State machines are used in engineering many types of software-intensive systems. UML State Machines extend simple finite state machines with powerful constructs. Among the many extensions, there is one seemingly simple and innocent language construct that fundamentally changes state machines' reactive model of computation: doActivity behaviors. DoActivity behaviors describe behavior that is executed independently from the state machine once entered in a given state, typically modeling complex computation or communication as background tasks. However, the UML specification or textbooks are vague about how the doActivity behavior construct should be appropriately used. This lack of guidance is a severe issue as, when improperly used, doActivities can cause concurrent, non-deterministic bugs that are especially challenging to find and could ruin a seemingly correct software design. The Precise Semantics of UML State Machines (PSSM) specification introduced detailed operational semantics for state machines. To the best of our knowledge, there is no rigorous review yet of doActivity's semantics as specified in PSSM. We analyzed the semantics by collecting evidence from cross-checking the text of the specification, its semantic model and executable test cases, and the simulators supporting PSSM. We synthesized insights about subtle details and emergent behaviors relevant to tool developers and advanced modelers. We reported inconsistencies and missing clarifications in more than 20 issues to the standardization committee. Based on these insights, we studied 11 patterns for doActivities detailing the consequences of using a doActivity in a given situation and discussing countermeasures or alternative design choices. We hope that our analysis of the semantics and the patterns help vendors develop conformant simulators or verification tools and engineers design better state machine models.


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统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)是由国际软件行业组织 OMG(对象管理集团 omg.org)自 1997 年起研发的用于 IT 各领域建模的一套标准、通用、图形化的面向对象(OO)建模语言,对应的国际标准为 ISO/IEC 19505。UML 具有简单、直观、形象、表达力强等特点,因此不仅常用于复杂软件系统架构的建模和面向对象分析与设计(OOAD),也可用于复杂业务流程及系统需求的建模。UML 当前的最新版本为 v2.5(2015.3)。 UML 起源于 3 位著名的软件工程方法学家 Grady Booch、James Rumbaugh、Ivar Jacobson 融合、统一了他们各自原来的建模语言和方法。
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