trình tự các hoạt động liên quan đến quy trình xử lý một đơn đặt hàng. Mỗi hoạt động đại diện cho một nhiệm vụ cụ thể, và các mũi tên thể hiện luồng các hoạt động. Các điểm quyết định (kiểm tra tính hợp lệ) xác định con đường mà quy trình đi theo dựa trên các điều kiện.

Vì vậy, những điểm khác biệt chính giữa hai sơ đồ trong các ví dụ này là:

• Sơ đồ trạng thái biểu diễn các trạng thái khác nhau (Đỏ, Vàng, Xanh) và cách các chuyển tiếp xảy ra giữa chúng dựa trên các sự kiện (bộ đếm thời gian).
• Sơ đồ hoạt động biểu diễn một chuỗi các hoạt động (xử lý đơn hàng) và cách chúng được thực hiện theo một thứ tự cụ thể, bao gồm nhánh điều kiện (kiểm tra tính hợp lệ).

Mô hình hóa máy bán hàng tự động bằng sơ đồ trạng thái:

Trong biểu diễn sơ đồ trạng thái này, máy bán hàng tự động bắt đầu hoạt động ở trạng thái Đang chờ, cung cấp cho người dùng cơ hội nạp tiền. Khi nạp đủ số tiền, máy bán hàng chuyển sang trạng thái Đã nhận tiền, nơi người dùng có thể chọn sản phẩm. Nếu sản phẩm được chọn còn trong kho, máy bán hàng chuyển sang trạng thái Đang phát hành để giao sản phẩm trước khi quay lại trạng thái Đang chờ để kết thúc giao dịch. Tuy nhiên, nếu sản phẩm được chọn không còn sẵn, máy bán hàng chuyển sang trạng thái Hoàn tiền để hoàn lại tiền và sau đó quay lại trạng thái Đang chờ, hoàn tất chu kỳ giao dịch. Trong các trường hợp người dùng không nạp đủ tiền, máy bán hàng nhanh chóng chuyển sang trạng thái Hoàn tiền để hoàn lại tiền và sau đó quay lại trạng thái Đang chờ khi kết thúc giao dịch.

Mô hình hóa máy bán hàng tự động bằng sơ đồ hoạt động: Sơ đồ hoạt động được cung cấp cung cấp cái nhìn sâu sắc về các sự kiện tuần tự trong hệ thống máy bán hàng tự động. Bắt đầu từ nút khởi đầu, người dùng ban đầu được yêu cầu nạp tiền. Sơ đồ sau đó thể hiện một kiểm tra điều kiện để xác định xem người dùng đã nạp đủ số tiền hay chưa. Nếu phát hiện đủ tiền, người dùng được cho phép chọn sản phẩm.

Sau đó, một kiểm tra điều kiện khác đánh giá sự sẵn có của sản phẩm đã chọn. Nếu sản phẩm còn trong kho, máy bán hàng tiếp tục phát hành sản phẩm, với sơ đồ thể hiện điều này bằng cách chuyển sang nút dừng, cho thấy giao dịch đã hoàn tất thành công. Ngược lại, nếu sản phẩm được chọn không còn sẵn, máy bán hàng bắt đầu quá trình hoàn tiền trước khi chuyển sang nút dừng.

Trong các trường hợp người dùng không nạp đủ tiền, máy bán hàng nhanh chóng khởi động quá trình hoàn tiền và chuyển sang nút dừng. Trong cả hai trường hợp, giao dịch kết thúc và người dùng có thể nhận lại các khoản hoàn tiền phù hợp.

Các biểu diễn này, dù thông qua sơ đồ trạng thái hay sơ đồ hoạt động, cung cấp cái nhìn rõ ràng và có cấu trúc về chức năng của máy bán hàng tự động, giúp phân tích hành vi của nó và cải tiến nếu cần thiết.

 

Tóm tắt về sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động

Dưới đây là một bảng so sánh sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động dựa trên các khía cạnh khác nhau:

Khía cạnh	Sơ đồ trạng thái	Sơ đồ hoạt động
Sử dụng	Mô hình hóa hành vi phụ thuộc trạng thái của đối tượng hoặc hệ thống. Biểu diễn các trạng thái hữu hạn và các chuyển tiếp. Thường được sử dụng trong thiết kế phần mềm và phần cứng.	Mô hình hóa luồng hoạt động và nhiệm vụ trong một quy trình hoặc hệ thống. Biểu diễn các khía cạnh quy trình. Thường được sử dụng trong các quy trình kinh doanh và phát triển phần mềm.
Khi nào nên sử dụng	Khi bạn cần mô tả cách một đối tượng hoặc hệ thống chuyển đổi giữa các trạng thái cụ thể phản ứng với các sự kiện hoặc điều kiện. Đối với các hệ thống thời gian thực có các trạng thái và chuyển tiếp rõ rệt. Khi bạn muốn hiển thị vòng đời của một đối tượng.	Khi bạn muốn minh họa một chuỗi các hoạt động, nhiệm vụ hoặc hành động trong một quy trình. Để mô hình hóa quy trình kinh doanh, thiết kế luồng công việc hoặc biểu diễn thuật toán. Khi bạn muốn mô hình hóa cách các tác nhân hoặc thành phần khác nhau hợp tác trong một quy trình.
Ưu điểm	Rõ ràng minh họa các trạng thái và chuyển tiếp của một đối tượng hoặc hệ thống. Hữu ích để mô hình hóa hành vi phức tạp phụ thuộc trạng thái. Tốt cho các hệ thống thời gian thực và nhúng. Giúp xác định các trạng thái và điều kiện của hệ thống.	Cung cấp biểu diễn trực quan về luồng hoạt động. Hiển thị rõ ràng thứ tự và trình tự của các hoạt động. Hữu ích cho việc tài liệu hóa và giao tiếp quy trình. Có thể mô hình hóa logic quy trình phức tạp với các nhánh điều kiện.
Nhược điểm	Không phù hợp với các quy trình có hoạt động chủ yếu theo trình tự. Ít trực quan hơn khi mô hình hóa các quy trình thủ tục hoặc tuần tự. Có thể trở nên phức tạp đối với các hệ thống có nhiều trạng thái và chuyển tiếp.	Ít tập trung vào các trạng thái rời rạc và chuyển tiếp của một đối tượng. Không thể ghi lại tất cả các trạng thái và điều kiện khả dĩ một cách rõ ràng như sơ đồ trạng thái. Ít phù hợp hơn để mô hình hóa hành vi phụ thuộc trạng thái.
Ví dụ	Mô hình hóa hành vi của máy bán hàng tự động (trạng thái: chờ, phát hành, nạp lại; chuyển tiếp: đầu vào người dùng, khả năng có sản phẩm).	Mô hình hóa quy trình đặt vé máy bay (hoạt động: tìm kiếm chuyến bay, chọn chuyến bay, đặt chỗ, xử lý thanh toán).
Các ký hiệu nổi bật	Trạng thái, chuyển tiếp, sự kiện.	Hoạt động, mũi tên luồng điều khiển, nút quyết định, nút hợp nhất.
Điểm tập trung chính	Trạng thái của đối tượng hoặc hệ thống và các chuyển tiếp của chúng.	Luồng hoạt động, thứ tự và sự phối hợp trong một quy trình.
Mức độ trừu tượng	Tập trung vào hành vi cấp thấp của hệ thống.	Tập trung vào luồng quy trình và nhiệm vụ cấp cao hơn.

Những sự khác biệt này nên giúp bạn lựa chọn giữa sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động dựa trên nhu cầu mô hình hóa cụ thể và bản chất của hệ thống hoặc quy trình mà bạn đang biểu diễn.

Tóm tắt

Sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động, dù đều là phần của bộ công cụ UML, lại phục vụ các khía cạnh khác nhau trong mô hình hóa hệ thống. Sơ đồ trạng thái xuất sắc trong việc ghi lại sự tương tác tinh vi giữa các trạng thái và chuyển tiếp bên trong một đối tượng hoặc hệ thống, khiến chúng trở thành lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống có trạng thái hữu hạn rõ ràng. Ngược lại, sơ đồ hoạt động là bậc thầy trong việc minh họa luồng hoạt động và nhiệm vụ bên trong một quy trình hoặc hệ thống, làm cho chúng trở thành công cụ không thể thiếu trong việc mô hình hóa các quy trình kinh doanh, thiết kế luồng công việc và thuật toán phần mềm.

Sơ đồ trạng thái nhấn mạnh vào các trạng thái và chuyển tiếp, làm cho chúng lý tưởng cho các hệ thống có hành vi phụ thuộc trạng thái phức tạp, chẳng hạn như hệ thống nhúng và bộ điều khiển phần cứng. Tuy nhiên, chúng có thể trở nên phức tạp đối với các quy trình có nhiệm vụ chủ yếu theo trình tự. Ngược lại, sơ đồ hoạt động xuất sắc trong việc thể hiện luồng hoạt động và trình tự nhiệm vụ, khiến chúng trở thành công cụ ưu tiên để tài liệu hóa logic quy trình, đặc biệt trong mô hình hóa quy trình kinh doanh. Tuy nhiên, chúng có thể không cung cấp biểu diễn rõ ràng bằng sơ đồ trạng thái về các trạng thái và điều kiện.

Cuối cùng, việc lựa chọn giữa sơ đồ trạng thái và sơ đồ hoạt động phụ thuộc vào mục tiêu mô hình hóa của bạn. Dù bạn đang theo dõi chu kỳ sống của một đối tượng hay phối hợp một quy trình kinh doanh phức tạp, việc hiểu rõ hai loại sơ đồ UML này sẽ giúp bạn lựa chọn công cụ phù hợp nhất cho công việc, nâng cao tính rõ ràng và hiệu quả trong biểu diễn hệ thống của bạn.