Statecharts with Stativus
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Statecharts are a visual formalism for specifying reactive systems that can be in different states. They extend traditional state diagrams with concepts like depth, orthogonality, concurrency and broadcasting to handle complex systems. Stativus is a JavaScript library that implements statecharts to help with specification, design, implementation, testing and maintenance of reactive systems. Statecharts help address issues in reactive systems by providing a visual model, improving communication and encouraging developers to think ahead about all possible states and transitions.
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- 1. Statecharts with Stativus Luc Castera http://about.me/luc.castera
- 2. Initiation Requirements Specification Design } Statecharts Implementation Testing Maintenance
- 3. Transformational Systems f(input) = output
- 4. Reactive Systems event-driven continuously having to react to external and internal stimuli
- 7. Javascript
- 8. “The literature on software and systems engineering is almost unanimous in recognizing the existence of a major problem in the specification and design of large scale and complex reactive systems.” -- David Harel, Statecharts: A Visual Formalism For Complex Systems, 1987
- 10. Statecharts = State Diagram + Depth (clustering) + Orthogonality (concurrency) + Broadcast Communication
- 11. Statecharts 101
- 13. Internal Events
- 17. Default States
- 18. History
- 19. Deep History
- 20. Transient States
- 22. Examples
- 25. Your App Without Statecharts
- 26. Button View Exercise Exercise: create a statechart that models the behavior of a button view: 1. action fires on mouseUp event only if the mouse is over the button 2. when the mouse is over the button, it should show a hover image Events: mouseEntered mouseExited mouseDown mouseUp mouseMoved
- 27. ButtonView Answer - With Bug
- 28. ButtonView Answer - No Bug
- 30. Documentation
- 31. Communication
- 32. Think Ahead
- 33. Stable
- 34. Testing
- 35. Stativus
- 36. Initiation Requirements Specification Design Implementation } Stativus Testing Maintenance
- 38. Tips & Tricks
- 39. “path independence” no logic in enterState
- 40. Testing using spreadsheets From Erich Ocean
- 42. Resources • Statecharts: A Visual Formalism For Complex Systems, David Harel • Constructing the User Interface with Statecharts, Ian Horrocks • Practical UML Statecharts in C/C++, Miro Samek • Erich Ocean Sproutcore Training, http://erichocean.com/training/app.html, US $99 • Ki Documentation: https://github.com/frozencanuck/ki • Stativus website: http://stativ.us/ • Statecharts in the Making: a Personal Account, David Harel • Stativus on github: https://github.com/etgryphon/stativus • Omnigraffle to draw the statecharts • NI LabView Statecharts: http://www.ni.com/white-paper/6194/en & http:// www.ni.com/white-paper/7413/en
Editor's Notes
- Buenas Tarde. Mi nombre es Luc Castera y hoy voy a hablar de Statecharts. Esta charla tiene dos partes. En la primera, vamos a aprender que son statecharts y como se usan. En la segunda parte, vamos a ver como usar Stativus para crear un Statechart.\n
- Podemos dividir todo proyectos de software en 7 fases, desde la iniciacion hasta el mantenimiento. Cuando hablamos de statechart, se trata de las fases de especification y de diseno. La implementacion viene despues que tenemos nuestro diseno y statecharts listos. Entonces, para poder implementar statecharts, primero tenemos que entender como funcionan. Por eso, una gran parte de esta charla va a ser mas teoria. Pero al fin, vamos a ver como implementar lo que aprendemos y escribir un poco de codigo.\n
- Podemos dividir todo sistemas de software en 2 categorias. La primera categoria trata de sistemas transformationales donde tenemos un output for cada input. Lo que pasa a dentro de esa funcion solo cambia si el input cambia. Nosotros programadores son bien acostumbrados a este tipo de sistemas.\n
- Pero tambien hay un otro tipo de sistemas que llamamos sistemas reactivos, que son ‘event-driven’. Estos sistemas tienen que cambiar de estado o reaccionar cuando pasa algo. Estos eventos pueden ser internos o externos.\n
- Un ejemplo de un sistema reactivo es un reloj. Cuando tu manejas el boton al lado del reloj para cambiar la hora o la fecha, el sistema tiene que hacer algo. Entonces, el sistema siempre esta esperando que pasa algo y sabe como cambiarse cuando recibe un evento.\n
- Un otro ejemplo mas cerca de nosotros son los Browsers o aplicaciones web que tienen que reaccionar cuando un usuario hace un lick, escribe algo, o mueve su mouse.\n
- Usamos Javascript en el Browser para escuchar estos eventos. Pero tambien, en el servidor, con node.js por ejemplo, una aplicacion puede recibir eventos. Node.js es una plataforma de javascript que puedes usar en un servidor. Node.js es famoso por ser ‘event-driven’ entonces es un buen ejemplo de un sistema reactivo.\n
- Pero hay un problema con sistemas reactivos. Durante anos, no habia una buena manera de especificar y disenar sistemas reactivos muy complejos. En 1987, David Harel, mientras trabajando por el Israel Aircarft Industries, publicó un papel intitulado “Statecharts: A visual Formalism for Complex Systems”. En este papel, que recomendo leer, el describe una manera de representar sistemas reactivos complejos usando Statecharts.\n
- Pero que son statecharts?\n
- La manera mas rapida, de definir un statechart es asi. Statecharts son ‘state diagrams’ pero con 3 cosas addicionales. Primero, un state diagram es algo plano mientras un statechart te permite representar profundidad con multiples planos. Tambien, state diagrams no tienen una manera de representar cosas que se produzcan al mismo tiempo, en paralelo. Statecharts hacen eso. Y finalmente, statecharts tiene una manera de representar communicacion en modo ‘broadcast’.\n
- Todo esto parece bien complicado pero la verdad es que es muy simple. Vamos a aprender como hacer un statecharts y la notación oficial de los statecharts.\n\nQue presten atencion porque al fin van a tomar un examen :-)\n
- Este es un statechart muy simple. Tiene 3 estados: A, B, y C. Tiene 2 eventos. El evento D, tiene una condicion E. Entonces, si estamos en el estado A, y recibimos un evento D, si la condicion E es verdadera, vamos a ir al estado B. Del estado B, si recibimos un evento F, vamos a ir al estado C, pero tambien vamos a hacer la accion ‘writeMessage’. Los parentensis representant una condicion, y la notacion F / writeMessage representa una accion que debemos tomar cuando cambiamos de estado.\n
- Tambien hay eventos que deben tomar una acion sin cambiar de estado, como el evento G en este Statechart. Esos se llaman ‘internal events’ o eventos internos. Usamos esta notacion para representarlos.\n
- Este statechart es el mismo que el de antes pero con un evento adicional, el evento H. Podemos ver que en dos estados, el B y el C, el evento H nos hacemos ir al estado A. Todo esta claro?\n
- En este caso, podemos agrupar los eventos B y C, y tener solo una flecha para el evento H. Esto es lo que llamamos ‘clustering’. Aca tenemos un nuevo estado G que es un grupo de estados. Entienden eso?\n
- Cuando tienes un statechart muy complicado, a veces es impossible poner todo el statechart en una pagina, en este caso puedes mostrar el grupo G de la pagina antes, de esta manera. Es como si hicimos un zoom-out para ver el statechart desde mas lejos. Claro que tenemos que definir lo que hay adentro del grupo G pero lo podemos hacer en una otra pagina. Asi podemos representar problems muy complejos con un statechart pero en muchas paginas.\n
- Hay algo importante que no hemos visto en los ultimos statechart: como empeza todo? Un statechart necesita un ‘default state’ o un estado por defecto donde vamos a empezar. En este ejemplo, cambie un poquito el statechart para mostrar que vamos a iniciar el statechart en el estado A. Tambien, cuando entramos el estado G, vamos a ir primero al estado B.\n
- Hay un otro concepto importante que es el concepto de Historia. En este statechart, pueden ver que el ‘default state’ del grupo G tiene una flecha que va a un circulo con un H. Eso es la notacion para la historia. Eso significa, que cuando entramos el estado G, vamos a ir al estado entre B y C donde estabamos la ultima vez que fuimos en el estado G. Si es la primera vez que entramos el estado G, vamos a ir al estado B.\n
- Tambien hay un concepto de deep History con la notacion H*. Esto significa que vamos a conserer la historia no solo del grupo G, pero tambien de los grupos adentros: los grupos B y C. Esto es un tema bien avanzado que nunca he tenido que utilizar entonces avanzamos.\n
- Un statechart tambien puede tener ‘transient states’ que son estados ‘de pasajes’. Estos estados cambian de estados sin la participacion del usuario del software. Por ejemplo, imaginate que cuando entramos el estado Z, hicimos un Ajax request para ver si el usuario tiene una cuenta y esta logged in. Despues de un rato, vamos a recibir la repuesta del servidor y cambiar de estadio.\n
- A veces un sistema tiene differentes partes que estan en estados differentes al mismo tiempo. Tambien hay una notacion para esto como pueden ver aca. Cuando este statecharts empeza, vamos a estar en el estado B y el estado D al mismo tiempo. Siempre vamos a estar en dos estados. Puede ser B y D o C y F o C y D., etc....\n
- Bueno, ya aprendimos casi toda la teoria de statecharts. Hay otros conceptos mas complicados que no vamos a ver hoy porque son conceptos mas avanzados que no siempre van a usar. Con lo que ya aprendimos hoy, podemos hacer mucho. Hace casi 2 anos que estoy usando statecharts y pienso que nunca he utilizado un concepto afuera de los que vimos ahora. Pero si quieren aprender mas sobre statecharts, el papel de Harel es muy bueno.\n\nAhora vamos a ver unos ejemplos. El primero viene directamente del papel de Harel.\n
- En el papel de Harel, explican como construir el statechart para este reloj digital que tiene 4 botones para cambiar la hora, la fecha, las 2 alarmas, la luz, etc...\n
- Esto es el statechart :-)\n\nNo lo vamos a estudiar, lo pongo aca solo para que tengan una idea de un statechart de un tamaño un poco mas grande. Pero aca se puede ver que tenemos estados en paralelos. El mas importante es el que controla la pantalla. Los otros son muy simples: controlan el estado de las alarmas o la luz. Por ejemplo, el de la luz es super simple.\n\n
- Aca tengo un otro ejemplo, es tu applicacion sin statecharts donde usas un monton de variables y boolean para mantener estados diferentes.\n\nEn realidad, lo que haces es usar un solo estado unico y usas variables y funciones por todo lado. A veces tienes que tener variables globales...\n\nEso puede ser feo, pero tambien no es muy estable porque cualquier accion puede pasar a cualquier tiempo si olvidaste de chequear un variable. En este tipo de applicaciones, bugs son mas comunes.\n\nBuenos, se sienten seguros que entienden todo y estan listos para cambiar eso y construir sus propios statecharts?\n
- Aca tengo un pequeno ejercicio que vamos a hacer. Ustedes tienen 5 minutos para hacerlo. Tengo papel y lapices aca para los que necesitan.\n\nVamos a escribir el statechart para un boton en un browser. Ustedes ya saben como funcionan:\n1. si pulsas y sueltas el boton mientras el cursor esta adentro del boton, el accion se dispara.\n2. Cuando el mouse esta adentro del boton, el boton debe ser de una otro color.\n\nBueno, tienen 5 minutes para el ejercicio. Si tienen preguntas, me consultan.\n
- Aqui esta la solucion. No se puede hacer con menos que 4 estados sin tener bugs.\n\nVoy a darles unos minutos para revisar la solucion y ver si entienden todo o si tienen preguntas.\n\nAlgunos estaban cercas?\n\nBuenos, la verdad es que esta solucion tiene un bug que a veces han encontrado en software que utilizan. Hasta Mac OS X tenia este bug en el pasado. Vamos a arreglar el statechart para matar a este bug.\n
- El bug se manifesta cuando empezamos la applicacion, no podemos empezar la applicacion en el ‘Mouse Out Mouse Up’ state sin chequear primero si no estamos adentro del boton. Entonces, aca necesitamos un ‘transient state’ para ver si estamos a dentro del boton al principio.\n
- Bueno, ahora que entiendan como usar statecharts, la pregunta es: porque?\n\nPorque usarlos en nuestras applicaciones?\n
- Ya vimos que son buenos para documentar la especification de applicaciones complejos.\n
- Pero tambien son buenos para communicar con tus compañeros. En particular, un non-techie no va a leer tu codigo pero pueden ver un statechart y entender lo que paso.\n\nPor ejemplo, es una buena manera de communicar con tu equipo de QA testing.\n
- Pero la primera razon porque me gusta usarlos es porque te hacen pensar antes que escribes una linea de codigo.\n\nA veces, nosotros programmadores atacan un problemo muy rapido sin sentarse y pensar a todo los casos que pueden pasar.\n\nCuando tengo que disenar un sistema reactivo, trato primero de disenar todo el statechart antes de escribir una linea de codigo. Cuando hago eso, mis aplicaciones tienen menos bugs y desarollo mas rapido porque ya tengo todo el sistema en frente de mi.\n
- Una aplicacion que usa statecharts siempre es mas estable que una que no usa statecharts.\n\nla razon es simple, si un evento pasa y no estas en un estadio que debe tener una reaccion con este evento, nada pasa. Es simple, pero es impresionante como un concepto tan simple puede hacer tu applicacion mas estable.\n\nLo que hacemos es isolar partes de nuestro codigo, a cada momento, siempre estamos usando solo una parte del codigo, el resto no se applica porque no estamos en un estado donde se puede usar.\n
- Finalmente, usar statecharts es una buena manera de verificar que estas testeando todos lo que puede suceder en tu applicacion. Luego si tengo tiempo voy a demonstrar una tecnica para hacer eso.\n
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- Ya hablamos demasiado de teoria, ahora vamos a ver codigo!\n\nEn particular vamos a aprender como usar Stativus, una libreria escrito en Javascript por Evin Grano para escribir statecharts.\n
- Vamos a programar el boton que diseñamos juntos con un statechart. El codigo esta en mi cuenta de github para que los pueden ver.\n
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