ГЛАВА 3 Основные компоненты языка UML 11 page

Рис. 8.7. Диаграмма последовательности со стереотипными значениями сообщений

Временные ограничения на диаграммах последовательности

В отдельных случаях выполнение тех или иных действий на диаграмме последовательности может потребовать явной спецификации временных ограничений, накладываемых на сам интервал выполнения операций или передачу сообщений. В языке UML для записи временных ограничений используются фигурные скобки. Временные ограничения могут относиться как к выполнению определенных действий объектами, так и к самим сообщениям, явно специфицируя условия их передачи или приема. Важно понимать, что в отличие от условий ветвления, которые должны выполняться альтернативно, временные ограничения имеют обязательный или директивный характер для ассоциированных с ними объектов.

Временные ограничения могут записываться рядом с началом стрелки соответствующего сообщения. Но наиболее часто они записываются слева от этой стрелки на одном уровне с ней. Если временная характеристика относится к конкретному объекту, то имя этого объекта записывается перед именем характеристики и отделяется от нее точкой.

Примерами таких ограничений на диаграмме последовательности могут служить ситуации, когда необходимо явно специфицировать время, в течение которого допускается передача сообщения от клиента к серверу или обработка запроса клиента сервером:

• {время_приема_сообщения время_отправки_сообщения < 1 сек.}
• {время_ожидания_ответа < 5 сек.}
• {время_передачи_пакета < 10 сек.}
• {объект_1. время_подачи_сигнала_тревоги > 30 сек.}

Примечание

В первом из рассмотренных случаев знак "-" во временном ограничении обозначает арифметическую операцию вычитания (минус). Другие знаки являются обычными знаками сравнения величин. В последнем случае перед временной характеристикой указано имя объекта, к которому она относится.

Комментарии или примечания

Комментарии или примечания уже рассматривались ранее при изучении других видов диаграмм. Они могут включаться и в диаграммы последовательности, ассоциируясь с отдельными объектами или сообщениями. При этом используется стандартное обозначение для комментария - прямоугольник с "заломленным" правым верхним углом. Внутри этого прямоугольника записывается текст комментария на естественном языке.

8.3. Пример построения диаграммы последовательности

В качестве примера рассмотрим построение диаграммы последовательности для моделирования процесса телефонного разговора с использованием обычной телефонной сети. Объектами в этом примере являются: два абонента а и Ь, два телефонных аппарата end, коммутатор и сам разговор как объект моделирования. При этом как коммутатор, так и разговор являются анонимными объектами.

На первом этапе располагаем выбранные объекты на предполагаемой диаграмме (рис. 8.8). Заметим, что абонентов мы будем рассматривать как актеров, причем первый из них - а - играет активную роль, а второй - b - пассивную роль. Поэтому первый получает фокус управления сразу после своего появления в системе, а второй имеет только линию жизни. Коммутатор также имеет постоянную активность, что изображается его фокусом управления. Разговор как объект появляется только после установки соединения и уничтожается с его прекращением. Поэтому он будет изображен позже на этой же диаграмме последовательности.

Рис. 8.8. Начальный фрагмент диаграммы последовательности для моделирования телефонного разговора

Процесс взаимодействия в этой системе начинается с поднятия трубки телефонного аппарата первым абонентом. Тем самым он посылает сообщение телефонному аппарату с, которое переводит этот аппарат в активное состояние и вызывает действие - подачу тонового сигнала в телефонную трубку для первого абонента. Следующее действие также инициируется первым абонентом - набор цифр телефонного номера. Это представлено в форме итеративного сообщения со знаком "*" слева от его имени.

Заметим, что поднятие телефонной трубки и набор цифр номера являются физическими действиями и поэтому изображаются в форме простых асинхронных сообщений. После набора цифр'номера телефона аппарат с рекурсивно вызывает процедуру посылки коммутационных импульсов на коммутатор. Последний инициирует создание нового объекта в моделируемой системе - телефонного разговора. Дополненный фрагмент диаграммы последовательности изображен на рис. 8.9.

После создания анонимный объект "разговор" сразу получает фокус активности и посылает сообщение телефонному аппарату d на выполнение действия - звонка вызова. При этом второй абонент снимает трубку (асинхронное сообщение), тем самым устанавливается прямое соединение между абонентами а и Ь. После того как абоненты опустят трубки, разговор заканчивается. Тем самым объект "разговор" уничтожается. Окончательный вариант диаграммы последовательности может содержать некоторые временные ограничения и комментарии (рис. 8.10). Назначение отдельных сообщений соответствуют рассмотренным действиям.

Рис. 8.9. Дополненный фрагмент диаграммы последовательности для моделирования телефонного разговора

Рис. 8.10. Окончательный вариант диаграммы последовательности для моделирования телефонного разговора

Примечание

Дополнить диаграмму последовательности для этого примера временными ограничениями предлагается выполнить самостоятельно в качестве упражнения.

8.4. Заключительные рекомендации по построению диаграмм последовательности

Как уже отмечалось, построение диаграммы последовательности целесообразно начинать с выделения из всей совокупности тех и только тех классов, объекты которых участвуют в моделируемом взаимодействии. После этого все объекты наносятся на диаграмму с соблюдением некоторого порядка инициализации сообщений. Здесь необходимо установить, какие объекты будут существовать постоянно, а какие временно - только на период выполнения ими требуемых действий.

Когда объекты визуализированы, можно приступать к спецификации сообщений. При этом следует учитывать те роли, которые играют сообщения в системе. При необходимости уточнения этих ролей надо использовать их разновидности и стереотипы. Для уничтожения объектов, которые создаются на время выполнения своих действий, нужно предусмотреть явное сообщение.

Наиболее простые случаи ветвления процесса взаимодействия можно изобразить на одной диаграмме с использованием соответствующих графических примитивов. Однако следует помнить, что каждый альтернативный поток управления может существенно затруднить понимание построенной модели. Поэтому общим правилом является визуализация каждого потока управления на отдельной диаграмме последовательности. В этой ситуации такие отдельные диаграммы должны рассматриваться совместно как одна модель взаимодействия.

Дальнейшая детализация диаграммы последовательности связана с введением временных ограничений на выполнение отдельных действий в системе. Для простых асинхронных сообщений временные ограничения могут отсутствовать. Однако необходимость синхронизировать сложные потоки управления, как правило, требуют введение в модель таких ограничений. Общая их запись должна следовать семантике языка объектных ограничений, который рассмотрен в приложении.

ГЛАВА 9
Диаграмма кооперации (collaboration diagram)

• 9.1. Кооперация
• Диаграмма кооперации уровня спецификации
• 9.2. Объекты
• Мультиобъект
• Активный объект
• Составной объект
• 9.3. Связи
• Стереотипы связей
• 9.4. Сообщения
• Формат записи сообщений
• 9.5. Пример построения диаграммы кооперации
• 9.6. Заключительные рекомендации по построению диаграмм кооперации

Как отмечалось в предыдущей главе, особенности взаимодействия элементов моделируемой системы могут быть представлены на диаграммах последовательности и кооперации. Если первая служит для визуализации временных аспектов взаимодействия, то диаграмма кооперации предназначена для спецификации структурных аспектов взаимодействия. Главная особенность диаграммы кооперации заключается в возможности графически представить не только последовательность взаимодействия, но и все структурные отношения между объектами, участвующими в этом взаимодействии.

Прежде всего, на диаграмме кооперации в виде прямоугольников изображаются участвующие во взаимодействии объекты, содержащие имя объекта, его класс и, возможно, значения атрибутов. Далее, как и на диаграмме классов, указываются ассоциации между объектами в виде различных соединительных линий. При этом можно явно указать имена ассоциации и ролей, которые играют объекты в данной ассоциации. Дополнительно могут быть изображены динамические связи - потоки сообщений. Они представляются также в виде соединительных линий между объектами, над которыми располагается стрелка с указанием направления, имени сообщения и порядкового номера в общей последовательности инициализации сообщений.

В отличие от диаграммы последовательности, на диаграмме кооперации изображаются только отношения между объектами, играющими определенные роли во взаимодействии. С другой стороны, на этой диаграмме не указывается время в виде отдельного измерения. Поэтому последовательность взаимодействий и параллельных потоков может быть определена с помощью порядковых номеров. Следовательно, если необходимо явно специфицировать взаимосвязи между объектами в реальном времени, лучше это делать на диаграмме последовательности.

Поведение системы может описываться на уровне отдельных объектов, которые обмениваются между собой сообщениями, чтобы достичь нужной цели или реализовать некоторый сервис. С точки зрения аналитика или конструктора важно представить в проекте системы структурные связи отдельных объектов между собой. Такое статическое представление структуры системы как совокупности взаимодействующих объектов и обеспечивает диаграмма кооперации.

Таким образом, с помощью диаграммы кооперации можно описать полный контекст взаимодействий как своеобразный временной "среза" совокупности объектов, взаимодействующих между собой для выполнения определенной задачи или бизнес-цели программной системы.

9.1. Кооперация

Понятие кооперации (collaboration) является одним из фундаментальных понятий в языке UML. Оно служит для обозначения множества взаимодействующих с определенной целью объектов в общем контексте моделируемой системы. Цель самой кооперации состоит в том, чтобы специфицировать особенности реализации отдельных наиболее значимых операций в системе. Кооперация определяет структуру поведения системы в терминах взаимодействия участников этой кооперации.

Кооперация может быть представлена на двух уровнях:

• На уровне спецификации - показывает роли классификаторов и роли ассоциаций в рассматриваемом взаимодействии.
• На уровне примеров - указывает экземпляры и связи, образующие отдельные роли в кооперации.

Диаграмма кооперации уровня спецификации показывает роли, которые играют участвующие во взаимодействии элементы. Элементами кооперации на этом уровне являются классы и ассоциации, которые обозначают отдельные роли классификаторов и ассоциации между участниками кооперации.

Диаграмма кооперации уровня примеров представляется совокупностью объектов (экземпляры классов) и связей (экземпляры ассоциаций). При этом связи дополняются стрелками сообщений. На данном уровне показываются только релевантные объекты, т. е. имеющие непосредственное отношение к реализации операции или классификатора.

В кооперации уровня примеров определяются свойства, которые должны иметь экземпляры для того, чтобы участвовать в кооперации. Кроме свойств объектов на диаграмме кооперации также указываются ассоциации, которые должны иметь место между объектами кооперации. При этом вовсе не обязательно изображать все свойства или все ассоциации, поскольку на диаграмме кооперации присутствуют только роли классификаторов, но не сами классификаторы. Таким образом, в то время как классификатор требует полного описания всех своих экземпляров, роль классификатора требует описания только тех свойств и ассоциаций, которые необходимы для участия в отдельной кооперации.

Отсюда вытекает важное следствие. Одна и та же совокупность объектов может участвовать в различных кооперациях. При этом, в зависимости от рассматриваемой кооперации, могут изменяться как свойства отдельных объектов, так и связи между ними. Именно это отличает диаграмму кооперации от диаграммы классов, на которой должны быть указаны все свойства и ассоциации между элементами диаграммы.

Диаграмма кооперации уровня спецификации

Кооперация на уровне спецификации изображается на диаграмме пунктирным эллипсом, внутри которого записывается имя этой кооперации (рис. 9.1). Такое представление кооперации относится к отдельному варианту использования и детализирует особенности его последующей реализации. Символ эллипса кооперации соединяется отрезками пунктирной линии с каждым из участников этой кооперации, в качестве которых могут выступать объекты или классы. Каждая из этих пунктирных линий помечается ролью (role) участника. Роли соответствуют именам элементов в контексте всей кооперации. Эти имена трактуются как параметры, которые ограничивают спецификацию элементов при любом их появлении в отдельных представлениях модели.

Рис. 9.1. Общее представление кооперации на диаграммах уровня спецификации

Простой класс на диаграмме кооперации обозначается прямоугольником класса, внутри которого записывается строка текста. Эта строка текста называется ролью классификатора (classifier role). Роль классификатора показывает особенность использования объектов данного класса. Обычно в прямоугольнике показывается только секция имени класса, хотя не исключается возможность указания секций атрибутов и операций.

Строка текста в прямоугольнике должна иметь следующий формат:

'/' <Имя роли классификатора> ':' <Имя классификатора>

[':' <Имя классификатора >]*

Здесь Имя классификатора, если это необходимо, может включать полный путь всех вложенных пакетов. При этом один пакет от другого отделяется двойным двоеточием "::". Если не возникает путаницы, можно ограничиться указанием только ближайшего из пакетов, которому принадлежит данная кооперация. Символ "*" применяется для указания возможности итеративного повторения имени классификатора.

Если кооперация допускает обобщенное представление, то на диаграммах могут быть указаны отношения обобщения соответствующих элементов. Этот способ может быть использован для определения отдельных коопераций, которые являются, в свою очередь, частным случаем или специализацией другой кооперации. Такая ситуация изображается обычной стрелкой обобщения, направленной от символа дочерней кооперации к символу кооперации-предка (рис. 9.2). При этом роли дочерних коопераций могут быть специализациями ролей коопераций-предков.

Рис. 9.2. Графическое изображение отношения обобщения между отдельными кооперациями уровня спецификации

В отдельных случаях возникает необходимость явно указать тот факт, что кооперация является реализацией некоторой операции или классификатора. Это можно представить одним из двух способов.

Во-первых, можно соединить символ кооперации пунктирной линией со стрелкой обобщения с символом класса, реализацию операции которого специфицирует данная кооперация (рис. 9.3, а). Так, если в качестве класса рассмотреть "Заказ на покупку товара", у которого имеется операция "оформить_заказ (), то ее реализация может быть специфицирована в форме кооперации.

Рис. 9.3. Способы представления кооперации, которая реализует операцию класса

Во-вторых, можно просто изобразить символ кооперации, внутри которого указать всю необходимую информацию, записанную по определенным правилам (рис. 9.3, б). Эти правила определяют формат записи имени кооперации, после которого записывают двоеточие и имя класса. За именем класса следует двойное двоеточие и имя операции.

Подобное общее представление кооперации на уровне спецификации используется на начальных этапах проектирования. В последующем каждая из коопераций подлежит детализации на уровне примеров, на котором раскрывается содержание и структура взаимосвязей ее элементов на отдельной диаграмме кооперации. При этом в качестве элементов диаграммы кооперации выступают объекты и связи, дополненные сообщениями. Именно эти элементы являются предметом дальнейшего рассмотрения в настоящей главе.

9.2. Объекты

Отдельные аспекты спецификации объектов как элементов диаграмм уже рассматривались ранее при описании диаграмм классов (см. главу 5) и последовательности (см. главу 8). Сейчас мы более подробно остановимся на особенностях их семантики и графической нотации, поскольку объекты являются основными элементами или графическими примитивами, из которых строится диаграмма кооперации на уровне примеров. Для графического изображения объектов используется такой же символ прямоугольника, что и для классов.

Как отмечалось выше, объект (object) является отдельным экземпляром класса, который создается на этапе выполнения программы. Он может иметь свое собственное имя и конкретные значения атрибутов. Применительно к объектам формат строки классификатора дополняется именем объекта и приобретает следующий вид (при этом вся запись подчеркивается):

<Имя объекта>'/' <Имя роли классификатора> ':' <Имя классификатора>

[':' <Имя классификатора >]*

Здесь Имя роли классификатора может не указываться. В этом случае оно исключается из строки текста вместе с последующим двоеточием. Имя роли может быть опущено в том случае, если существует только одна роль в кооперации, которую могут играть объекты, созданные на базе этого класса.

Таким образом, для обозначения роли классификатора достаточно указать либо имя класса (вместе с двоеточием), либо имя роли (вместе с наклонной чертой). В противном случае прямоугольник будет соответствовать обычному классу. Если роль, которую должен играть объект, наследуется от нескольких классов, то все они должны быть указаны явно и разделяться запятой и двоеточием.

Примечание

В прямоугольнике объекта имя объекта, имя роли с символом Т или имя класса могут отсутствовать. Однако двоеточие всегда должно стоять перед именем класса, а косая черточка - перед именем роли. Следует еще раз акцентировать внимание на том обстоятельстве, что применительно к объектам вся запись должна быть подчеркнута, а имя объекта должно быть записано со строчной буквы.

Ниже приводятся возможные варианты записи строки текста в прямоугольнике объекта.

• : С - анонимный объект, образуемый на основе класса С.
• / R - анонимный объект, играющий роль R.
• / R: С - анонимный объект, образуемый на основе класса С и играющий роль R.
• О / R - объект с именем О, играющий роль R.
• О: С - объект с именем О, образуемый на основе класса С.
• О / R: С - объект с именем О, образуемый на основе класса С и играющий роль R.
• О или - объект с именем О.
• О: - "объект-сирота" с именем О.
• / R - роль с именем R
• : С - анонимная роль на базе класса С.
• / R: С - роль с именем R на основе класса С.

Отдельные примеры изображения объектов и классов на диаграмме кооперации приводятся на следующем рисунке (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Примеры различных вариантов записи имен объектов, ролей и классов на диаграммах кооперации

Так, в первом случае (рис. 9.4, а) обозначен объект с именем "клиент", играющий роль "инициатор запроса". Далее (рис. 9.4, б) следует обозначение анонимного объекта, который играет роль инициатора запроса. В обоих случаях не указан класс, на основе которого будут созданы эти объекты. Обозначение класса присутствует в следующем варианте записи (рис. 9.4, в), причем объект также анонимный.

Применительно к уровню спецификации на диаграммах кооперации могут присутствовать именованные классы с указанием роли класса в кооперации (рис. 9.4, г) или анонимные классы, когда указывается только его роль (рис. 9.4, д). Последний случай характерен для ситуации, когда в модели могут присутствовать несколько классов с именем "Клиент", поэтому требуется явно указать имя соответствующего пакета База данных (рис. 9.4, е).

Мультиобъект

Мультиобъект (multiobject) представляет собой целое множество объектов на одном из концов ассоциации. На диаграмме кооперации Мультиобъект используется для того, чтобы показать операции и сигналы, которые адресованы всему множеству объектов, а не только одному. Мультиобъект изображается двумя прямоугольниками, один из которых выступает из-за верхней правой вершины другого (рис. 9.5, а). При этом стрелка сообщения относится ко всему множеству объектов, которые обозначают данный мульти-объект. На диаграмме кооперации может быть явно указано отношение композиции между мультиобъектом и отдельным объектом из его множества (рис. 9.5, б).

Рис. 9.5. Графическое изображение мультиобъектов на диаграмме кооперации

Активный объект

В контексте языка UML все объекты делятся на две категории: пассивные и активные. Пассивный объект оперирует только данными и не может инициировать деятельность по управлению другими объектами. Однако пассивные объекты могут посылать сигналы в процессе выполнения запросов, которые они получают.

Активный объект (active object) имеет свою собственную нить (thread) управления и может инициировать деятельность по управлению другими объектами. При этом под нитью понимается некоторый облегченный поток управления, который может выполняться параллельно с другими вычислительными нитями или нитями управления в пределах одного вычислительного процесса или процесса управления.

Примечание

Отличие между процессом и нитью заключается в степени использования ресурсов. Говоря о процессе, имеют в виду ресурсоемкий поток управления, т. е. процесс полностью монополизирует ресурсы системы. Нить может использовать лишь небольшую часть ресурсов системы. Примером может служить выполнение некоторой программы в своем адресном пространстве или в фоновом режиме.

Активные объекты на канонических диаграммах обозначаются прямоугольником с более широкими границами (рис. 9.6). Иногда может быть явно указано ключевое слово (помеченное значение) {active}, чтобы выделить активный объект на диаграмме. Каждый активный объект может инициировать единственную нить или процесс управления и представлять исходную точку потока управления. В приведенном фрагменте диаграммы кооперации активный объект "а: Вызывающий абонент" является инициатором процесса установления соединения для обмена информацией с другим абонентом (на диаграмме не показан).

Рис. 9.6. Графическое изображение активного объекта (слева) на диаграмме кооперации

В следующем примере рассматривается ситуация с вызовом функции печати из текстового редактора (рис. 9.7). Анонимный активный объект "Текстовый редактор" вначале посылает сообщение анонимному мультиобъекту "Принтер", которое инициирует выбор единственного объекта "Принтер", возможно, удовлетворяющего некоторым дополнительным условиям. После этого выбранному объекту посылается сообщение о необходимости напечатать документ, загруженный в текстовый редактор.

Рис. 9.7. Фрагмент диаграммы кооперации для вызова функции печати из текстового редактора

Составной объект

Составной объект (composite object) или объект-контейнер предназначен для представления объекта, имеющего собственную структуру и внутренние потоки (нити) управления. Составной объект является экземпляром составного класса (класса-контейнера), который связан отношением агрегации или композиции (см. главу 5) со своими частями. Аналогичные отношения связывают между собой и соответствующие объекты.

На диаграммах кооперации такой составной объект изображается как обычный объект, состоящий из двух секций: верхней и нижней. В верхней секции записывается имя составного объекта, а в нижней - его составные части вместо списка его атрибутов (рис. 9.8). При этом допускается иметь в качестве частей другие составные объекты.

Рис. 9.8. Графическое изображение составного объекта на диаграмме кооперации

9.3. Связи

Связь (link) является экземпляром или примером произвольной ассоциации. Связь как элемент языка UML может иметь место между двумя и более объектами. Бинарная связь на диаграмме кооперации изображается отрезком прямой линии, соединяющей два прямоугольника объектов (см. рис. 9.7). На каждом из концов этой линии могут быть явно указаны имена ролей данной ассоциации. Рядом с линией в ее средней части может записываться имя соответствующей ассоциации.

Связи не имеют собственных имен, поскольку полностью идентичны как экземпляры ассоциации. Другими словами, все связи на диаграмме кооперации могут быть только анонимными и записываются без двоеточия перед-именем ассоциации. Для связей не указывается также и кратность. Однако другие обозначения специальных случаев ассоциации (агрегация, композиция) могут присутствовать на отдельных концах связей. Например, символ связи типа "композиция" между мультиобъектом "Принтер" и отдельным объектом "Принтер" (см. рис. 9.7).

Стереотипы связей

Связь может иметь некоторые стереотипы, которые записываются рядом с одним из ее концов и указывают на особенность реализации данной связи. В языке UML для этой цели могут использоваться следующие стереотипы:

• "association" - ассоциация (предполагается по умолчанию, поэтому этот стереотип можно не указывать).
• "parameter" - параметр метода. Соответствующий объект может быть^ч только параметром некоторого метода.
• "local" - локальная переменная метода. Ее область видимости ограничена только соседним объектом.
• "global" - глобальная переменная. Ее область видимости распространяется на всю диаграмму кооперации.
• "self - рефлексивная связь объекта с самим собой, которая допускает передачу объектом сообщения самому себе. На диаграмме кооперации рефлексивная связь изображается петлей в верхней части прямоугольника объекта.

Некоторые примеры связей с различными стереотипами изображены на рис. 9.9. Здесь представлена обобщенная схема некоторой конкретной компании с именем "С", которая состоит из отделов (анонимный мультиобъект "Отдел"). Последние, в свою очередь, состоят из сотрудников (анонимный мультиобъект "Сотрудник"). Рефлексивная связь указывает на тот факт, что менеджер отдела является в то же время и его сотрудником.

Рис. 9.9. Графическое изображение связей с различными стереотипами

Примечание

Поскольку на данной диаграмме отсутствуют сообщения, то она не является, строго говоря, диаграммой кооперации. Скорее это специальный случай диаграммы классов, который иногда называют диаграммой объектов. В случае N-арной связи эта связь изображается аналогично N-арной ассоциации с использованием символа ромба.

9.4. Сообщения

Сообщения, как элементы языка LJML, уже рассматривались ранее при изучении диаграммы последовательности (см. главу 8). При построении диаграммы кооперации они имеют некоторые дополнительные семантические особенности. Сообщение на диаграмме кооперации специфицирует коммуникацию между двумя объектами, один из которых передает другому некоторую информацию. При этом первый объект ожидает, что после получения сообщения вторым объектом последует выполнение некоторого действия. Таким образом, именно сообщение является причиной или стимулом для начала выполнения операций, отправки сигналов, создания и уничтожения отдельных объектов. Связь обеспечивает канал для направленной передачи сообщений между объектами от объекта-источника к объекту-получателю.

Рис. 9.10. Графическое изображение различных типов сообщений на диаграмме кооперации