Анализ и моделирование на UML 2 page

Состав диаграммы Use Case

Диаграмма вариантов использования состоит из актеров, для которых система производит действие и собственно действия Use Case, которое описывает то, что актер хочет получить от системы. Актер обозначается значком человечка, а Use Case - овалом. Дополнительно в диаграммы могут быть добавлены комментарии.

Ответы на следующие вопросы позволят определить актеров, взаимодействующих с системой:

кто взаимодействует с системой или использует систему;

кто передает или принимает информацию в/из системы;

кто является внешним по отношению к системе.

Каждый вариант использования показывает, как конкретный актер использует систему и в дальнейшем расширяется диаграммами состояний и последовательности действий.

Виды взаимодействий

Между актерами и вариантами использования могут быть различные виды взаимодействия. Основные виды взаимодействия следующие:

Простая ассоциация - отражается линией между актером и вариантом использования (без стрелки). Отражает связь актера и варианта использования. На рисунке между актером администратор и вариантом использованияпросматривать заказ.

Направленная ассоциация - то же что и простая ассоциация, но показывает, что вариант использования инициализируется актером. Обозначается стрелкой.

Наследование - показывает, что потомок наследует атрибуты и поведение своего прямого предка. Может применяться как для актеров, так для вариантов использования.

Расширение (extend) - показывает, что вариант использования расширяет базовую последовательность действий и вставляет собственную последовательность. При этом в отличие от типа отношений "включение" расширенная последовательность может осуществляться в зависимости от определенных условий.

Включение - показывает, что вариант использования включается в базовую последовательность и выполняется всегда (на рисунке не показан).

(http://www.caseclub.ru/articles/use_case.html)

8. Реализация вариантов использования

9. Моделирование структуры на UML

(Туривный С.)

Диаграммы классов используются при моделировании ПС наиболее часто. Они являются одной из форм статического описания системы с точки зрения ее проектирования, показывая ее структуру. Диаграмма классов не отображает динамическое поведение объектов изображенных на ней классов. На диаграммах классов показываются классы, интерфейсы и отношения между ними.

Представление классов

Класс – это основной строительный блок ПС. Это понятие присутствует и в ОО языках программирования, то есть между классами UML и программными классами есть соответствие, являющееся основой для автоматической генерации программных кодов или для выполнения реинжиниринга. Каждый класс имеет название, атрибуты и операции. Класс на диаграмме показывается в виде прямоугольника, разделенного на 3 области. В верхней содержится название класса, в средней – описание атрибутов (свойств), в нижней – названия операций – услуг, предоставляемых объектами этого класса.

Рис.1. Изображение класса в нотации UML

(http://www.informicus.ru/Default.aspx?SECTION=6&id=73&subdivisionid=3)

10. Диаграмма классов. Классы

(Туривный С.)

Атрибуты класса определяют состав и структуру данных, хранимых в объектах этого класса. Каждый атрибут имеет имя и тип, определяющий, какие данные он представляет. При реализации объекта в программном коде для атрибутов будет выделена память, необходимая для хранения всех атрибутов, и каждый атрибут будет иметь конкретное значение в любой момент времени работы программы. Объектов одного класса в программе может быть сколь угодно много, все они имеют одинаковый набор атрибутов, описанный в классе, но значения атрибутов у каждого объекта свои и могут изменяться в ходе выполнения программы.

Для каждого атрибута класса можно задать видимость (visibility). Эта характеристика показывает, доступен ли атрибут для других классов. В UML определены следующие уровни видимости атрибутов:

Открытый (public) – атрибут виден для любого другого класса (объекта);

Защищенный (protected) – атрибут виден для потомков данного класса;

Закрытый (private) – атрибут не виден внешними классами (объектами) и может использоваться только объектом, его содержащим.

Последнее значение позволяет реализовать свойство инкапсуляции данных. Например, объявив все атрибуты класса закрытыми, можно полностью скрыть от внешнего мира его данные, гарантируя отсутствие несанкционированного доступа к ним. Это позволяет сократить число ошибок в программе. При этом любые изменения в составе атрибутов класса никак не скажутся на остальной части ПС.

Класс содержит объявления операций, представляющих собой определения запросов, которые должны выполнять объекты данного класса. Каждая операция имеет сигнатуру, содержащую имя операции, тип возвращаемого значения и список параметров, который может быть пустым. Реализация операции в виде процедуры – это метод, принадлежащий классу. Для операций, как и для атрибутов класса, определено понятие «видимость». Закрытые операции являются внутренними для объектов класса и недоступны из других объектов. Остальные образуют интерфейсную часть класса и являются средством интеграции класса в ПС.

(http://www.informicus.ru/Default.aspx?SECTION=6&id=73&subdivisionid=3)

11. Диаграмма классов. Отношения

(Туривный С.)

Каждая ассоциация несет информацию о связях между объектами внутри ПС. Наиболее часто используются бинарные ассоциации, связывающие два класса. Ассоциация может иметь название, которое должно выражать суть отображаемой связи (см. рис. 2). Помимо названия, ассоциация может иметь такую характеристику, какмножественность. Она показывает, сколько объектов каждого класса может участвовать в ассоциации. Множественность указывается у каждого конца ассоциации (полюса) и задается конкретным числом или диапазоном чисел. Множественность, указанная в виде звездочки, предполагает любое количество (в том числе, и ноль). Например, на рис.2 ассоциация связывает один объект класса «Набор товаров» с одним или более объектами класса «товар». Связаны между собой могут быть и объекты одного класса, поэтому ассоциация может связывать класс с самим собой. Например, для класса «Житель города» можно ввести ассоциацию «Соседство», которая позволит находить всех соседей конкретного жителя.

Рис.2 Применение ассоциаций

Ассоциация «включает» показывает, что набор может включать несколько различных товаров. В данном случае направленная ассоциация позволяет найти все виды товаров, входящие в набор, но не дает ответа на вопрос, входит ли товар данного вида в какой-либо набор.

Ассоциация сама может обладать свойствами класса, то есть, иметь атрибуты и операции. В этом случае она называется класс-ассоциацией и может рассматриваться как класс, у которого помимо явно указанных атрибутов и операций есть ссылки на оба связываемых ею класса. В примере на рис.2 ассоциация «включает» по существу есть класс-ассоциация, укоторой есть атрибут «Количество», показывающий, сколько единиц каждого товара входит в набор (см. рис.4).

Обобщение на диаграммах классов используется, чтобы показать связь между классом-родителем и классом-потомком. Оно вводится на диаграмму, когда возникает разновидность какого-либо класса (например, при развитии ПС – см. рис.4), а также в тех случаях, когда в системе обнаруживаются несколько классов, обладающих сходным поведением (в этом случае общие элементы поведения выносятся на более высокий уровень, образуя класс-родитель – см. рис.3).

Рис.3 Наследуются атрибуты и операции

Как уже говорилось ранее, UML позволяет строить модели с различным уровнем детализации. На рис.4 показана детализация модели, представленной на рис.2.

Рис. 4 Детализация модели набора товаров

Обобщение показывает, что набор товаров – это тоже товар, который может быть предметом заказа, продажи, поставки и т.д. Набор включает опись, в которой указывается, какие товары входят в набор, а класс-ассоциация «включает» определяет количество каждого вида товаров в наборе.

(http://www.informicus.ru/Default.aspx?SECTION=6&id=73&subdivisionid=3)

12. Компоненты и интерфейсы

(Туривный С.)

Полный проект программной системы представляет собой совокупность моделей логического и физического уровней, которые должны быть согласованы между собой. В языке UML для физического представления моделей систем используются диаграммы реализации (implementation diagrams), которые включают в себя диаграмму компонентов и диаграмму развертывания.

Диаграмма компонентов, в отличие от ранее рассмотренных диаграмм, описывает особенности физического представления системы. Она позволяет определить архитектуру разрабатываемой системы, установив зависимости между программными компонентами, в роли которых может выступать исходный и исполняемый код. Основными графическими элементами диаграммы компонентов являются компоненты, интерфейсы и зависимости между ними.

Диаграмма компонентов разрабатывается для следующих целей:

визуализации общей структуры исходного кода программной системы;

спецификации исполняемого варианта программной системы;

обеспечения многократного использования отдельных фрагментов программного кода;

представления концептуальной и физической схем баз данных.

В разработке диаграмм компонентов участвуют как системные аналитики и архитекторы, так и программисты. Диаграмма компонентов обеспечивает согласованный переход от логического представления к конкретной реализации проекта в форме программного кода. Одни компоненты могут существовать только на этапе компиляции программного кода, другие на этапе его исполнения. Диаграмма компонентов отражает общие зависимости между компонентами, рассматривая последние в качестве классификаторов.

Компоненты

Для представления физических сущностей в языке UML применяется специальный термин - компонент (component). Компонент реализует некоторый набор интерфейсов и служит для общего обозначения элементов физического представления модели. Для графического представления компонента используется специальный символ - прямоугольник со вставленными слева двумя более мелкими прямоугольниками. Внутри большого прямоугольника записывается имя компонента и, при необходимости, некоторая дополнительная информация. Изображение этого символа может незначительно варьироваться в зависимости от характера ассоциируемой с компонентом информации.

Имя компонента подчиняется общим правилам именования элементов модели в языке UML и может состоять из любого числа букв, цифр и некоторых знаков препинания.

Отдельный компонент может быть представлен на уровне типа или на уровне экземпляра. Графическое изображение в обоих случаях одинаковое, но правила записи имени компонента отличаются. Если компонент представляется на уровне типа, то в качестве его имени записывается только имя типа с заглавной буквы. Если же компонент представляется на уровне экземпляра, то в качестве его имени записывается <имя компонента>':'<имя типаХ>. При этом вся строка имени подчеркивается.

В качестве простых имен принято использовать имена исполняемых файлов (с указанием расширения ехе после точки-разделителя), динамических библиотек (расширение dll), Web-страниц (расширение html), текстовых файлов (расширения txt или doc) или файлов справки (hip), файлов баз данных (DB) или файлов с исходными текстами программ (расширения h, cpp для языка C++, расширение java для языка Java), скрипты (pi, asp) и другие.

Поскольку конкретная реализация логического представления модели системы зависит от используемого программного инструментария, то и имена компонентов определяются особенностями синтаксиса соответствующего языка программирования.

В отдельных случаях к простому имени компонента может быть добавлена информация об имени объемлющего пакета и о конкретной версии реализации данного компонента. В этом случае номер версии записывается как помеченное значение в фигурных скобках. В других случаях символ компонента может быть разделен на секции, чтобы явно указать имена реализованных в нем интерфейсов.

Поскольку компонент как элемент физической реализации модели представляет отдельный модуль кода, иногда его комментируют с указанием дополнительных графических символов, иллюстрирующих конкретные особенности его реализации. Эти дополнительные обозначения для примечаний не специфицированы в языке UML, однако их применение упрощает понимание диаграммы компонентов, повышая наглядность физического представления.

В языке UML выделяют три вида компонентов:

развертывания, которые обеспечивают непосредственное выполнение системой своих функций. Такими компонентами могут быть динамически подключаемые библиотеки с расширением dll, Web-страницы на языке разметки гипертекста с расширением html и файлы справки с расширением hlp;

рабочие продукты. Как правило, это файлы с исходными текстами программ, например, с расширениями h или срр для языка C++;

исполнения, представляющие собой исполняемые модули - файлы с расширением ехе.

Эти элементы иногда называют артефактами, подчеркивая при этом их законченное информационное содержание, зависящее от конкретной технологии реализации соответствующих компонентов.

Другим способом спецификации различных видов компонентов является явное указание его стереотипа компонента перед именем. В языке UML для компонентов определены следующие стереотипы:

библиотека (library) - определяет первую разновидность компонента, который представляется в форме динамической или статической библиотеки;

таблица (table) - также определяет первую разновидность компонента, который представляется в форме таблицы базы данных;

файл (file) - определяет вторую разновидность компонента, который представляется в виде файлов с исходными текстами программ;

документ (document) - определяет вторую разновидность компонента,. который представляется в форме документа;

исполнимый (executable) — определяет третий вид компонента, который может исполняться в узле.

Интерфейсы

Следующим элементом диаграммы компонентов являются интерфейсы. В общем случае, интерфейс графически изображается окружностью, которая соединяется с компонентом отрезком линии без стрелок. Имя интерфейса должно начинаться с заглавной буквы "I" и записываться рядом с окружностью. Семантически линия означает реализацию интерфейса, а наличие интерфейсов у компонента означает, что данный компонент реализует соответствующий набор интерфейсов.

Другим способом представления интерфейса на диаграмме компонентов является его изображение в виде прямоугольника класса со стереотипом «интерфейс» и возможными секциями атрибутов и операций. Как правило, этот вариант обозначения используется для представления внутренней структуры интерфейса, которая может быть важна для реализации.

При разработке программных систем интерфейсы обеспечивают не только совместимость различных версий, но и возможность вносить существенные изменения в одни части программы, не изменяя другие ее части. Таким образом, назначение интерфейсов существенно шире, чем спецификация взаимодействия с пользователями системы (актерами).

Рекомендации по построению диаграммы компонентов

Разработка диаграммы компонентов предполагает использование информации как о логическом представлении модели системы, так и об особенностях ее физической реализации. До начала разработки необходимо принять решения о выборе вычислительных платформ и операционных систем, на которых предполагается реализовывать систему, а также о выборе конкретных баз данных и языков программирования.

После этого можно приступать к общей структуризации диаграммы компонентов. В первую очередь, необходимо решить, из каких физических частей (файлов) будет состоять программная система. На этом этапе следует обратить внимание на такую реализацию системы, которая обеспечивала бы не только возможность повторного использования кода за счет рациональной декомпозиции компонентов, но и создание объектов только при их необходимости.

Речь идет о том, что общая производительность программной системы существенно зависит от рационального использования вычислительных ресурсов. Для этой цели необходимо большую часть описаний классов, их операций и методов вынести в динамические библиотеки, оставив в исполняемых компонентах только самые необходимые для инициализации программы фрагменты программного кода.

После общей структуризации физического представления системы необходимо дополнить модель интерфейсами и схемами базы данных. При разработке интерфейсов следует обращать внимание на согласование (стыковку) различных частей программной системы. Включение в модель схемы базы данных предполагает спецификацию отдельных таблиц и установление информационных связей между таблицами.

Завершающий этап построения диаграммы компонентов связан с установлением и нанесением на диаграмму взаимных связей между компонентами, а также отношений реализации. Эти отношения должны иллюстрировать все важнейшие аспекты физической реализации системы, начиная с особенностей компиляции исходных текстов программ и заканчивая исполнением отдельных частей программы на этапе ее выполнения. Для этой цели можно использовать различные виды графического изображения компонентов.

При разработке диаграммы компонентов следует придерживаться общих принципов создания моделей на языке UML. В частности, необходимо использовать уже имеющиеся в языке UML компоненты и стереотипы. Для большинства типовых проектов этого набора элементов может оказаться достаточно для представления компонентов и зависимостей между ними.

Если проект содержит некоторые физические элементы, описание которых отсутствует в языке UML, то следует воспользоваться механизмом расширения и использовать дополнительные стереотипы для отдельных нетиповых компонентов или помеченные значения для уточнения их отдельных характеристик.

Следует обратить внимание, что диаграмма компонентов, как правило, разрабатывается совместно с диаграммой развертывания, на которой представляется информация о физическом размещении компонентов программной системы по ее отдельным узлам.

(http://www.info-system.ru/designing/methodology/uml/theory/component_diagram_theory.html)

13. Диаграммы реализации

(Туривный С.)

Диаграммы реализации предназначены для отображения состава компилируемых и выполняемых модулей системы, а так же связей между ними. Диаграммы реализаций разделяются на два конкретных вида: диаграммы компонентов(component diagrams) и диаграммы развертывания (deployment diagrams).

Диаграмма компонентов отражает зависимости составных частей программного обеспечения, в которые включаются файлы исходных текстов, двоичные файлы библиотек объектных модулей и исполняемые файлы. Она состоит из компонентов и отношений между ними. Используются отношения двух типов:

– зависимость - это зависимость любого типа (использование, совместная компиляция);

– композиция - это включение одних компонентов в состав других.

Компонент изображается в виде прямоугольника с двумя маленькими прямоугольниками у левого края, внутри прямоугольника записывается имя компонента.

Зависимость изображается штриховой линией от использующего компонента к используемому. Композиция (или включение) изображается размещением включаемого компонента внутри включающего. Компоненты могут иметь интерфейсы, через которые выражаются зависимости. Интерфейсами могут являться, например, имена вызываемых подпрограмм. Интерфейсы изображаются окружностями, соединенными с компонентой линией без направления, рядом записывается имя интерфейса.

Диаграммы развертывания показывают конфигурацию исполняемой программной системы, состоящей из программных компонентов, процессов, объектов. Она состоит из узлов и отношений взаимодействия между узлами и компонентами. Узлы могут включать компоненты и объекты.

Узлы представляют собой физические элементы времени выполнения, обозначающие вычислительный ресурс, обладающий как минимум запоминающим устройством и возможно вычислительным устройством. Узлы могут обозначать компьютеры, человеческие ресурсы или механические устройства. Внутри узлов могут содержаться компоненты и объекты, что обозначает, что данный компонент или объект существует в рамках данного узла. Узлы изображаются как проекция трехмерного куба. Узел может представлять собой тип узла или конкретный экземпляр узла. В зависимости от этого происходит именования узла. В случае узла - типа его имя выглядит так:

имя типа,

в случае узла - экземпляра имя выглядит так:

имя узла: имя типа.

На диаграмме развертывания компоненты могут представлять не только типы, но и конкретные экземпляры, поэтому их имя может быть дополнено именем типа через двоеточие.

Отношение взаимодействия между узлами, компонентами или объектами обозначается штриховой линией, направленной от использующего элемента к используемому.

(http://www.maksakov-sa.ru/ModelUML/DiagrReal/index.html)

14. Моделирование поведения на UML

(Туривный С.)

Диаграммы поведения

Пять основных диаграмм поведения в UML используются для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамических аспектов системы. Можно считать, что динамические аспекты системы представляют собой ее изменяющиеся части. Например, динамические аспекты жилого дома - это перемещение потоков воздуха и людей по комнатам. Динамические аспекты программной системы охватывают такие ее элементы, как поток сообщений во времени и физическое перемещение компонентов по сети.

Диаграммы поведения в UML условно разделяются на пять типов в соответствии с основными способами моделирования динамики системы:

диаграммы прецедентов описывают организацию поведения системы;

диаграммы последовательностей акцентируют внимание на временной упорядоченности сообщений;

диаграммы кооперации сфокусированы на структурной организации объектов, посылающих и получающих сообщения;

диаграммы состояний описывают изменение состояния системы в ответ на события;

диаграммы деятельности демонстрируют передачу управления от одной деятельности к другой.

На диаграммах прецедентов показывается совокупность вариантов использования (прецедентов), актеров (частный случай классов) и отношений между ними (см. главу 17). С помощью таких диаграмм иллюстрируют статический вид системы с точки зрения прецедентов, что особенно важно для ее организации и моделирования ее поведения.

Следующие две диаграммы семантически идентичны, так же как и две последние. Иными словами, для моделирования динамики системы можно воспользоваться диаграммами одного типа, а затем преобразовать их к другому типу без потери информации. Это позволяет лучше понять различные аспекты динамики системы. Например, можно сначала создать диаграмму последовательностей, иллюстрирующую временную упорядоченность сообщений, а затем преобразовать в диаграмму кооперации, помогающую легко разрабатывать структурные отношения между классами, объекты которых участвуют в этой кооперации (разумеется, не воспрещено двигаться и в обратном направлении, от диаграммы кооперации к диаграмме последовательностей). Можно также начать с диаграммы состояний, показывающей реакцию системы на события, и преобразовать ее в диаграмму действий, которая заостряет внимание на потоке управления (или же, наоборот, от диаграммы действий перейти к диаграмме состояний). Причина, по которой в UML предусмотрены семантически эквивалентные диаграммы, состоит в том, что моделирование динамики системы - очень непростая задача, и зачастую приходится подходить к решению какой-нибудь многогранной проблемы сразу с нескольких сторон.

Диаграммы взаимодействий - это общее наименование диаграмм последовательностей и кооперации. Любая диаграмма последовательностей или кооперации является диаграммой взаимодействия, а каждая диаграмма взаимодействия - это либо диаграмма последовательностей, либо диаграмма кооперации.

На диаграмме последовательностей основное внимание уделяется временной упорядоченности событий (см. главу 18). На них изображают множество объектов и посланные или принятые ими сообщения. Объекты, как правило, представляют собой анонимные или именованные экземпляры классов, но могут быть также экземплярами других сущностей, таких как кооперации, компоненты или узлы. Диаграммы последовательностей относятся к динамическому виду системы.

Диаграммы кооперации заостряют внимание на структурной организации объектов, принимающих или отправляющих сообщения. На диаграмме кооперации показано множество объектов, связи между ними и сообщения, которые они посылают или получают (см. главу 18). Объекты обычно представляют собой анонимные или именованные экземпляры классов, но могут быть также экземплярами других сущностей, например коопераций, компонентов и узлов. Диаграммы коопераций относятся к динамическому виду системы.

Диаграммы последовательностей и кооперации изоморфны, то есть их можно преобразовывать друг в друга без потери информации.

Диаграмма состояний показывает автомат, содержащий состояния, переходы, события и действия (см. главу 24). Диаграммы такого рода относятся к динамическому виду системы и особенно важны при моделировании поведения интерфейса, класса или кооперации. Основное внимание в них уделяется порядку возникновения событий, связанных с объектом, что особенно полезно при моделировании реактивных систем.

На диаграммах деятельности изображают передачу управления от одной деятельности к другой внутри системы. На них показаны виды деятельности, последовательные или параллельные ветвления потока управления и объекты, которые воздействуют на что- то или сами подвергаются воздействию (см. главу 19). Диаграммы деятельности относятся к динамическому представлению системы и особенно важны при моделировании ее функций. Они являются особой разновидностью диаграмм состояния. На диаграммах деятельности основное внимание уделено потоку управления между объектами.

Разумеется, при попытке проиллюстрировать динамическое поведение системы с помощью диаграмм, которые по сути своей статичны (особенно если рисуются на листе бумаги, на доске или обратной стороне конверта), возникают определенные физические ограничения. При использовании компьютерных технологий к диаграммам поведения можно применять анимационные эффекты с целью имитации исполняемой системы или аппроксимации ее поведения. Язык UML позволяет рисовать динамические диаграммы, в которых цвет или другие визуальные факторы призваны создать впечатление изменяемости. Некоторые инструментальные средства, существующие на данный момент, уже поддерживают такую возможность.

Диаграмма автомата (state machine diagram) ‒ это один из способов детального описания поведения в UML на основе явного выделения состояний и описания переходов между состояниями.

В сущности, диаграммы автомата, как это следует из названия, представляют собой граф переходов состояний (см. главу 4), нагруженный множеством дополнительных деталей и подробностей.

На диаграмме автомата применяют один основной тип сущностей ‒ состояния 1, и один тип отношений ‒ переходы 2, но и для тех и для других определено множество разновидностей, специальных случаев и дополнительных обозначений. Перечислять их все во вступительном обзоре не имеет смысла.

Диаграмма деятельности (activity diagram) ‒ способ описания поведения на основе указания потоков управления и потоков данных.

Диаграмма деятельности ‒ еще один способ описания поведения, который визуально напоминает старую добрую блок-схему алгоритма. Однако за счет модернизированных обозначений, согласованных с объектно-ориентированным подходом, а главное, за счет новой семантической составляющей (свободная интерпретация сетей Петри), диаграмма деятельности UML является мощным средством для описания поведения системы.

На диаграмме деятельности применяют один основной тип сущностей ‒ действие 1, и один тип отношений ‒ переходы 2 (передачи управления и данных). Также используются такие конструкции как развилки, слияния, соединения, ветвления 3, которые похожи на сущности, но таковыми на самом деле не являются, а представляют собой графический способ изображения некоторых частных случаев многоместных отношений.

Диаграмма последовательности (sequence diagram) ‒ это способ описания поведения системы на основе указания последовательности передаваемых сообщений.

Фактически, диаграмма последовательности ‒ это запись протокола конкретного сеанса работы системы (или фрагмента такого протокола). В объектно-ориентированном программировании самым существенным во время выполнения является пересылка сообщений между взаимодействующими объектами. Именно последовательность посылок сообщений отображается на данной диаграмме, отсюда и название.

На диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей ‒ экземпляры взаимодействующих классификаторов 1 (в основном классов, компонентов и действующих лиц), и один тип отношений ‒ связи 2, по которым происходит обмен сообщениями 3. Предусмотрено несколько способов посылки сообщений, которые в графической нотации различаются видом стрелки, соответствующей отношению.