Сегодня процесс создания сложных программных приложений невозможно представить без разделения на этапы жизненного цикла. Под жизненным циклом программы будем понимать совокупность этапов:
Рассмотрим типы диаграмм для визуализации модели (это must have, хотя типов гораздо больше):
На этом закончим обзорный экскурс по диаграммам в частности и проектированию в общем. Стоит отметить, что процесс проектирования уже давно стал стандартом разработки ПО, но часто приходится сталкиваться с великолепно написанной программой, которая из за отсутствия нормальной документации обрастает ненужным побочным функционалом, костылями, становится громоздкой и теряет былое качество. =(
Я убежден, что программист в первую очередь это кодер – он НЕ должен общаться с заказчиком, НЕ должен задумываться об архитектуре системы, не должен изобретать интерфейс к программе, он только должен кодировать – реализовывать алгоритмы, функционал, внешний вид, юзабилити, но не более…. Проектировщик же должен начиная от абстрактных диаграмм (описывающих предметную область) до диаграмм представляющих структуру данных, классов и процессов их взаимодействия, детально шаг за шагом все расписать. То есть сложность работы и зарплата проектировщика должна быть на порядок выше чем у программиста == кодера. Простите за крамолу....
15.2. Назначение и состав диаграммы компонентов
Диаграмма компонентов позволяет определить состав программных компонентов, в роли которых может выступать исходный, бинарный и исполняемый код, а также установить зависимости между ними.
При разработке диаграмм компонентов преследуются цели:
Спецификация общей структуры исходного кода системы;
Спецификация исполнимого варианта системы.
Данная диаграмма обеспечивает согласованный переход от логического к физическому представлению системы в виде программных компонентов. Одни компоненты могут существовать только на этапе компиляции программного кода, другие – на этапе его исполнения. Основными элементами диаграммы являются компоненты, интерфейсы и зависимости между ними . Кроме этого, на ней могут отображаться ключевые классы, входящие в компоненты.
Компонент (англ. component) – это физическая часть системы. Компоненты, представляющие собой файлы с исходным кодом классов, библиотеки, исполняемые модули и т.п., которые должны обладать согласованным набором интерфейсов. Для их графического представления используются следующие графические символы.
Рис. 15.2. Примеры компонентов
Внутри прямоугольника записывается имя компонента и, возможно, некоторая дополнительная информация в виде помеченного значения.
Компоненты могут иметь следующие стандартные стереотипы:
- «file» – любой файл, кроме таблицы:
o «executable» – программа (исполняемый файл);
o «library» – статическая или динамическая библиотека;
o «source» – файл с исходным текстом программы;
o «document» – остальные файлы (например, файл справки);
- «table» – таблица базы данных.
Внутри компонента, как и класса, могут быть выделены дополнительные секции, в которых указываются предоставляемые (provided) или необходимые для работы (required) интерфейсы и классы, методы (operations), наименование файла-компонента (artifacts) и т.п.
Рис. 15.3. Компонент с секциями
Интерфейс (англ. interface) – это внешне видимый, именованный набор операций, который класс, компонент или подсистема может предоставить другому классу, компоненту или подсистеме, для выполнения им своих функций. В некоторых языках программирования, в частности в Java, интерфейс представляет собой отдельный класс, включаемый и реализуемый (конкретизируемый) в части программного кода операций в составе других классов. На диаграмме компонентов интерфейс отображается так же, как и на (слева от компонента необходимые для работы интерфейсы, справа - предоставляемые).
Рис. 15.4. Способы отображения интерфейсов
Отношение ассоциации отображается между компонентами и их интерфейсами. Отношение зависимости означает зависимость реализации одних компонентов от реализации других. Такое возможно в следующих случаях:
В методах классов одного компонента (зависимого) осуществляется вызов методов или обращение к атрибутам классов другого компонента (независимого);
Компонент состоит из других компонентов (например, при сборке исполняемого файла из файлов с исходными кодами);
Компонент осуществляет чтение или запись данных в другой компонент;
Связь между таблицами БД;
Ввиду многоцелевого назначения диаграммы компонентов при ее разработке следует придерживаться следующих правил и рекомендаций .
1. Перед разработкой диаграмм компонентов необходимо решить, из каких физических частей (файлов) будет состоять программная система. При этом должно быть решено две задачи – распределение классов по файлам исходных кодов и по подсистемам. В последнем случае может помочь распределение классов по специализированным (функционально-ориентированным на предметную область) пакетам. На этом этапе следует обратить внимание на такую реализацию системы, которая обеспечивала бы возможность повторного использования кода за счет рациональной декомпозиции системы, т. е. минимизировать количество связей между компонентами.
2. При спецификации общей структуры исходного кода системы необходимо учитывать специфику языка программирования, с помощью которого реализуются компоненты. В частности в Java рекомендуется отдельный класс описывать в отдельном файле, несмотря на то, что язык позволяет описывать несколько классов в одном файле и использовать механизм внутренних классов. Диаграмма компонентов, применяемая для рассматриваемой цели, изображена на следующем рисунке.
Рис. 15.5. Фрагмент диаграммы компонентов, специфицирующей структуру исходного кода
Диаграмма на рис. 15.5 показывает состав классов (файлов), из которых состоит исполняемый компонент iskraPUT.jar, а также зависимости между классами.
3. Для спецификации исполнимого варианта системы необходимо иметь в наличии предварительную топологию системы, т. е. набросок . Для каждого узла в сети может быть построена диаграмма компонентов, определяющая набор файлов, необходимых для работы подсистемы (подсистем) на отдельном рабочем месте.
Рис. 15.6. Пример диаграммы компонентов, специфицирующей состав компонентов на рабочем месте пользователя
4. На диаграмме могут быть представлены отношения зависимости между компонентами и включенными в них классами. Эта информация имеет важное значение для обеспечения согласованности между логическим и физическим представлениями системы. В этом случае зависимость можно показать двумя способами:
Классы показать отдельно от компонента и связать компонент с каждым классом отношением зависимости. Например, на рис. 15.5 вместо компонентов с расширением «java» показать соответствующие им классы;
Классы отобразить внутри символа компонента.
6. Для наглядного отображения специфики компонентов можно вместо стандартного символа компонента со строковым стереотипом внутри использовать графические стереотипы.
Все рассмотренные ранее диаграммы отражали концептуальные аспекты построения модели системы и относились к логическому уровню представления. Особенность логического представления заключается в том, что оно оперирует понятиями, которые не имеют самостоятельного материального воплощения. Другими словами, различные элементы логического представления, такие как классы, ассоциации, состояния, сообщения, не существуют материально или физически. Они лишь отражают наше понимание структуры физической системы или аспекты ее поведения.
Основное назначение логического представления состоит в анализе структурных и функциональных отношений между элементами модели системы. Однако для создания конкретной физической системы необходимо некоторым образом реализовать все элементы логического представления в конкретные материальные сущности. Для описания таких реальных сущностей предназначен другой аспект модельного представления, а именно физическое представление модели.
Чтобы пояснить отличие логического и физического представлений, рассмотрим в общих чертах процесс разработки некоторой программной системы. Ее исходным логическим представлением могут служить структурные схемы алгоритмов и процедур, описания интерфейсов и концептуальные схемы баз данных. Однако для реализации этой системы необходимо разработать исходный текст программы на некотором языке программирования (C++, Pascal, Basic/VBA, Java). При этом уже в тексте программы предполагается такая организация программного кода, которая предполагает его разбиение на отдельные модули.
Тем не менее исходные тексты программы еще не являются окончательной реализацией проекта, хотя и служат фрагментом его физического представления. Очевидно, программная система может считаться реализованной в том случае, когда она будет способна выполнять функции своего целевого предназначения. А это возможно, только если программный код системы будет реализован в форме исполняемых модулей, библиотек классов и процедур, стандартных графических интерфейсов, файлах баз данных. Именно эти компоненты являются необходимыми элементами физического представления системы.
Таким образом, полный проект программной системы представляет собой совокупность моделей логического и физического представлений, которые должны быть согласованы между собой. В языке UML для физического представления моделей систем используются так называемые диаграммы реализации (implementation diagrams), которые включают в себя две отдельные канонические диаграммы: диаграмму компонентов и диаграмму развертывания. Особенности построения первой из них рассматриваются в этой главе, а второй – в следующей.
Диаграмма компонентов, в отличие от ранее рассмотренных диаграмм, описывает особенности физического представления системы. Диаграмма компонентов позволяет определить архитектуру разрабатываемой системы, установив зависимости между программными компонентами, в роли которых может выступать исходный, бинарный и исполняемый код. Во многих средах разработки модуль или компонент соответствует файлу. Пунктирные стрелки, соединяющие модули, показывают отношения взаимозависимости, аналогичные тем, которые имеют место при компиляции исходных текстов программ. .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 исполнимого 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.
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 может использоваться специальный символ – прямоугольник со вставленными слева двумя более мелкими прямоугольниками (рис. 10.1). Внутри объемлющего прямоугольника записывается имя компонента и, возможно, некоторая дополнительная информация. Изображение этого символа может незначительно варьироваться в зависимости от характера ассоциируемой с компонентом информации.
В метамодели языка UML компонент является потомком классификатора. Он предоставляет организацию в рамках физического пакета ассоциированным с ним элементам модели. Как классификатор, компонент может иметь также свои собственные свойства, такие как атрибуты и операции.
Рис. 10.1. Графическое изображение компонента в языке UML
Так, в первом случае (рис. 10.1, а) с компонентом уровня экземпляра связывается только его имя, а во втором (рис. 10.1, б) – дополнительно имя пакета и помеченное значение.
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. Хотя его графическое изображение в обоих случаях одинаковое, правила записи имени компонента несколько 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), имена динамических библиотек (расширение dll), имена Web-страниц (расширение html), имена текстовых файлов (расширения txt или doc) или файлов справки (hip), имена файлов баз данных (DB) или имена файлов с исходными текстами программ (расширения h, cpp для языка C++, расширение Java для языка Java), скрипты (pi, asp) и др.
Поскольку конкретная реализация логического представления модели системы зависит от используемого программного инструментария, то и имена компонентов будут определяться 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 (рис. 10.1, б). Необходимо заметить, что 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. Такое обозначение компонента называется расширенным и рассматривается ниже в этой главе.
Поскольку компонент как элемент физической реализации модели представляет отдельный модуль кода, иногда его комментируют с указанием дополнительных графических символов, иллюстрирующих конкретные особенности его реализации. Строго.говоря, эти дополнительные обозначения для примечаний не специфицированы в языке UML. Однако их применение упрощает понимание диаграммы компонентов, существенно повышая наглядность физического представления. Некоторые из таких общепринятых обозначений для компонентов изображены ниже (рис. 10.2).
В языке UML выделяют три вида компонентов.
Во-первых, компоненты развертывания, которые обеспечивают непосредственное выполнение системой своих функций. Такими компонентами могут быть динамически подключаемые библиотеки с расширением dll (рис. 10.2, а), Web-страницы на языке разметки гипертекста с расширением html (рис. 10.2, б) и файлы справки с расширением Ыр (рис. 10.2, в).
Во-вторых, компоненты-рабочие продукты. Как правило – это файлы с исходными текстами программ, например, с расширениями h или срр для языка C++ (рис. 10.2, г).
В-третьих, компоненты исполнения, представляющие исполнимые модули – файлы с расширением ехе. Они обозначаются обычным образом.
Рис. 10.2. Варианты графического изображения компонентов на диаграмме компонентов
Эти элементы иногда называют артефактами, подчеркивая при этом их законченное информационное содержание, зависящее от конкретной технологии реализации соответствующих компонентов. Более того, разработчики могут для этой цели использовать самостоятельные обозначения, поскольку в языке UML нет строгой нотации для графического представления примечаний.
Другой способ спецификации различных видов компонентов – явное указание стереотипа компонента перед его 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.
Следующим элементом диаграммы компонентов являются интерфейсы. Последние уже неоднократно рассматривались ранее, поэтому здесь будут отмечены те их, особенности, которые характерны для представления на диаграммах компонентов. Напомним, что в общем случае интерфейс графически изображается окружностью, которая соединяется с компонентом отрезком линии без стрелок (рис. 10.3, а). При этом имя интерфейса, которое обязательно должно начинаться с заглавной буквы "I", записывается рядом с окружностью. Семантически линия означает реализацию интерфейса, а наличие интерфейсов у компонента означает, что данный компонент реализует соответствующий набор интерфейсов.
Рис. 10.3. Графическое изображение интерфейсов на диаграмме компонентов
Другим способом представления интерфейса на диаграмме компонентов является его изображение в виде прямоугольника класса со стереотипом «интерфейс» и возможными секциями атрибутов и операций (рис. 10.3, б). 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).
В общем случае отношение зависимости также было рассмотрено ранее (см. главу 5). Напомним, что зависимость не является ассоциацией, а служит для представления только факта наличия такой связи, когда изменение одного элемента модели оказывает влияние или приводит к изменению другого элемента модели. Отношение зависимости на диаграмме компонентов изображается пунктирной линией со стрелкой, направленной от клиента (зависимого элемента) к источнику (независимому элементу).
Зависимости могут отражать связи модулей программы на этапе компиляции и генерации объектного кода. В другом случае зависимость может отражать наличие в независимом компоненте описаний классов, которые используются в зависимом компоненте для создания соответствующих объектов. Применительно к диаграмме компонентов зависимости могут связывать компоненты и импортируемые этим компонентом интерфейсы, а также различные виды компонентов между собой.
В первом случае рисуют стрелку от компонента-клиента к импортируемому интерфейсу (рис. 10.4). Наличие такой стрелки означает, что компонент не реализует соответствующий интерфейс, а использует его в процессе своего выполнения. Причем на этой же диаграмме может присутствовать и другой компонент, который реализует этот интерфейс. Так, например, изображенный ниже фрагмент диаграммы компонентов представляет информацию о том, что компонент с именем «main.exe» зависит от импортируемого интерфейса I Dialog, который, в свою очередь, реализуется компонентом с именем «image.java». Для второго компонента этот же интерфейс является экспортируемым.
Рис. 10.4. Фрагмент диаграммы компонентов с отношением зависимости
Заметим, что изобразить второй компонент с именем «image.java» в форме варианта примечания нельзя именно в силу того факта, что этот компонент реализует интерфейс.
Другим случаем отношения зависимости на диаграмме компонентов является отношение между различными видами компонентов (рис. 10.5). Наличие подобной зависимости означает, что внесение изменений в исходные тексты программ или динамические библиотеки приводит к изменениям самого компонента. При этом характер изменений может быть отмечен дополнительно.
Рис. 10.5. Графическое изображение отношения зависимости между компонентами
Наконец, на диаграмме компонентов могут быть представлены отношения зависимости между компонентами и реализованными в них классами. Эта информация имеет важное значение для обеспечения согласования логического и физического представлений модели системы. Разумеется, изменения в структуре описаний классов могут привести к изменению компонента. Ниже приводится фрагмент зависимости подобного рода, когда некоторый компонент зависит от соответствующих классов.
Рис. 10.6. Графическое изображение зависимости между компонентом и классами
Следует заметить, что в данном случае из диаграммы компонентов не следует, что классы реализованы этим компонентом. Если требуется подчеркнуть, что некоторый компонент реализует отдельные классы, то для обозначения компонента используется расширенный символ прямоугольника. При этом прямоугольник компонента делится на две секции горизонтальной линией. Верхняя секция служит для записи имени компонента, а нижняя секция – для указания дополнительной информации (рис. 10.7).
Рис. 10.7. Графическое изображение компонента с дополнительной информацией о реализуемых им классах
Внутри символа компонента могут изображаться другие элементы графической нотации, такие как классы (компонент уровня типа) или объекты (компонент уровня экземпляра). В этом случае символ компонента изображается таким образом, чтобы вместить эти дополнительные символы. Так, например, изображенный ниже компонент (рис. 10.8) является экземпляром и реализует три отдельных объекта.
Рис. 10.8. Графическое изображение компонента уровня экземпляра, реализующего отдельные объекты
Объекты, которые находятся в отдельном компоненте-экземпляре, изображаются вложенными в символ данного компонента. Подобная вложенность означает, что выполнение компонента влечет выполнение соответствующих объектов. Другими словами, существование компонента в течение времени исполнения программы обеспечивает существование, а возможно, и доступ всех вложенных в него объектов. Что касается доступа к этим объектам, то он может быть дополнительно специфицирован с помощью квантификаторов видимости, подобно видимости пакетов. Содержательный смысл видимости может отличаться для различных видов пакетов.
Так, для компонентов с исходным текстом программы видимость может означать возможность внесения изменений в соответствующие тексты программ с их последующей перекомпиляцией. Для компонентов с исполняемым кодом программы видимость может характеризовать возможность запуска на исполнение соответствующего компонента или вызова реализованных в нем операций или методов.
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 ею 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.
Наконец, завершающий этап построения диаграммы компонентов связан с установлением и нанесением на диаграмму взаимосвязей 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, в первую очередь 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 же проект содержит некоторые физические элементы, описание которых отсутствует в языке UML, то следует воспользоваться механизмом расширения. В частности, использовать дополнительные стереотипы для отдельных нетиповых компонентов или помеченные значения для уточнения их отдельных характеристик.
В заключение 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. Особенности построения диаграммы развертывания будут рассмотрены в следующей главе.
Примечание 7
В рассмотренном выше примере использовалась одна из принятых нотаций в некоторых языках программирования (например, в Object Pascal) для обозначения принадлежности метода тому или иному классу. В соответствии с этой нотацией, вначале указывается имя класса, в котором определен метод, а затем через точку имя самого метода. Если метод определен в некотором подклассе, то должна быть указана вся цепочка классов, начиная с наиболее общего из них. При этом характерным признаком метода является пара скобок, которые используются для указания списка аргументов или формальных параметров данного метода.
Примечание 72
Применительно к бизнес-системам программные компоненты следует понимать в более широком смысле, чтобы иметь возможность моделирования бизнес-процессов. В этом случае в качестве компонентов рассматриваются отдельные организационные подразделения (отделы, службы) или документы, которые реально существуют в системе.
Примечание 73
Изображение компонента ведет свое происхождение от обозначения модуля программы, применявшегося некоторое время для отображения особенностей инкапсуляции данных и процедур. Так, верхний маленький прямоугольник концептуально ассоциируется с данными, которые реализует этот компонент (ранее он изображался в форме овала). Нижний маленький прямоугольник ассоциируется с операциями или методами, реализуемыми компонентом. В простых случаях имена данных и методов записывались явно в этих маленьких прямоугольниках, однако в языке UML они не указываются.
Примечание 74
Хотя правила именования объектов в языке UML требуют подчеркивания имени отдельных экземпляров, применительно к компонентам в литературе подчеркивание их имени часто опускают. В этом случае запись имени компонента со строчной буквы будет характеризовать компонент уровня экземпляра.
Примечание 75
Характер использования интерфейсов отдельными компонентами может отличаться. Поэтому различают два способа связи интерфейса и компонента. Если компонент реализует некоторый интерфейс, то такой интерфейс называют экспортируемым, поскольку этот компонент предоставляет его в качестве сервиса другим компонентам. Если же компонент использует некоторый интерфейс, который реализуется другим компонентом, то такой интерфейс для первого компонента называется импортируемым. Особенность импортируемого интерфейса состоит в том, что на диаграмме компонентов это отношение изображается с помощью зависимости.
Особенности изображения диаграмм языка UML
Для диаграмм языка UML существуют три типа визуальных графических обозначений, которые важны с точки зрения заключенной в них информации:
· Геометрические фигуры на плоскости, играющие роль вершин графов соответствующих диаграмм. При этом сами геометрические фигуры выступают в роли графических примитивов языка UML, а форма этих фигур (прямоугольник, эллипс) должна строго соответствовать изображению отдельных элементов языка UML (класс, вариант использования, состояние, деятельность). Графические примитивы языка UML имеют фиксированную семантику, переопределять которую пользователям не допускается. Графические примитивы должны иметь собственные имена, а, возможно, и другой текст, который содержится внутри границ соответствующих геометрических фигур или, как исключение, вблизи этих фигур.
· Графические взаимосвязи, которые представляются различными линиями на плоскости. Взаимосвязи в языке UML обобщают понятие дуг и ребер из теории графов, но имеют менее формальный характер и более развитую семантику.
· Специальные графические символы, изображаемые вблизи от тех или иных визуальных элементов диаграмм и имеющие характер дополнительной спецификации (украшений).
Все диаграммы в языке UML изображаются с использованием фигур на плоскости. Отдельные элементы – с помощью геометрических фигур, которые могут иметь различную высоту и ширину с целью размещения внутри них других конструкций языка UML. Наиболее часто внутри таких символов помещаются строки текста, которые уточняют семантику или фиксируют отдельные свойства соответствующих элементов языка UML. Информация, содержащаяся внутри фигур, имеет значение для конкретной модели проектируемой системы, поскольку регламентирует реализацию соответствующих элементов в программном коде.
Пути представляют собой последовательности из отрезков линий, соединяющих отдельные графические символы. При этом концевые точки отрезков линий должны обязательно соприкасаться с геометрическими фигурами, служащими для обозначения вершин диаграмм, как принято в теории графов. С концептуальной точки зрения путям в языке UML придается особое значение, поскольку это простые топологические сущности. Отдельные части пути или сегменты могут не существовать вне содержащего их пути. Пути всегда соприкасаются с другими графическими символами на обеих границах соответствующих отрезков линий, т.е. пути не могут обрываться на диаграмме линией, которая не соприкасается ни с одним графическим символом. Как отмечалось выше, пути могут иметь в качестве окончания или терминатора специальную графическую фигуру – значок, который изображается на одном из концов линий.
Дополнительные значки или украшения представляют собой графические фигуры фиксированного размера и формы. Они не могут увеличивать свои размеры, чтобы разместить внутри себя дополнительные символы. Значки размещаются как внутри других графических конструкций, так и вне их. Примерами значков могут служить окончания связей элементов диаграмм или графические обозначения кванторов видимости атрибутов и операций классов.
Диаграмма кооперации
Диаграммы кооперации предназначены для описания динамических аспектов моделируемой системы. Обычно они применяются для того, чтобы:
· показать набор взаимодействующих объектов в реальном окружении "с высоты птичьего полета";
· распределить функциональность между классами, основываясь на результатах изучения динамических аспектов системы;
· описать логику выполнения сложных операций, особенно в тех случаях, когда один объект взаимодействует еще с несколькими объектами;
· изучить роли, выполняемые объектами внутри системы, а также отношения между объектами, в которые они вовлекаются, выполняя эти роли.
Говоря о диаграммах кооперации, часто упоминают два "уровня" таких диаграмм:
· уровень экземпляров (примеров, Instance-Level): отображает взаимодействия между объектами (экземплярами классов); такая диаграмма обычно создается, чтобы исследовать внутреннее устройство объектно-ориентированной системы.
· уровень спецификации (Specification-Level): используется для изучения ролей, исполняемых в системе основными классами.
Она показывает взаимодействие между объектами, которое осуществляется путем посылки и приема сообщений.
Диаграмма компонентов
Компоненты связываются через зависимости, когда соединяется требуемый интерфейс одного компонента с имеющимся интерфейсом другого компонента. Таким образом иллюстрируются отношения клиент-источник между двумя компонентами.
Зависимость показывает, что один компонент предоставляет сервис, необходимый другому компоненту. Зависимость изображается стрелкой от интерфейса или порта клиента к импортируемому интерфейсу.
Основной тип сущностей на диаграмме компонентов ‒ это сами компоненты 1, а также интерфейсы 2, посредством которых указывается взаимосвязь между компонентами. На диаграмме компонентов применяются следующие отношения:
· реализации между компонентами и интерфейсами (компонент реализует интерфейс);
· зависимости между компонентами и интерфейсами (компонент использует интерфейс) 3.
Диаграмма развертывания
Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы, существующих лишь на этапе ее исполнения (runtime). При этом представляются только компоненты-экземпляры программы, являющиеся исполняемыми файлами или динамическими библиотеками. Те компоненты, которые не используются на этапе исполнения, на диаграмме развертывания не показываются. Так, компоненты с исходными текстами программ могут присутствовать только на диаграмме компонентов. На диаграмме развертывания они не указываются.
Диаграмма развертывания содержит графические изображения процессоров, устройств, процессов и связей между ними. В отличие от диаграмм логического представления, диаграмма развертывания является единой для системы в целом, поскольку должна всецело отражать особенности ее реализации. Разработка диаграммы развертывания, как правило, является последним этапом спецификации модели программной системы.
При разработке диаграммы развертывания преследуют следующие цели:
· определить распределение компонентов системы по ее физическим узлам;
· показать физические связи между всеми узлами реализации системы на этапе ее исполнения;
· выявить узкие места системы и реконфигурировать ее топологию для достижения требуемой производительности.
Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language - UML) это язык для специфицирования, визуализации, конструирования и документирования программных систем, а так же бизнес моделей и прочих не программных систем. UML представляет собой объединение инженерных приемов, которые ранее успешно использовались при моделировании больших и сложных систем
Создатели UML представляют его как язык для определения, представления, проектирования и документирования программных систем, бизнес-систем и других систем различной природы. UML определяет нотацию и метамодель. Нотация представляет собой совокупность графических объектов, которые используются в моделях; она является синтаксисом языка моделирования.
UML предоставляет выразительные средства для создания визуальных моделей, которые:
Унифицированный Язык Моделирования (UML):
UML является открытым и обладает средствами расширения базового ядра. На UML можно содержательно описывать классы, объекты и компоненты в различных предметных областях, часто сильно отличающихся друг от друга.
В распоряжение проектировщика системы Rational Rose предоставляет следующие типы диаграмм, последовательное создание которых позволяет получить полное представление о всей проектируемой системе и об отдельных ее компонентах:
Каждая из этих диаграмм конкретизирует различные представления о модели системы. При этом, диаграмма вариантов использования представляет концептуальную модель системы, которая является исходной для построения всех остальных диаграмм. Диаграмма классов является логической моделью, отражающей статические аспекты структурного построения системы, а диаграммы поведения, также являющиеся разновидностями логической модели, отражают динамические аспекты её функционирования. Диаграммы реализации служат для представления компонентов системы и относятся к ее физической модели.
Из перечисленных выше диаграмм некоторые служат для обозначения двух и более подвидов. В качестве же самостоятельных представлений используются следующие диаграммы: вариантов использования, классов, состояний, деятельности, последовательности, кооперации, компонентов и развертывания.
Для диаграмм языка UML существуют три типа визуальных обозначений, которые важны с точки зрения заключенной в них информации:
При графическом изображении диаграмм рекомендуется придерживаться следующих правил:
В UML определены четыре типа сущностей: структурные, поведенческие, группирующие и аннотационные . Сущности являются основными объектно-ориентированными элементами языка, с помощью которых создаются модели.
Структурные сущности - это имена существительные в моделях на языке UML. Как правило, они представляют статические части модели, соответствующие концептуальным или физическим элементам системы. Примерами структурных сущностей являются "класс", "интерфейс", "кооперация", "прецедент", "компонент", "узел", "актер".
Поведенческие сущности являются динамическими составляющими модели UML. Это глаголы, которые описывают поведение модели во времени и в пространстве. Существует два основных типа поведенческих сущностей:
Группирующие сущности являются организующими частями модели UML. Это блоки, на которые можно разложить модель. Такая первичная сущность имеется в единственном экземпляре - это пакет.
Пакеты представляют собой универсальный механизм организации элементов в группы. В пакет можно поместить структурные, поведенческие и другие группирующие сущности. В отличие от компонентов, которые реально существуют во время работы программы, пакеты носят чисто концептуальный характер, то есть существуют только в процессе разработки.
Аннотационные сущности - это пояснительные части модели UML: комментарии для дополнительного описания, разъяснения или замечания к любому элементу модели. Имеется только один базовый тип аннотационных элементов - примечание. Примечание используют, чтобы снабдить диаграммы комментариями или ограничениями, выраженными в виде неформального или формального текста.
В языке UML определены следующие типы отношений: зависимость, ассоциация, обобщение и реализация . Эти отношения являются основными связующими конструкциями UML и также как сущности применяются для построения моделей.
Зависимость (dependency) - это семантическое отношение между двумя сущностями, при котором изменение одной из них, независимой, может повлиять на семантику другой, зависимой.
Ассоциация (association) - структурное отношение, описывающее совокупность смысловых или логических связей между объектами.
Обобщение (generalization) - это отношение, при котором объект специализированного элемента (потомок) может быть подставлен вместо объекта обобщенного элемента (предка). При этом, в соответствии с принципами объектно-ориентированного программирования, потомок (child) наследует структуру и поведение своего предка (parent).
Реализация (realization) является семантическим отношением между классификаторами, при котором один классификатор определяет обязательство, а другой гарантирует его выполнение. Отношение реализации встречаются в двух случаях:
Для точного описания системы в UML используются, так называемые, общие механизмы:
UML является не только графическим языком. За каждым графическим элементом его нотации стоит спецификация , содержащая текстовое представление соответствующей конструкции языка. Например, пиктограмме класса соответствует спецификация, которая описывает его атрибуты, операции и поведение, хотя визуально, на диаграмме, пиктограмма часто отражает только малую часть этой информации. Более того, в модели может присутствовать другое представление этого класса, отражающее совершенно иные его аспекты, но, тем не менее, соответствующее спецификации. Таким образом, графическая нотация UML используются для визуализации системы, а с помощью спецификаций описывают ее детали.
Практически каждый элемент UML имеет уникальное графическое изображение, которое дает визуальное представление самых важных его характеристик. Нотация сущности "класс" содержит его имя, атрибуты и операции. Спецификация класса может содержать и другие детали, например, видимость атрибутов и операций, комментарии или указание на то, что класс является абстрактным. Многие из этих деталей можно визуализировать в виде графических или текстовых дополнений к стандартному прямоугольнику, который изображает класс.
При моделировании объектно-ориентированных систем существует определенное деление представляемых сущностей.
Во-первых, существует деление на классы и объекты. Класс - это абстракция, а объект - конкретное воплощение этой абстракции. В связи с этим, практически все конструкции языка характеризуются двойственностью "класс/объект". Так, имеются прецеденты и экземпляры прецедентов, компоненты и экземпляры компонентов, узлы и экземпляры узлов. В графическом представлении для объекта принято использовать тот же символ, что и для класса, а название подчеркивать.
Во-вторых, существует деление на интерфейс и его реализацию. Интерфейс декларирует обязательства, а реализация представляет конкретное воплощение этих обязательств и обеспечивает точное следование объявленной семантике. В связи с этим, почти все конструкции UML характеризуются двойственностью "интерфейс/реализация". Например, прецеденты реализуются кооперациями, а операции - методами.
UML является открытым языком, то есть допускает контролируемые расширения, чтобы отразить особенности моделей предметных областей.
Механизмы расширения UML включают:
Совместно эти три механизма расширения языка позволяют модифицировать его в соответствии с потребностями проекта или особенностями технологии разработки.
Этот вид диаграмм позволяет создать список операций, которые выполняет система. Часто этот вид диаграмм называют диаграммой функций, потому что на основе набора таких диаграмм создается список требований к системе и определяется множество выполняемых системой функций.
Диаграммы вариантов использования описывают функциональное назначение системы или то, что система должна делать. Разработка диаграммы преследует следующие цели:
Суть диаграммы вариантов использования состоит в следующем. Проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью вариантов использования. При этом актером (actor) или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. Вариант использования служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру.
Цель варианта использования заключается в том, чтобы определить законченный аспект или фрагмент поведения некоторой сущности без раскрытия её внутренней структуры. В качестве такой сущности может выступать система или любой элемент модели, который обладает собственным поведением.
Каждый вариант использования соответствует отдельному сервису, который предоставляет моделируемая сущность по запросу актера, то есть определяет способ применения этой сущности. Сервис, который инициализируется по запросу актера, представляет собой законченную неделимую последовательность действий. Это означает, что после того как система закончит обработку запроса, она должна возвратиться в исходное состояние, чтобы быть готовой к выполнению следующих запросов
Варианты использования могут применяться как для спецификации внешних требований к проектируемой системе, так и для спецификации функционального поведения уже существующей системы. Множество вариантов использования в целом должно определять все возможные стороны ожидаемого поведения системы. Кроме этого, варианты использования неявно устанавливают требования, определяющие, как актеры должны взаимодействовать с системой, чтобы иметь возможность корректно работать с предоставляемыми сервисами. Для удобства множество вариантов использования может рассматриваться как отдельный пакет.
Примерами вариантов использования могут являться следующие действия: проверка состояния текущего счета клиента, оформление заказа на покупку товара, получение дополнительной информации о кредитоспособности клиента, отображение графической формы на экране монитора и другие действия.
Центральное место в объектно-ориентированном программировании занимает разработка логической модели системы в виде диаграммы классов. Диаграмма классов (class diagram) служит для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования. Диаграмма классов может отражать, в частности, различные взаимосвязи между отдельными сущностями предметной области, такими как объекты и подсистемы, а также описывать их внутреннюю структуру и типы отношений.
Значки диаграммы позволяют отображать сложную иерархию систем, взаимосвязи классов (Classes) и интерфейсов (Interfaces). Данный тип диаграмм противоположен по содержанию диаграмме Collaboration, на котором отображаются объекты системы. Rational Rose позволяет создавать классы при помощи данного типа диаграмм в различных нотациях. похожего на облако. Таким образом класс - это лишь шаблон, по которому в дальнейшем будет создан конкретный объект.
Диаграмма классов представляет собой граф, вершинами которого являются элементы типа "классификатор", связанные различными типами структурных отношений. Диаграмма классов может также содержать интерфейсы, пакеты, отношения и даже отдельные экземпляры, такие как объекты и связи.
Класс (class) в языке UML служит для обозначения множества объектов, которые обладают одинаковой структурой, поведением и отношениями с объектами других классов. Графически класс изображается в виде прямоугольника, который дополнительно может быть разделен горизонтальными линиями на разделы или секции. В этих разделах могут указываться имя класса, атрибуты (переменные) и операции (методы).
Каждая диаграмма состояний в UML описывает все возможные состояния одного экземпляра определенного класса и возможные последовательности его переходов из одного состояния в другое, то есть моделирует все изменения состояний объекта как его реакцию на внешние воздействия.
Диаграммы состояний чаще всего используются для описания поведения отдельных объектов, но также могут быть применены для спецификации функциональности других компонентов моделей, таких как варианты использования, актеры, подсистемы, операции и методы.
Диаграмма состояний является графом специального вида, который представляет некоторый автомат. Вершинами графа являются возможные состояния автомата, изображаемые соответствующими графическими символами, а дуги обозначают его переходы из состояния в состояние. Диаграммы состояний могут быть вложены друг в друга для более детального представления отдельных элементов модели.
В метамодели UML автомат является пакетом, в котором определено множество понятий, необходимых для представления поведения моделируемой сущности в виде дискретного пространства с конечным числом состояний и переходов.
Длительность нахождения системы в любом из возможных состояний существенно превышает время, которое затрачивается на переход из одного состояния в другое. Предполагается, что в пределе время перехода может быть равно нулю (если дополнительно не оговорено другое), то есть смена состояний объекта может происходить мгновенно.
Поведение автомата моделируется как последовательное перемещение по графу от вершины к вершине с учетом ориентации связывающих их дуг.
Для автомата должны выполняться следующие обязательные условия:
состояния (state) является фундаментальным не только в метамодели языка UML, но и в прикладном системном анализе. Вся концепция динамической системы основывается на понятии состояния. Семантика же состояния в языке UML имеет ряд специфических особенностей.
В языке UML под состоянием понимается абстрактный метакласс, используемый для моделирования отдельной ситуации, в течение которой выполняются некоторые условия. Состояние может быть задано в виде набора конкретных значений атрибутов класса или объекта. Изменение отдельных значений атрибутов будет отражать изменение состояния моделируемого класса или объекта.
При моделировании поведения проектируемой или анализируемой системы возникает необходимость не только представить процесс изменения ее состояний, но и детализировать особенности алгоритмической и логической реализации выполняемых системой операций.
Фактически данный тип диаграмм может использоваться и для отражения состояний моделируемого объекта, однако, основное назначение Activity diagram в том, чтобы отражать бизнес-процессы объекта. Этот тип диаграмм позволяет показать не только последовательность процессов, но и ветвление и даже синхронизацию процессов.
Этот тип диаграмм позволяет проектировать алгоритмы поведения объектов любой сложности, в том числе может использоваться для составления блок-схем.
Для моделирования процесса выполнения операций в языке UML используются диаграммы деятельности. Применяемая в них графическая нотация во многом похожа на нотацию диаграммы состояний, поскольку на этих диаграммах также присутствуют обозначения состояний и переходов. Каждое состояние на диаграмме деятельности соответствует выполнению некоторой элементарной операции, а переход в следующее состояние выполняется только при завершении этой операции.
Таким образом, диаграммы деятельности можно считать частным случаем диаграмм состояний. Они позволяют реализовать в языке UML особенности процедурного и синхронного управления, обусловленного завершением внутренних деятельностей и действий. Основным направлением использования диаграмм деятельности является визуализация особенностей реализации операций классов, когда необходимо представить алгоритмы их выполнения.
В контексте языка UML деятельность (activity) представляет собой совокупность отдельных вычислений, выполняемых автоматом, приводящих к некоторому результату или действию (action). На диаграмме деятельности отображается логика и последовательность переходов от одной деятельности к другой, а внимание аналитика фокусируется на результатах. Результат деятельности может привести к изменению состояния системы или возвращению некоторого значения.
Состояние действия (action state) является специальным случаем состояния с некоторым входным действием и, по крайней мере, одним выходящим из состояния переходом. Этот переход неявно предполагает, что входное действие уже завершилось. Состояние действия не может иметь внутренних переходов, поскольку оно является элементарным. Обычное использование состояния действия заключается в моделировании одного шага выполнения алгоритма (процедуры) или потока управления.
При рассмотрении диаграмм состояния и деятельности, было отмечено, что хотя эти диаграммы и используются для спецификации динамики поведения систем, время в явном виде в них не присутствует. Временной же аспект поведения может иметь существенное значение при моделировании синхронных процессов, описывающих взаимодействия объектов. Для моделирования взаимодействия объектов во времени в языке UML используются диаграммы последовательности.
На диаграмме последовательности изображаются только те объекты , которые непосредственно участвуют во взаимодействии. Ключевым моментом для диаграмм последовательности является динамика взаимодействия объектов во времени.
В UML диаграмма последовательности имеет как бы два измерения. Первое слева направо в виде вертикальных линий, каждая из которых изображает линию жизни отдельного объекта, участвующего во взаимодействии. Крайним слева на диаграмме изображается объект, который является инициатором взаимодействия. Правее изображается другой объект, который непосредственно взаимодействует с первым. Таким образом, все объекты на диаграмме последовательности образуют некоторый порядок, определяемый очередностью или степенью активности объектов при взаимодействии друг с другом.
Графически каждый объект изображается прямоугольником и располагается в верхней части своей линии жизни. Внутри прямоугольника записываются имя объекта и имя класса разделенные двоеточием. При этом вся запись подчеркивается, что является признаком объекта.
Вторым измерением диаграммы последовательности является вертикальная временная ось, направленная сверху вниз. Начальному моменту времени соответствует самая верхняя часть диаграммы. Взаимодействия объектов реализуются посредством сообщений, которые посылаются одними объектами другим. Сообщения изображаются в виде горизонтальных стрелок с именем сообщения, а их порядок определяется временем возникновения. То есть, сообщения, расположенные на диаграмме последовательности выше, инициируются раньше тех, которые расположены ниже. Масштаб на оси времени не указывается, поскольку диаграмма последовательности моделирует лишь временную упорядоченность взаимодействий типа "раньше-позже".
Главная особенность диаграммы кооперации заключается в возможности графически представить не только последовательность взаимодействия, но и все структурные отношения между объектами, участвующими в этом взаимодействии.
Этот тип диаграмм позволяет описать взаимодействия объектов, абстрагируясь от последовательности передачи сообщений. На этом типе диаграмм в компактном виде отражаются все принимаемые и передаваемые сообщения конкретного объекта и типы этих сообщений.
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. 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.
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:
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 объекты, имеющие непосредственное отношение к реализации операции или классификатора. 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. 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.
Этот тип диаграмм предназначен для распределения классов и объектов по компонентам при физическом проектировании системы. Часто данный тип диаграмм называют диаграммами модулей.
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:
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.
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.
Этот вид диаграмм предназначен для анализа аппаратной части системы, то есть "железа", а не программ. В прямом переводе с английского Deployment означает "развертывание", но термин "топология" точнее отражает сущность этого типа диаграмм.
Физическое представление программной системы не может быть полным, если отсутствует информация о том, на какой платформе и на каких вычислительных средствах она реализована. Если разрабатывается программа, выполняющаяся локально на компьютере пользователя и не использующая периферийных устройств и ресурсов, то в разработке дополнительных диаграмм нет необходимости. При разработке же корпоративных приложений наличие таких диаграмм может быть крайне полезным для решения задач рационального размещения компонентов в целях эффективного использования распределенных вычислительных и коммуникационных ресурсов сети, обеспечения безопасности и других.
Для представления общей конфигурации и топологии распределенной программной системы в UML предназначены диаграммы развертывания.
Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы, существующих лишь на этапе ее исполнения (runtime). При этом представляются только компоненты-экземпляры программы, являющиеся исполняемыми файлами или динамическими библиотеками. Те компоненты, которые не используются на этапе исполнения, на диаграмме развертывания не показываются. Так, компоненты с исходными текстами программ могут присутствовать только на диаграмме компонентов. На диаграмме развертывания они не указываются.
Диаграмма развертывания содержит графические изображения процессоров, устройств, процессов и связей между ними. В отличие от диаграмм логического представления, диаграмма развертывания является единой для системы в целом, поскольку должна всецело отражать особенности ее реализации. Разработка диаграммы развертывания, как правило, является последним этапом спецификации модели программной системы.
При разработке диаграммы развертывания преследуют следующие цели:
Диаграммы развертывания разрабатываются совместно системными аналитиками, сетевыми инженерами и системотехниками.
В CASE-средстве Rational Rose реализованы общепринятые стандарты на рабочий интерфейс программы, подобно известным средам визуального программирования. После установки Rational Rose на компьютер пользователя, что практически не вызывает трудностей даже у начинающих, запуск этой программы в среде MS Windows 95/98 приводит к появлению на экране рабочего интерфейса (рис. 6).
Рисунок - 6. Общий вид рабочего интерфейса программы Rational Rose
Рабочий интерфейс Rational Rose состоит из различных элементов, основными из которых являются:
Рассмотрим кратко назначение и основные функции каждого из этих элементов.
Главное меню программы выполнено в общепринятом стандарте и имеет следующий вид (рис. 7).
Отдельные пункты меню, назначение которых понятно из их названий, объединяют сходные операции, относящиеся ко всему проекту в целом. Некоторые из пунктов меню содержат хорошо знакомые функции (открытие проекта, вывод печать диаграмм, копирование в буфер и вставка из буфера различных элементов диаграмм). Другие настолько специфичны, что могут потребовать дополнительных усилий на изучение (опции генерации программного кода, проверка согласованности моделей, подключение дополнительных модулей).
Рисунок - 7. Внешний вид главного меню программы
Стандартная панель инструментов располагается ниже главного меню программы и имеет следующий вид (рис. 8). Некоторые из инструментов недоступны (новый проект не имеет никаких элементов). Стандартная панель инструментов обеспечивает быстрый доступ к тем командам меню, которые выполняются разработчиками наиболее часто.
Рисунок - 8. Внешний вид стандартной панели инструментов
Пользователь может настроить внешний вид этой панели по своему усмотрению. Для этого необходимо выбрать пункт меню Tools -> Options (Инструменты -> Параметры) и открыть вкладку Toolbars (Панели инструментов). Этим способом можно показать или скрыть различные кнопки инструментов, а также изменить их размер.
Окно браузера по умолчанию располагается в левой части рабочего интерфейса под стандартной панелью инструментов (рис. 9).
Браузер организует представления модели в виде иерархической структуры, которая упрощает навигацию и позволяет отыскать любой элемент модели в проекте. При этом любой элемент, который разработчик добавляет в модель, сразу отображается в окне браузера. Соответственно, выбрав элемент в окне браузера, мы можем его визуализировать в окне диаграммы или изменить его спецификацию. Браузер позволяет также организовывать элементы модели в пакеты и перемещать элементы между различными представлениями модели. При желании окно браузера можно расположить в другом месте рабочего интерфейса либо скрыть вовсе, используя для этого пункт меню View (Вид). Можно также изменить размеры браузера, переместив мышью границу его внешней рамки.
Рисунок - 9. Внешний вид браузера
Специальная панель инструментов располагается между окном браузера и окном диаграммы в средней части рабочего интерфейса. По умолчанию предлагается панель инструментов для построения диаграммы классов модели (рис. 10).
Рисунок - 10. Внешний вид специальной панели инструментов для диаграммы классов
Расположение специальной панели инструментов можно изменять, переместив рамку панели в нужное место. Можно настраивать и состав панели, добавляя или удаляя отдельные кнопки, соответствующие тем или иным инструментам. Назначения кнопок можно узнать из всплывающих подсказок, появляющихся после задержки указателя мыши над соответствующей кнопкой.
Окно диаграммы является основной рабочей областью ее интерфейса, в которой визуализируются различные представления модели проекта. По умолчанию окно диаграммы располагается в правой части рабочего интерфейса, однако его расположение и размеры также можно изменить. При разработке нового проекта, если не был использован мастер проектов, окно диаграммы представляет собой чистую область, не содержащую никаких элементов модели (рис. 11).
Название диаграммы, которая располагается в данном окне, указывается в строке заголовка программы (самая верхняя строка программы) или, если окно не развернуто во весь экран, в строке заголовка окна диаграммы. Одновременно в окне диаграммы могут присутствовать несколько диаграмм, однако активной может быть только одна из них. Например, на рис. 11 активной является диаграмма развертывания, хотя имеются и другие диаграммы. Переключение между диаграммами можно осуществить выбором нужного представления на стандартной панели инструментов либо через пункт меню Window (Окно). При активизации отдельного вида диаграммы изменяется внешний вид специальной панели инструментов, которая настраивается под конкретный вид диаграммы.
Рисунок - 11. Внешний вид окна диаграмм с различными видами представлений модели
Окно документации по умолчанию может не присутствовать на экране. В этом случае оно может быть активизировано через пункт меню View -> Documentation (Вид->Документация), после чего появится ниже браузера (рис. 12).
Окно документации, как следует из его названия, предназначено для документирования элементов представления модели. В него можно записывать самую различную информацию, и что важно - на русском языке. Эта информация в последующем преобразуется в комментарии и никак не влияет на логику выполнения программного кода.
В окне документации активизируется та информация, которая относится к отдельному выделенному элементу диаграммы. При этом выделить элемент можно либо в окне браузера, либо в окне диаграммы. При добавлении нового элемента на диаграмму (например, класса) автоматически генерируется документация к нему, которая является пустой (No documentation). В последующем разработчик самостоятельно вносит необходимую пояснительную информацию, которая запоминается и может быть изменена в ходе работы над проектом.
Так же, как и для других окон рабочего интерфейса, можно изменять размеры и положение окна документации.
Рисунок - 12. Внешний вид окна документации
Окно журнала (Log) предназначено для автоматической записи различной служебной информации, образующейся в ходе работы с программой. В журнале фиксируется время и характер выполняемых разработчиком действий, таких как обновление модели, настройка меню и панелей инструментов, а также сообщений об ошибках, возникающих при генерации программного кода.
Окно журнала всегда присутствует на рабочем интерфейсе в области окна диаграммы (рис. 13). Однако оно может быть закрыто другими окнами с диаграммами или быть свернутым. Активизировать окно журнала можно через меню Window->Log (Окно->Журнал). В этом случае оно изображается поверх других окон в правой области рабочего интерфейса. Полностью удалить это окно нельзя, его можно только минимизировать.
Рисунок - 13. Внешний вид окна журнала
Со временем язык UML станет тем "эсперанто", на котором смогут общаться математики, системные аналитики, физики, программисты, менеджеры, экономисты и специалисты других профессий, представляя свои профессиональные знания в унифицированном виде. Ведь, по существу, каждый из специалистов оперирует модельными представлениями в своей области знаний. И именно этот модельный аспект может быть специфицирован средствами языка UML.
В связи с этим значение языка UML существенно возрастает, поскольку он все более приобретает черты языка представления знаний. При этом наличие в языке UML изобразительных средств для представления структуры и поведения модели позволяет достичь адекватного представления декларативных и процедурных знаний и, что не менее важно, установить между этими формами знаний семантическое соответствие. Все эти особенности языка UML позволяют сделать вывод о том, что он имеет самые серьезные перспективы уже в ближайшем будущем.
В этой статье рассказывается о новой эпохе разработки ПО, о ее влиянии на новые требования, выдвигаемые к языку UML, и об оптимальных методах их выполнения.
7. "Моделирование данных в Rational Rose" Сергей Трофимов Описывается моделирование физического представления данных с использованием Rational Rose
8. Язык UML . Общее представление о языке UML: структуры, графические элементы и диаграммы языка.
9. Практический UML . Этот документ является переводом документа "Practical UML. A Hands-On Introduction for Developers". Практическое введение для разработчиков
10. "Стандартный язык объектно-ориентированного моделирования UML" Вендров Александр Михайлович . История создания UML
11. UML – унифицированный язык моделирования . Данный материал содержит начальные сведения о методах описания программных систем и нотациях, используемых в UML
12. Язык UML. Руководство пользователя. Авторы: Грейди Буч, Джеймс Рамбо, Айвар Джекобсон
13. "UML диаграммы в Rational Rose" Сергей Трофимов
14. "Анализ и проектирование. Визуальное моделирование (UML) Rational Rose" Константин Домолего
15. Библиотека Геннадия Верникова. Полные описания стандартов проектирования и моделирования.
16. "Пример описания предметной области с использованием UML при разработке программных систем" Е.Б. Золотухина, Р.В. Алфимов. В статье на конкретном примере демонстрируется возможный подход к моделированию предметной области, основанный на применении Унифицированного Языка Моделирования (Unified Modeling Language) (UML)
