Πανεπιστήµιο Πειραιά Τµήµα Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας και Ψηφιακών Συστηµάτων Εισαγωγή στην UML Βασίλειος Βεσκούκης ιδάκτωρ Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών v.vescoukis@unipi.gr v.vescoukis@cs.ntua.gr ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΣΤΡΕΦΩΝ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ UML ΓΕΝΙΚΟ ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΑ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ UML ΜΕΣΩ UML ΠΗΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ 1
Εξέλιξη µεθοδολογιών Εκρηξη ενδιαφέροντος τη δεκαετία του 80 Επικρατέστερες: Booch, OMT και OOSE Πάνω από 50 µεθοδολογίες µε επιφανειακές διαφορές: Γραφικοί συµβολισµοί Ορολογία Η πράξη έδειξε τα χρήσιµα και τα µη-χρήσιµα στοιχεία κάθε µεθοδολογίας Τι είναι η UML? Μιαγλώσσαπουχρησιµοποιείται: στον καθορισµό (specifying) στην εικονική παράσταση (visualizing) στην τεκµηρίωση (documenting) των δοµικών συστατικών ενός αντικειµενοστρεφούς συστήµατος 2
Χαρακτηριστικά της UML Είναι ιδιαίτερα εκφραστική Σηµασιολογικά, είναι εκτενής: Υποστηρίζει τη σηµασιολογία τύπων και µοντέλων για όλα τα µοντέλα ενός συστήµατος Σε επίπεδο βασικών αρχών, είναι µικρή ιακρίνουµε πέντε άξονες Είναι επεκτάσιµη υνατότητα εµπλουτισµού του µετα-µοντέλου µε κλάσεις, ιδιότητες και σηµασιολογία Είναι επακριβώς ορισµένη Χαρακτηριστικά της UML Ενοποίηση των µεθοδολογιών Booch, OMT, OOSE, καθώς και ιδεών από άλλες µεθοδολογίες Ενσωµάτωση της καλύτερης πρακτικής από τη βιοµηχανία Λογισµικού Αντιµετώπιση σηµερινών και βραχυπρόθεσµων προβληµάτων στην ανάπτυξη Λογισµικού: Κλίµακα Γλώσσες: Java, C++, Smalltalk, Ada, Visual Basic Πολυεπεξεργασία και παραλληλία Πρότυπα Λογισµικού (Patterns) Ψηφίδες λογισµικού (Componentware) Μοντελοποίηση επιχειρησιακής πρακτικής Απλότητα ( ) 3
Επιρροές στην UML Harel διαγράµµατα καταστάσεων Wirfs-Brock ευθύνες Fusion σηµασιολογία λειτουργιών, ταξινόµηση µηνηµάτων Embley ταξινόµηση δοµών Gamma et al πρότυπα (patterns) Odell δυναµική και πολλαπλή ταξινόµηση D Souza συνεργασία κλάσεων... Πολυπλοκότητα ιστορικών εξελίξεων στο χώρο... Εξέλιξη της UML 1999 (OMG)UML 1.4 Σεπ 97UML 1.1 Ιαν 97 UML 1.0 Ιουν 96 & Οκτ 96 OOPSLA 95 UML 0.9 & 0.91 Unified Method 0.8 Συµβολή συνεργατών UML Booch 93 OMT - 2 Λοιπές µεθοδολογίες Booch 91 OMT - 1 OOSE 4
Εταιρικές συµπράξεις για τη UML Digital Equipment Hewlett-Packard i-logix ICON Computing Intellicorp MCI Systemhouse Microsoft Oracle Rational Software Texas Instruments Unisys Κατασκευή και εξειδίκευση µοντέλων Μοντελοποίηση επιχειρησιακών διεργασιών Σενάρια χρήσης, ευθύνες Μηχανές καταστάσεων Τύποι, κλάσεις στιγµυότυπα ιεπαφές και τµήµατα συστήµατος Συνεργασία και πρότυπα, Παράλληλία εκτέλεσης Μετα-µοντέλα Ορολογία Η έννοια Unified Unified στη UML Ενοποίηση των δυνατοτήτων µοντελοποίησης διαφορετικών µεθοδολογιών Ενοποίηση αντιµετώπισης για πολλές κατηγορίες συστηµάτων Πεδία εφαρµογών (τηλεπικοινωνίες, οικονοµικά, κ.ά.) Επιχειρηµατικά συστήµατα hw & sw Ενοποίηση δοµών κατά την ανάπτυξη: προδιαγραφές, ανάλυση, σχεδίαση, υλοποίηση Εσωτερική συνάφεια σηµασιολογίας ΟΧΙ ΕΝΟΠΟΙΗΣΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ! 5
Προσέγγιση Εντοπισµός των θεµελιωδών σηµασιολογικών εννοιών Συµφωνία για το ρόλο τους Κατασκευή µετα-µοντέλου Αφαιρετική σύνταξη και σηµασιολογία Στατικές και δυναµικές πλευρές Συµφωνία επί των συµβολισµών και ισοδυναµία αυτών µε σύνταξη γλώσσας Συµφωνία επί των αρχών: επίπεδα (layer), συµβολισµός (notation), αφαίρεση (abstraction), πολυπλοκότητα, πεδίο (domain) Προτυποποίηση της UML Ωριµότητα Συναντήληψη βασικών ιδεών Απαίτηση των χρηστών και των κατασκευαστών λογισµικού υνατότητα ύπαρξης Σχεδίων Λογισµικού Μια µειοψηφία κατασκευαστών χρησιµοποιεί τεχνικές µοντελοποίησης Λογισµικού Η ύπαρξη ενός προτύπου θα ενθαρύνει την ανάπτυξη εργαλείων ανάπτυξης Λογισµικού Η χρήση σχεδίων λογισµικού θα γενικευτέι υνατότητα πρόσβασης στο Λογισµικό Από τους managers (...) Κατανόηση σχεδίων ( ) Επαναχρησιµοποίηση (?) 6
Οι πέντε βασικοί άξονες της UML Συστατικά του µοντέλου Συσχετίσεις Μηχανισµοί ιαγράµµατα Αρχιτεκτονικές όψεις Στοιχεία ενός µοντέλου σύµφωνα µετηuml Κλάση (Class) Ενα σύνολο αντικειµένων µεκοινήδοµήκαισυµπεριφορά Περίπτωση χρήσης (use case) Συµπεριφορά µέσω συνεργασίας ενός συνόλου αντικειµένων Κατάσταση/λειτουργία (state/operation) Τρέχουσα κατάσταση αντικειµένων / δραστηριότητα ιαπροσωπεία Το ορατό «προς τα έξω» µέρος ενός αντικειµένου Thread Μια ενεργή κλάση αλληλεπιδρούσα µε άλλες 7
Στοιχεία ενός µοντέλου σύµφωνα µετηuml Συστατικό µέρος (component) Ενα επαναχρησιµοποιήσιµοτµήµα, µελογικήκαιφυσική υπόσταση Κόµβος Υλικό όπου αποθηκεύεται ή/και εκτελείται το λογισµικό Πακέτο (package) Μια αποθήκη (container) συστατικών γενικά Σηµείωση (note) Σχόλιοήεπεξήγησηήκείµενο αναφοράς Συσχετίσεις Γενική συσχέτιση (association) Μια σηµασιολογική σύνδεση µεταξύ δύο αντικειµένων Γενίκευση (generalization) Μια σχέση µεταξύ ενός συστατικού και υπο-συστατικών τα οποία το εξειδικεύουν Εξάρτηση (dependency) Η χρήση ενός συστατικού από ένα άλλο Εκλέπτυνση (refinement) Μια διαδοχή επιπέδων αφαίρεσης 8
ιαγράµµατα Κλάσεων (class) Κατάστασης (state machine) Αλληλουχίας (sequence) Συνεργασίας (collaboration) ραστηριότητας (activity) Περιπτώσεων χρήσης (use case) Συστατικών (component) Ανάπτυξης (deployment) Συµβάσεις Τα περισσότερα διαγράµµατα έχουν µορφή γράφου Τα στιγµιότυπα εµφανίζονται υπογραµµισµένα Ορισµένες ιδιότητες µπορούν να εµφανίζονται ως ζεύγη της µορφής: keyword = value status = tested, author = J.Doe,... Σηµασιολογικοί περιορισµοί εµφανίζονται µέσα σε αγκύλες { Employee.employer = Employee.boss.employer } Οι χρήστες µπορούν να ορίσουν νέα στερεότυπα (stereotypes) σύµφωνα µε τις ανάγκες τους Ορισµός νέων λέξεων-κλειδιών: «friend» ή και νέων συµβόλων ( ) 9
Αρχιτεκτονική µοντέλων Τελικοί χρήστες Λειτουργικότητα Προγραµµατιστές ιαχείριση Λογισµικού Logical View Component View Αναλυτές/ελεγκτές Συµπεριφορά Use Case View Concurrency View Deployment View System Integrators Επιδόσεις Scalability Throughput System Engineering Τοπολογία συστήµατος Παράδοση, εγκατάσταση, επικοινωνίες συστήµατος Είδη διαγραµµάτων UML ιαγράµµατα δοµής Περιγράφουν την εσωτερική λογική δοµή ενός συστήµατος, δηλαδή τα συστατικά του και τις σχέσεις µεταξύ τους. ιαγράµµατα συµπεριφοράς Περιγράφουν τη δυναµική συµπεριφορά ενός συστήµατος, δηλαδή την απόκρισή του σε γεγονότα του περιβάλλοντός του. ιαγράµµατα υλοποίησης Περιγράφουν τη φυσική δοµή ενός συστήµατος, δηλαδή τις µονάδες λογισµικού που το αποτελούν, σε όρους περιβάλλοντος υλοποίησης 10
ιαγράµµατα δοµής ιάγραµµα κλάσεων(class diagram) οµικά στοιχεία του µοντέλου: κλάσεις και συσχετίσεις ιάγραµµα αντικειµένων (Object diagram) οµές δεδοµένων ιαγράµµα πακέτων(package diagram) Οργάνωση υψηλού επιπέδου αφαίρεσης ιαγράµµατα συµπεριφοράς ιάγραµµα περιπτώσεων χρήσης (Use case diagram) Λειτουργικότητα προς τα έξω ιάγραµµα αλληλουχίας (Sequence diagram) Χρονικές αλληλουχίες ελληλεπιδρώντων αντικειµένων ιάγραµµα συνεργασίας(collaboration diagram) Αλληλεπιδράσεις µέσα σε ένα σύνολο αντικειµένων ιάγραµµα καταστάσεων(state transition diagram) Ο κύκλος ζωής ενός αντικειµένου ιάγραµµα δραστηριοτήτων(activity diagram) Ροή ελέγχου µέσα σε ένα σύνολο λειτουργιών 11
ιαγράµµατα υλοποίησης ιάγραµµα συστατικών (Component diagram) Εξαρτήσεις µεταξύ µονάδων λογισµικού ιάγραµµα ανάπτυξης(deployment diagram) Κατανοµή και αλληλεπίδραση συστατικών και αντικειµένων µεταξύ υπολογιστικών µονάδων Ορισµός της UML µέσω UML Τα σχόλια παριστάνονται µε αυτό το σύµβολο και µπορούν να αποδίδονται σε σύµβολα µε µια διακεκοµµένη γραµµή. Οι κλάσεις παριστάνονται µε ένα παραλληλόγραµµο µε τρίαδιαµερίσµατα. Στο πρώτο υπάρχει το όνοµα της κλάσης και σταάλλαδύοταπεδίακαιοιµέθοδοι. Εναλλακτικά, µπορεί να περιέχεται µόνο το όνοµα τηςκλάσης. Ονοµα κλάσης πεδίο 1 πεδίο 2 πεδίο 3... µέθοδος 1() µέθοδος 2...() Ονοµα κλάσης Σπουδαστής_01 Τα αντικείµενα παριστάνονται µε τον συµβολισµότωνκλάσεων, µετοόνοµά τουςυπογραµµισµένο. Αρ.Ταυτότητας: Α123456 Ονοµα: Νικόλαος Επώνυµο: Νικολάου ιεύθυνση: Αγ.Νικολάου 1 Τηλέφωνο: 2345678 Τµήµα: Προγραµµατιστών Προσθήκη Σπουδαστή() ιαγραφή Σπουδαστή() Μεταβολή στοιχείων Σπουδαστή() 12
Ορισµός της UML µέσω UML Καθηγητές αρ.ταυτότητας επώνυµο ονοµα διεύθυνση τηλέφωνο ειδικότητα Ανάθεση µάθηµα διδάσκων πε ριόδος 1 1..n 0..n 1 Μαθήµατα κωδ.µαθήµατος θεµ.ενότητα τίτλος 1 Βαθµολογία σπουδαστής µάθηµα περίοδος βαθµός σχόλια Εγγραφές 0..1 σπουδαστής µάθηµα 1 περίοδος σχόλια 0..n 0..n Σπουδαστές αρ.ταυτότητας επώνυµο όνοµα 1 διεύθυνση τηλέφωνο τµήµα Ορισµός της UML µέσω UML Φυσικό Πρόσωπο Αρ.Ταυτότητας_ Ονοµα_ Επώνυµο_ ιεύθυνση_ Τηλέφωνο_ Η κληρονοµικότητα/γενίκευση παριστάνεται µε έναβέλοςαπότην ειδικότερη προς τη γενικότερη κλάση Καθηγητής Ειδικότητα Βαθµίδα + ιδάσκων Προσθήκη Καθηγητή() ιδάσκει ιαγραφή Καθηγητή() Μεταβολή σχοιχείων Καθηγητή() Μάθηµα Κωδικός Μαθήµατος Θεµατική ενότητα Τίτλος +Αντικείµενο ιδάσκων 1..3 Προσθήκη Μαθήµατος() ιαγραφή Μαθήµατος() Μεταβολή στοιχείων Μαθήµατος() Ανάθεση Μαθήµατος() Η συσχέτιση παριστάνεται µε ένα ευθύγραµµο τµήµα που συνδέει τις συσχετιζόµενες κλάσεις και έχει το όνοµά της στο κέντρο. Στις άκρες γράφεται προαιρετικά η πολλαπλότητα και ο ρόλος των κλάσεων. 13
Ορισµός της UML µέσω UML Αεροσκάφος 1 1 1 Η σχέση συναρµολόγησης παριστάνεται µε έναευθύγραµµο τµήµα το οποίο καταλήγει σε ρόµβο στο άκρο του σύνθετου µέρους της σχέσης. Προαιρετικά σηµειώνονται οι πολλαπλότητες στα άκρα του ευθύγραµµου τµήµατος. 1 2 2 Ατρακτος Κινητήρας Φτερό Ορισµός της UML µέσω UML Τίτλος περίπτωσης χρήσης Μια περίπτωση χρήσης παριστάνεται µε µια έλλειψη, στο κάτω µέρος της οποίας αναγράφεται ο τίτλος της. Περιγ ραφή Χειριστή Ενας χειριστής παριστάνεται µε ένα "ανθρωπάκι" κάτω από τα πόδια του οποίου αναγράφεται το όνοµά του. Το σύµβολο αναφέρεται και σε εξωτερικά συστήµατα, όχι µόνο σε φυσικά πρόσωπα. Ησυσχέτισηµιας περίπτωσης χρήσης µε έναν χειριστή παριστάνεται µε το γενικό σύµβολο της κατευθυνόµενης συσχέτισης στη UML. Χειριστής Περίπτωση Χρήσης Σχόλια χρησιµοποιούνται κατά βούληση 14
Ορισµός της UML µέσω UML Αποθήκευση µετρήσεων θερµοκρασίας Αποθήκευση µετρήσεων πίεσης Driver αισθητήρα θερµοκρασίας Driver αισθητήρα πίεσης Οι χειριστές αυτοί δεν αντιστοιχούν σε κατηγορίες φυσικών προσώπων, αλλά σε εξωτερικά συστήµατα λογισµικού, τους drivers των αισθητήρων Αποθήκευση µετρήσεων υγρασίας Driver αισθητήρα υγρασίας Επεξεργασία µετρήσεων θερµοκρασίας Με τεωρολόγος Επεξεργασία µετρήσεων πίεσης Ο χειριστής αυτός αντιστοιχεί σταφυσικάπρόσωπα- χρήστες του συστήµατος, που συνήθως είναι µετεωρολόγοι Επεξεργασία µετρήσεωνυγρασίας Ορισµός της UML µέσω UML Παράλληλη ε κτέλεση 1, 2 Σηµεία έναρξης και λήξης. Συµβολισµός όπως στο διάγραµµα καταστάσεων 1 2 1 2 Τίτλος Ορισµόςδραστηριότητας Ηροήσυνεχίζεταιµετά την ολοκλήρωση 1 και 2 Ροή εργασιών. Μετάβαση στη 2 µετά την ολοκλήρωση της 1 1 2 Συνθήκη 1 Συνθήκη 2 Κοµβος απόφασης. Μπορεί να περιλαµβάνει οσεσδήποτε µε ταβάσεις 1 2 15
Ορισµός της UML µέσω UML Αρχή Εντοπισµός Χειριστών και περιπτώσεων χρήσης Ιεράρχηση περιπτώσεων χρήσης ηµιουργία µοντέλου περιπτώσεων χρήσης Προδιαγραφή περιπτώσεων χρήσης Τέλος Προδιαγραφή της διαπροσωπείας χρήστη Ορισµός της UML µέσω UML Κλάση ανάλυσης Συνοριακή Οντοτήτων Ελέγχου Εναλλακτικά σύµβολα για τις κατηγορίες κλάσεων ανάλυσης Συνοριακή Οντοτήτων Ελέγχου 16
Ορισµός της UML µέσω UML Στο διάγραµµα συνεργασίας εµφανίζονται µόνο αντικείµενα, όχι κλάσεις. Το βελάκι υποδηλώνει την αποστολή µηνύµατος (συνεργασία) µεταξύ αντικειµένων. Οαριθµός υποδηλώνει την σειρά µε την οποία συµβαίνει η αποστολή µηνυµάτων. 1: Μήνυµα1 Αντικείµενο 2 Αντικείµενο 1:Κλάση οντοτήτων 2: Μήνυµα2 3: Μήνυµα3 Αντικείµενο 4 Αντικείµενο 3:Κλάση ελέγχου Για τα αντικείµενα χρησιµοποιείται το σύµβολο των κλάσεων µε υπογραµµισµένο το όνοµα, µε τη µορφή "(ονοµα αντικειµένου) :(όνοµα κλάσης)" Μπορεί να χρησιµοποιείται ο συµβολισµός των κλάσεων ανάλυσης. Ανδεν είναι γνωστή η κλάση, αναγράφεται µόνοτοόνοµα τουαντικειµένου. Ορισµός της UML µέσω UML : Χειριστής γραµµατείας 1: επιλογή εργασίας 8: επιλογή σπουδαστή 4: αναζήτηση : Εγγραφές 10: επιβεβαίωση διαγραφής 3: διαµόρφωση αναζήτησης 2: αρχικοποίηση : ClassInterface εγγραφής :ActorInterfaceΧειρι στή γραµµατείας :(Ελεγχος) διαγραφή σπουδαστή 5: διαµόρφωση αναζήτησης 11: ετοιµασία διαγραφής 7: εµφάνιση λίστας 9: εµφάνιση διαλόγου : ClassInterface Σπουδαστή : Εντολή διαγραφής : Επιβεβαίωση διαγραφής 6: αναζήτηση 12: διαγραφή : Σπουδαστές 17
Ορισµός της UML µέσω UML Τήρηση αρχείων Παρακολούθηση εκπαιδευτικής διαδικασίας Ειδικές εργασίες Αναφορές στη UML Πλούσια βιβλιογραφία Οορισµός της UML από τον οργανισµό OMG περιέχεται στο CD Βιβλία: Jim Rumbaugh, Ivar Jacobson, and Grady Booch, Unified Modeling Language Reference Manual, ISBN: 0-201-30998-X, Addison Wesley. Grady Booch, Jim Rumbaugh, and Ivar Jacobson, Unified Modeling Language User Guide, ISBN: 0-201-57168-4, Addison Wesley. 18