Унифицированный язык моделирования UML

Объектно-ориентированное моделирование основывается на рассмотрении теории систем, целью которой является выделение, объяснение и описание сложных систем при помощи единообразных стандартов. Система представляет совокупность компонентов, связанных разнообразными отношениями.

Упрощение сложной системы путем построения ее модели необходимо, поскольку система не может быть рассмотрена как единое целое из-за своей сложности.

Задача моделирования заключается в выделении свойств системы, значимых для заинтересованных сторон, и построения модели системы, ориентированной на представление выделенных свойств. При моделировании систем можно разделить описание структуры системы и ее поведения.

Задача описания структуры системы состоит в выделении набора классов, соответствующих рассматриваемым сущностям предметной области.

Основным понятием в объектно-ориентированном подходе является объект – сущность, обычно соответствующая понятию, взятому из словаря предметной области.

Одним из языков, поддерживающих объектно-ориентированное моделирование, является Унифицированный Язык Моделирования (UML). UML позволяет:

- используя расширенную семантику, провести визуализацию системы;

- разработать модели, описывающие систему с различных точек зрения;

- отображать полученные описания на объектно-ориентированные языки программирования и таблицы реляционных баз данных;

- формулировать требования и определять тесты для разрабатываемой системы.

Введение в UML

Унифицированный язык моделирования (UML) является стандартным инструментом для создания «чертежей» программного обеспечения. С помощью UML можно визуализировать, специфицировать, конструировать и документировать артефакты программных систем.

UML пригоден для моделирования любых систем: от информационных систем масштаба предприятия до распределенных Web-приложений и даже встроенных систем реального времени. Это очень выразительный язык, позволяющий рассмотреть систему со всех точек зрения, имеющих отношение к ее разработке и последующему развертыванию. Несмотря на обилие выразительных возможностей, этот язык прост для понимания и использования. Изучение UML удобнее всего начать с его концептуальной модели, которая включает в себя три основных элемента: базовые строительные блоки, правила, определяющие, как эти блоки могут сочетаться между собой, и некоторые общие механизмы языка.

Несмотря на свои достоинства, UML – это всего лишь язык; он является одной из составляющих процесса разработки программного обеспечения, и не более того. Хотя UML не зависит от моделируемой реальности, лучше всего применять его, когда процесс моделирования основан на рассмотрении прецедентов использования, является итеративным и пошаговым, а сама система имеет четко выраженную архитектуру.

UML – это язык для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования артефактов программных систем.

Язык состоит из словаря и правил, позволяющих комбинировать входящие в него слова и получать осмысленные конструкции. В языке моделирования словарь и правила ориентированы на концептуальное и физическое представление системы. Язык моделирования, подобный UML, является стандартным средством для составления «чертежей» программного обеспечения.

Моделирование необходимо для понимания системы. При этом единственной модели никогда не бывает достаточно. Напротив, для понимания любой нетривиальной системы приходится разрабатывать большое количество взаимосвязанных моделей. В применении к программным системам это означает, что необходим язык, с помощью которого можно с различных точек зрения описать представления архитектуры системы на протяжении цикла ее разработки.

Словарь и правила такого языка, как UML, объясняют, как создавать и читать хорошо определенные модели, но ничего не сообщают о том, какие модели и в каких случаях нужно создавать. Это задача всего процесса разработки программного обеспечения. Хорошо организованный процесс должен подсказать вам, какие требуются артефакты, какие ресурсы необходимы для их создания, как можно использовать эти артефакты, чтобы оценить выполненную работу и управлять проектом в целом.

С точки зрения большинства программистов, размышления по поводу реализации проекта почти эквивалентны написанию для него кода. Вы думаете – значит, вы кодируете. И действительно, некоторые вещи лучше всего выражаются непосредственно в коде на каком-либо языке программирования, поскольку текст программы – это самый простой и короткий путь для записи алгоритмов и выражений.

Но даже в таких случаях программист занимается моделированием, хотя и неформально. Он может, допустим, записать набросок идеи на доске или на салфетке. Однако такой подход чреват неприятностями. Во-первых, обмен мнениями по поводу концептуальной модели возможен только тогда, когда все участники дискуссии говорят на одном языке. Как правило, при разработке проектов компаниям приходится изобретать собственные языки, и новичку непросто догадаться, о чем идет речь. Во-вторых, нельзя получить представление об определенных аспектах программных систем без модели, выходящей за границы текстового языка программирования. Так, назначение иерархии классов можно, конечно, понять, если внимательно изучить код каждого класса, но воспринять всю структуру сразу и целиком не получится. Аналогично изучение кода системы не позволит составить целостное представление о физическом распределении и возможных миграциях объектов в Web-приложении. В-третьих, если автор кода никогда не воплощал в явной форме задуманные им модели, эта информация будет навсегда утрачена, если он сменит место работы. В лучшем случае ее можно будет лишь частично воссоздать исходя из реализации.

Использование UML позволяет решить третью проблему: явная модель облегчает общение.

Некоторые особенности системы лучше всего моделировать в виде текста, другие – графически. На самом деле во всех интересных системах существуют структуры, которые невозможно представить с помощью одного лишь языка программирования. UML – графический язык, что позволяет решить вторую из обозначенных проблем.

UML – это не просто набор графических символов. За каждым из них стоит хорошо определенная семантика. Это значит, что модель, написанная одним разработчиком, может быть однозначно интерпретирована другим или даже инструментальной программой. Так решается первая из перечисленных выше проблем.

Cпецифицирование означает построение точных, недвусмысленных и полных моделей. UML позволяет специфицировать все существенные решения, касающиеся анализа, проектирования и реализации, которые должны приниматься в процессе разработки и развертывания системы программного обеспечения.

UML не является языком визуального программирования, но модели, созданные с его помощью, могут быть непосредственно переведены на различные языки программирования. Иными словами, UML-модель можно отобразить на такие языки, как Java, C++, Visual Basic, и даже на таблицы реляционной базы данных или устойчивые объекты объектно-ориентированной базы данных. Те понятия, которые предпочтительно передавать графически, так и представляются в UML; те же, которые лучше описывать в текстовом виде, выражаются с помощью языка программирования.

Такое отображение модели на язык программирования позволяет осуществлять прямое проектирование: генерацию кода из модели UML в какой-то конкретный язык. Можно решить и обратную задачу: реконструировать модель по имеющейся реализации. Обратное проектирование не представляет собой ничего необычного. Если вы не закодировали информацию в реализации, то эта информация теряется при прямом переходе от моделей к коду. Поэтому для обратного проектирования необходимы как инструментальные средства, так и вмешательство человека. Сочетание прямой генерации кода и обратного проектирования позволяет работать как в графическом, так и в текстовом представлении, если инструментальные программы обеспечивают согласованность между обоими представлениями.

Помимо прямого отображения в языки программирования UML в силу своей выразительности и однозначности позволяет непосредственно исполнять модели, имитировать поведение систем и контролировать действующие системы.

Компания, выпускающая программные средства, помимо исполняемого кода производит и другие артефакты, в том числе следующие:

- требования к системе;

- архитектуру;

- проект;

- исходный код;

- проектные планы;

- тесты;

- прототипы;

- версии и др.

В зависимости от принятой методики разработки выполнение одних работ производится более формально, чем других. Упомянутые артефакты – это не просто поставляемые составные части проекта; они необходимы для управления, для оценки результата, а также в качестве средства общения между членами коллектива во время разработки системы и после ее развертывания.

UML позволяет решить проблему документирования системной архитектуры и всех ее деталей, предлагает язык для формулирования требований к системе и определения тестов и, наконец, предоставляет средства для моделирования работ на этапе планирования проекта и управления версиями.

Язык UML предназначен прежде всего для разработки программных систем. Его использование особенно эффективно в следующих областях:

- информационные системы масштаба предприятия;

- банковские и финансовые услуги;

- телекоммуникации;

- транспорт;

- оборонная промышленность, авиация и космонавтика;

- розничная торговля;

- медицинская электроника;

- наука;

- распределенные Web-системы.

Сфера применения UML не ограничивается моделированием программного обеспечения. Его выразительность позволяет моделировать, скажем, документооборот в юридических системах, структуру и функционирование системы обслуживания пациентов в больницах, осуществлять проектирование аппаратных средств.