Sơ đồ trạng thái, còn được gọi là máy trạng thái hoặc máy trạng thái hữu hạn, là một biểu diễn trực quan về cách một hệ thống hoặc quy trình hoạt động theo thời gian. Chúng bao gồm một tập hợp các trạng thái, các chuyển tiếp giữa các trạng thái và các sự kiện kích hoạt các chuyển tiếp đó. Bằng cách phân tích hành vi của hệ thống thành các trạng thái và chuyển tiếp rời rạc, sơ đồ trạng thái có thể giúp các nhà thiết kế và nhà phát triển hiểu rõ hơn về cách hệ thống hoạt động và phát hiện các vấn đề tiềm ẩn hoặc các khu vực cần cải thiện.
Sơ đồ trạng thái có thể được sử dụng để mô hình hóa nhiều loại hệ thống khác nhau, từ các máy đơn giản như máy bán hàng tự động đến các ứng dụng phần mềm phức tạp. Chúng đặc biệt hữu ích khi mô hình hóa các hệ thống có hành vi phức tạp hoặc phi tuyến, nơi mà việc hiểu cách hệ thống phản ứng với các đầu vào hoặc điều kiện khác nhau có thể là thách thức. Tổng quan lại, sơ đồ trạng thái là một công cụ mạnh mẽ trong mô hình hóa hệ thống vì chúng cung cấp một cách trực quan, dễ hiểu để hình dung hành vi của hệ thống và giúp các nhà thiết kế và nhà phát triển phát hiện và xử lý các vấn đề tiềm ẩn ngay từ giai đoạn đầu của quá trình thiết kế.
Học sơ đồ trạng thái với các ví dụ đơn giản
Bài viết này hướng đến những độc giả muốn học cách tạo sơ đồ trạng thái cho một hệ thống, sử dụng ví dụ về máy bán hàng tự động. Bằng cách trình bày cả phiên bản đơn giản và phiên bản chi tiết hơn của sơ đồ trạng thái, bài viết cung cấp cho người đọc một hướng dẫn từng bước về cách tạo sơ đồ trạng thái và cách tinh chỉnh nó theo thời gian khi các yêu cầu trở nên rõ ràng hơn. Bằng cách sử dụng ví dụ về máy bán hàng tự động, bài viết làm cho khái niệm sơ đồ trạng thái trở nên cụ thể và dễ tiếp cận hơn đối với những độc giả có thể không có nền tảng kỹ thuật về mô hình hóa hoặc thiết kế hệ thống. Tổng quan lại, bài viết là một nguồn tài nguyên hữu ích cho bất kỳ ai muốn học cách tạo sơ đồ trạng thái cho một hệ thống và hiểu được lợi ích của nó trong mô hình hóa hệ thống.
Ví dụ 1: Máy bán hàng tự động
Mô tả vấn đề: Tạo sơ đồ trạng thái cho một máy bán hàng tự động, khi nạp đủ tiền thì sẽ phát hành đồ uống.
Bước 1: Xác định các trạng thái
Bước đầu tiên trong việc tạo sơ đồ trạng thái là xác định các trạng thái mà hệ thống có thể ở vào. Đối với máy bán hàng tự động, một số trạng thái có thể bao gồm:
- Đang chờ: đang chờ đầu vào từ người dùng
- Tiền đã nạp: người dùng đã nạp tiền nhưng chưa chọn sản phẩm
- Đã chọn đồ uống: người dùng đã chọn đồ uống nhưng chưa nhận được
- Đã phát hành đồ uống: người dùng đã nhận được đồ uống đã chọn
Bước 2: Xác định các sự kiện và chuyển tiếp
Bước tiếp theo là xác định các sự kiện có thể kích hoạt các chuyển tiếp giữa các trạng thái. Trong trường hợp này, các sự kiện có thể bao gồm:
- Tiền đã nạp
- Đã chọn đồ uống
- Đã phát hành đồ uống
Dựa trên các sự kiện này, chúng ta có thể xác định các chuyển tiếp sau:
- Đang chờ → Tiền đã nạp: khi người dùng nạp tiền
- Tiền đã nạp → Đã chọn đồ uống: khi người dùng chọn đồ uống
- Đã chọn đồ uống → Đã phát hành đồ uống: khi máy phát hành đồ uống đã chọn
- Đã phát hành đồ uống → Đang chờ: khi người dùng lấy đồ uống và máy sẵn sàng cho giao dịch tiếp theo
Bước 3: Vẽ sơ đồ trạng thái
Dựa trên các trạng thái và chuyển tiếp đã xác định, chúng ta có thể vẽ sơ đồ trạng thái:
Yêu cầu thực tế hơn cho máy bán hàng tự động
Phiên bản đơn giản của bài toán máy bán hàng tự động đã trình bày một sơ đồ trạng thái cơ bản thể hiện các trạng thái và chuyển tiếp khác nhau liên quan đến hành vi của máy bán hàng tự động. Tuy nhiên, trong một tình huống thực tế, máy bán hàng tự động cần có hành vi phức tạp hơn để xử lý các tình huống như tiền không đủ hoặc sản phẩm đã hết. Trong phiên bản đã được điều chỉnh của bài toán, chúng tôi đã bổ sung thêm chi tiết vào sơ đồ trạng thái để phản ánh các tình huống này và cung cấp một ví dụ thực tế hơn về cách thiết kế một máy bán hàng tự động.
Dưới đây là mô tả bài toán đã được điều chỉnh cho phiên bản chi tiết của máy bán hàng tự động:
Một máy bán hàng tự động cần được thiết kế để cho phép người dùng mua sản phẩm bằng đồng xu. Máy bán hàng tự động nên có hành vi sau:
- Ban đầu, máy bán hàng tự động ở trạng thái “
Đang chờtrạng thái, đang chờ người dùng nạp tiền. - Khi người dùng nạp tiền, máy bán hàng tự động chuyển sang trạng thái
Đang nhận tiềntrạng thái và tiếp tục nhận tiền cho đến khi người dùng chọn sản phẩm hoặc rút tiền ra. - Nếu người dùng chọn sản phẩm, máy bán hàng tự động chuyển sang trạng thái
Đang chọn sản phẩmtrạng thái, nơi người dùng có thể xác nhận lựa chọn của mình. - Nếu người dùng xác nhận lựa chọn, máy bán hàng tự động chuyển sang trạng thái
Đang phát sản phẩmtrạng thái và phát ra sản phẩm đã chọn. - Sau khi sản phẩm được phát ra, máy bán hàng tính toán số tiền thừa cần thiết và chuyển sang trạng thái
Đang trả tiền thừatrạng thái để hoàn trả tiền thừa cho người dùng. - Khi người dùng nhận tiền thừa, máy bán hàng tự động quay lại trạng thái
Đang chờtrạng thái và giao dịch kết thúc. - Nếu người dùng không đủ tiền hoặc sản phẩm đã hết hàng, máy bán hàng tự động chuyển sang trạng thái
Từ chối tiềntrạng thái và hoàn trả tiền đã nạp. Từ đây, người dùng có thể thử lại hoặc rút tiền và kết thúc giao dịch.
Máy bán hàng này có thể được biểu diễn bằng sơ đồ trạng thái với các trạng thái và chuyển tiếp được mô tả ở trên. Sơ đồ này có thể được triển khai bằng nhiều ngôn ngữ lập trình và khung công tác khác nhau để tạo ra một máy bán hàng hoạt động.
Phát triển một biểu đồ trạng thái chi tiết hơn cho máy bán hàng
Điều quan trọng là người đọc cần hiểu rằng giải quyết vấn đề thường là một quá trình lặp lại, và các yêu cầu của hệ thống có thể thay đổi theo thời gian. Điều này có nghĩa là được phép bắt đầu bằng một phiên bản đơn giản của vấn đề và dần sửa đổi nó khi bạn hiểu rõ hơn về các yêu cầu và giới hạn liên quan.
Ví dụ, trong trường hợp vấn đề máy bán hàng, bạn có thể bắt đầu bằng một sơ đồ trạng thái cơ bản thể hiện các trạng thái và chuyển tiếp chính của máy bán hàng. Khi bạn tìm hiểu sâu hơn về vấn đề, bạn có thể phát hiện ra có thêm các tình huống cần xem xét, chẳng hạn như sản phẩm hết hàng hoặc nhu cầu hoàn trả tiền thừa cho người dùng. Bạn có thể sau đó điều chỉnh sơ đồ trạng thái để phản ánh các yêu cầu mới này.
Bằng cách tiếp cận từng bước trong giải quyết vấn đề, bạn có thể tránh bị choáng ngợp bởi độ phức tạp của vấn đề và đảm bảo rằng giải pháp của bạn được thiết kế tốt và đáp ứng nhu cầu của các bên liên quan. Cách tiếp cận này cũng cho phép bạn lặp lại và tinh chỉnh giải pháp khi nhận được phản hồi và hiểu sâu hơn về không gian vấn đề.
Tóm tắt
Bài viết thảo luận về cách tạo sơ đồ trạng thái cho một hệ thống, lấy ví dụ là máy bán hàng. Sơ đồ trạng thái ban đầu được trình bày là phiên bản đơn giản, thể hiện các trạng thái và chuyển tiếp chính liên quan đến hành vi của máy bán hàng. Bài viết sau đó trình bày phiên bản chi tiết hơn của sơ đồ trạng thái, xem xét thêm các tình huống như tiền không đủ hoặc sản phẩm hết hàng. Bài viết nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tiếp cận từng bước trong giải quyết vấn đề, bắt đầu từ một phiên bản đơn giản của vấn đề và dần hoàn thiện nó khi các yêu cầu và giới hạn trở nên rõ ràng hơn.