Диаграмма компонентов uml требования к функциям. Элементы графической нотации диаграммы компонентов

Настройка WI-FI 13.09.2020

Настройка WI-FI

Аннотация: Назначение диаграммы компонентов, ее основные элементы. Особенности физического представления программных систем. Компоненты программных систем, их разновидности. Интерфейсы, их реализация компонентами. Использование диаграммы компонентов для проектирования зависимостей между компонентами. Рекомендации по построению диаграммы компонентов.

Диаграмма компонентов и особенности ее построения

Все рассмотренные ранее диаграммы отражали концептуальные и логические аспекты построения модели системы. Особенность логического представления заключается в том, что оно оперирует понятиями, которые не имеют материального воплощения. Другими словами, различные элементы логического представления, такие как классы, ассоциации, состояния, сообщения, не существуют материально или физически. Они лишь отражают понимание статической структуры той или иной системы или динамические аспекты ее поведения.

Для создания конкретной физической системы необходимо реализовать все элементы логического представления в конкретные материальные сущности. Для описания таких реальных сущностей предназначен другой аспект модельного представления, а именно – физическое представление модели. В контексте языка UML это означает совокупность связанных физических сущностей, включая программное и аппаратное обеспечение , а также персонал, которые организованы для выполнения специальных задач.

Физическая система ( physical system ) - реально существующий прототип модели системы.

С тем чтобы пояснить отличие логического и физического представлений, необходимо в общих чертах рассмотреть процесс разработки 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 языке программирования. При этом уже в тексте программы предполагается организация программного кода, определяемая синтаксисом языка программирования и предполагающая разбиение исходного кода на отдельные модули.

Однако исходные тексты программы еще не являются окончательной реализацией проекта, хотя и служат фрагментом его физического представления. 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, файлов баз данных. Именно эти компоненты являются базовыми элементами физического представления системы в нотации языка UML .

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, которые включают в себя две отдельные канонические диаграммы : диаграмму компонентов и диаграмму развертывания .

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.

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 отношений между ними.

Компоненты

Для представления физических сущностей в языке UML применяется специальный термин – компонент .

Компонент (component) - физически существующая часть системы, которая обеспечивает реализацию классов и отношений, а также функционального поведения моделируемой программной системы.

Компонент предназначен для представления физической организации ассоциированных с ним элементов модели. Дополнительно компонент может иметь текстовый стереотип и помеченные значения , а некоторые компоненты – собственное графическое представление . Компонентом может быть исполняемый код отдельного модуля , командные файлы или файлы, содержащие интерпретируемые скрипты.

Компонент служит для общего обозначения элементов физического представления модели и может реализовывать некоторый набор интерфейсов . Для графического представления компонента используется специальный символ – прямоугольник со вставленными слева двумя более мелкими прямоугольниками (рис. 12.1) . Внутри объемлющего прямоугольника записывается имя компонента и, возможно, дополнительная информация . Этот символ является базовым обозначением компонента в языке UML .

Рис. 12.1.

Графическое изображение компонента ведет свое происхождение от обозначения модуля программы, применявшегося некоторое время для отображения особенностей инкапсуляции данных и процедур.

Модуль (module) - часть программной системы, требующая памяти для своего хранения и процессора для исполнения.

В этом случае верхний маленький прямоугольник концептуально ассоциировался с данными, которые реализует этот компонент (иногда он изображается в форме овала). Нижний маленький прямоугольник ассоциировался с операциями или методами, реализуемыми компонентом . В простых случаях имена данных и методов записывались явно в маленьких прямоугольниках, однако в языке UML они не указываются.

Имя компонента подчиняется общим правилам именования элементов модели в языке UML и может состоять из любого числа букв, цифр и знаков препинания. Отдельный компонент может быть представлен на уровне типа или экземпляра. И хотя его графическое изображение в обоих случаях одинаково, правила записи имени компонента несколько отличаются.

Если компонент представляется на уровне типа, то записывается только имя типа с заглавной буквы в форме: <Имя типа>. Если же компонент представляется на уровне экземпляра, то его имя записывается в форме: <имя компонента ‘:" Имя типа>. При этом вся строка имени подчеркивается. Так, в первом случае (рис. 12.1, а) для компонента уровня типов указывается имя типа, а во втором (рис. 12.1, б) для компонента уровня экземпляра – собственное имя компонента и имя типа.

Правила именования объектов в языке UML требуют подчеркивания имени отдельных экземпляров, но применительно к компонентам подчеркивание их имени часто опускают. В этом случае запись имени компонента со строчной буквы характеризует компонент уровня примеров.

В качестве собственных имен компонентов принято использовать имена исполняемых файлов, динамических библиотек, Web-страниц, текстовых файлов или файлов справки, файлов баз данных или файлов с исходными текстами программ, файлов скриптов и другие.

В отдельных случаях к простому имени компонента может быть добавлена информация об имени объемлющего пакета и о конкретной версии реализации данного компонента . 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 классов или интерфейсов . Такое обозначение компонента называется расширенным .

Поскольку компонент как элемент модели может иметь различную физическую реализацию, иногда его изображают в форме специального графического символа, иллюстрирующего конкретные особенности реализации. Строго говоря, эти дополнительные обозначения не специфицированы в нотации языка UML . Однако, удовлетворяя общим механизмам расширения языка UML , они упрощают понимание диаграммы компонентов , существенно повышая наглядность графического представления.

Для более наглядного изображения компонентов были предложены и стали общепринятыми следующие графические стереотипы:

Во-первых, стереотипы для компонентов развертывания, которые обеспечивают непосредственное выполнение системой своих функций. Такими компонентами могут быть динамически подключаемые библиотеки компонентов . Более того, разработчики могут для этой цели использовать самостоятельные обозначения, поскольку в языке UML нет строгой нотации для графического представления артефактов.

Другой способ спецификации различных видов компонентов - указание текстового стереотипа компонента перед его именем. В языке UML для компонентов определены следующие стереотипы:

<> (файл) – определяет наиболее общую разновидность компонента , который представляется в виде произвольного физического файла.
<> (исполнимый) – определяет разновидность компонента-файла, который является исполнимым файлом и может выполняться на компьютерной платформе.
<> (документ) – определяет разновидность компонента-файла, который представляется в форме документа произвольного содержания, не являющегося исполнимым файлом или файлом с исходным текстом программы.
<> (библиотека) – определяет разновидность компонента-файла, который представляется в форме динамической или статической библиотеки.
<> (источник) – определяет разновидность компонента-файла, представляющего собой файл с исходным текстом программы, который после компиляции может быть преобразован в исполнимый файл.

<> (таблица) – определяет разновидность компонента , который представляется в форме таблицы базы данных.

Отдельными разработчиками предлагались собственные графические стереотипы для изображения тех или иных типов компонентов , однако, за небольшим исключением они не нашли широкого применения. В свою очередь ряд инструментальных CASE-средств также содержат дополнительный набор графических стереотипов для обозначения компонентов .

В настоящее время язык UML - это стандартная нотация визуального моделирования программных систем, принятая консорциумом Object Managing Group (OMG) осенью 1997 г., которая поддерживается многими объектно-ориентированными CASE-продуктами.

Стандарт UML предлагает следующий набор диаграмм для моделирования:

· диаграмма вариантов использования (use case diagram) – для моделирования бизнес-процессов организации или предприятия и определения требований к создаваемой информационной системе;

· диаграмма классов (class diagram) – для моделирования статической структуры классов системы и связей между ними;

· диаграмма поведения системы (behavior diagrams);

· диаграмма взаимодействия (interaction diagrams);

· диаграмма последовательности (sequence diagrams) – для моделирования процесса обмена сообщениями между объектами в рамках одного варианта использования;

· диаграмма кооперации (collaboration diagram) – для моделирования процесса обмена сообщениями между объектами в рамках одного варианта использования;

· диаграмма состояний (statechart diagram) – для моделирования поведения объектов системы при переходе из одного состояния в другое;

· диаграмма видов деятельности (activity diagram) – для моделирования поведения системы в рамках различных вариантов использования, или моделирования деятельностей;

· диаграмма реализации (implementation diagrams):

· диаграмма компонентов (component diagrams) – для моделирования иерархии компонентов (подсистем) информационной системы;

· диаграмма развертывания (deployment diagram) – для моделирования физической архитектуры спроектированной информационной системы.

На рис. 1.1 представлена интегрированная модель информационной системы, включающая основные диаграммы, которые должны быть разработаны в данном курсовом проекте.

Рис. 1. Интегрированная модель информационной системы в нотации языка UML

4.2. Диаграмма вариантов использования

Вариант использования представляет собой последовательность действий, выполняемых системой в ответ на событие, инициируемое некоторым внешним объектом (актером). Вариант использования описывает типичное взаимодействие между пользователем и системой. В простейшем случае вариант использования определяется в процессе обсуждения с пользователем тех функций, которые он хотел бы реализоватьв данной информационной системе. На языке UML вариант использования изображают следующим образом:

Рис.2. Вариант использования

Актер (actor) – это роль, которую пользователь играет по отношению к системе. Актеры представляют собой роли, а не конкретных людей или наименования работ. Несмотря на то, что на диаграммах вариантов использования они изображаются в виде стилизованных человеческих фигурок, актер может также быть внешней информационной системой, которой необходима некоторая информация от данной системы. Показывать на диаграмме актеров следует только в том случае, когда им действительно необходимы некоторые варианты использования. На языке UML актеры представляют в виде фигур:

Рис.3. Действующее лицо (актер)

Актеры делятся на три основных типа:

· пользователи;

· системы;

· другие системы, взаимодействующие с данной;

Время становится актером, если от него зависит запуск каких-либо событий в системе.

4.2.1. Связи между вариантами использования и актерами

В языке UML на диаграммах вариантов использования поддерживается несколько типов связей между элементами диаграммы:

· коммуникация (communication),

· включение (include),

· расширение (extend),

· обобщение (generalization).

Связь коммуникации – это связь между вариантом использования и актером. На языке UML связи коммуникации показывают с помощью однонаправленной ассоциации (сплошной линии).

Рис.4. Пример связи коммуникации

Связь включения применяется в тех ситуациях, когда имеется какой-либо фрагмент поведения системы, который повторяется более чем в одном варианте использования. С помощью таких связей обычно моделируют многократно используемую функцию.

Связь расширения применяется при описании изменений в нормальном поведении системы. Она позволяет одному варианту использования при необходимости использовать функциональные возможности другого варианта использования.

Рис.5. Пример связи включения и расширения

Связь обобщения показывает, что у нескольких актеров или классов имеются общие свойства.

Рис.6. Пример связи обобщения

4.3.

Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) описывают поведение взаимодействующих групп объектов. Как правило, диаграмма взаимодействия охватывает поведение объектов в рамках только одного варианта использования. На такой диаграмме отображается ряд объектов и те сообщения, которыми они обмениваются между собой.

Сообщение (message) – это средство, с помощью которого объект-отправитель запрашивает у объекта получателя выполнение одной из его операций.

Информационное (informative) сообщение – это сообщение, снабжающее объект-получатель некоторой информацией для обновления его состояния.

Сообщение-запрос (interrogative) – это сообщение, запрашивающее выдачу некоторой информации об объекте-получателе.

Императивное (imperative) сообщение – это сообщение, запрашивающее у объекта-получателя выполнение некоторых действий.

Существует два вида диаграмм взаимодействия: диаграммы последовательности (sequence diagrams) и диаграммы кооперац (collaboration diagrams).

4.3.1. Диаграмма последовательности (sequence diagrams)

Диаграмма последовательности отражает поток событий, происходящих в рамках одного варианта использования.

Все действующие лица (актеры, классы или объекты), участвующие в данном сценарии (варианте использования), показываются в верхней части диаграммы. Стрелки соответствуют сообщениям, передаваемым между актером и объектом или между объектами для выполнения требуемых функций.

На диаграмме последовательности объект изображается в виде прямоугольника, от которого вниз проведена пунктирная вертикальная линия. Эта линия называется линией жизни (lifeline) объекта . Она представляет собой фрагмент жизненного цикла объекта в процессе взаимодействия.

Каждое сообщение представляется в виде стрелки между линиями жизни двух объектов. Сообщения появляются в том порядке, как они показаны на странице сверху вниз. Каждое сообщение помечается как минимум именем сообщения. При желании можно добавить также аргументы и некоторую управляющую информацию. Можно показать самоделегирование (self-delegation) – сообщение, которое объект посылает самому себе, при этом стрелка сообщения указывает на ту же самую линию жизни.

Рис. 7. Пример диаграммы последовательности

4.3.2. Диаграмма кооперации (collaboration diagram)

Диаграммы кооперации отображают поток событий в рамках конкретного сценария (варианта использования). Сообщения упорядочены по времени, хотя диаграммы кооперации больше внимания заостряют на связях между объектами. На диаграмме кооперации представлена вся та информация, которая есть и на диаграмме последовательности, но диаграмма кооперации по-другому описывает поток событий. Из нее легче понять связи, существующие между объектами.

На диаграмме кооперации так же, как и на диаграмме последовательности, стрелки обозначают сообщения, обмен которыми осуществляется в рамках данного варианта использования. Их временная последовательность указывается путем нумерации сообщений.

Рис. 8. Пример диаграммы кооперации

4.4. Диаграмма классов

4.4.1. Общие сведения

Диаграмма классов определяет типы классов системы и различного рода статические связи, которые существуют между ними. На диаграммах классов изображаются также атрибуты классов, операции классов и ограничения, которые накладываются на связи между классами.

Диаграмма классов в языке UML - это граф, узлами которого являются элементы статической структуры проекта (классы, интерфейсы), а дугами - отношения между узлами (ассоциации, наследование, зависимости).

На диаграмме классов изображаются следующие элементы:

· Пакет (package) - набор элементов модели, логически связанных между собой;

· Класс (class) - описание общих свойств группы сходных объектов;

· Интерфейс (interface) - абстрактный класс, задающий набор операций, которые объект произвольного класса, связанного с данным интерфейсом, предоставляет другим объектам.

4.4.2. Класс

Класс - это группа сущностей (объектов), обладающих сходными свойствами, а именно, данными и поведением. Отдельный представитель некоторого класса называется объектом класса или просто объектом.

Под поведением объекта в UML понимаются любые правила взаимодействия объекта с внешним миром и с данными самого объекта.

На диаграммах класс изображается в виде прямоугольника со сплошной границей, разделенного горизонтальными линиями на 3 секции:

Верхняя секция (секция имени) содержит имя класса и другие общие свойства (в частности, стереотип).

В средней секции содержится список атрибутов

В нижней - список операций класса, отражающих его поведение (действия, выполняемые классом).

Любая из секций атрибутов и операций может не изображаться (а также обе сразу). Для отсутствующей секции не нужно рисовать разделительную линию и как-либо указывать на наличие или отсутствие элементов в ней.

На усмотрение конкретной реализации могут быть введены дополнительные секции, например, исключения (Exceptions).

Рис. 9. Пример диаграммы классов

4.4.2.1.Стереотипы классов

Стереотипы классов – это механизм, позволяющий разделять классы на категории.

В языке UML определены три основных стереотипа классов:

Boundary (граница);

Entity (сущность);

Control (управление).

4.4.2.2.Граничные классы

Граничными классами (boundary classes) называются такие классы, которые расположены на границе системы и всей окружающей среды. Это экранные формы, отчеты, интерфейсы с аппаратурой (такой как принтеры или сканеры) и интерфейсы с другими системами.

Чтобы найти граничные классы, надо исследовать диаграммы вариантов использования. Каждому взаимодействию между действующим лицом и вариантом использования должен соответствовать, по крайней мере, один граничный класс. Именно такой класс позволяет действующему лицу взаимодействовать с системой.

4.4.2.3.Классы-сущности

Классы-сущности (entity classes) содержат хранимую информацию. Они имеют наибольшее значение для пользователя, и потому в их названиях часто используют термины из предметной области. Обычно для каждого класса-сущности создают таблицу в базе данных.

4.4.2.4.Управляющие классы

Управляющие классы (control classes) отвечают за координацию действий других классов. Обычно у каждого варианта использования имеется один управляющий класс, контролирующий последовательность событий этого варианта использования. Управляющий класс отвечает за координацию, но сам не несет в себе никакой функциональности, так как остальные классы не посылают ему большого количества сообщений. Вместо этого он сам посылает множество сообщений. Управляющий класс просто делегирует ответственность другим классам, по этой причине его часто называют классом-менеджером.

В системе могут быть и другие управляющие классы, общие для нескольких вариантов использования. Например, может быть класс SecurityManager (менеджер безопасности), отвечающий за контроль событий, связанных с безопасностью. Класс TransactionManager (менеджер транзакций) занимается координацией сообщений, относящихся к транзакциям с базой данных. Могут быть и другие менеджеры для работы с другими элементами функционирования системы, такими как разделение ресурсов, распределенная обработка данных или обработка ошибок.

Помимо упомянутых выше стереотипов можно создавать и свои собственные.

4.4.2.5.Атрибуты

Атрибут – это элемент информации, связанный с классом. Атрибуты хранят инкапсулированные данные класса.

Так как атрибуты содержатся внутри класса, они скрыты от других классов. В связи с этим может понадобиться указать, какие классы имеют право читать и изменять атрибуты. Это свойство называется видимостью атрибута (attribute visibility).

У атрибута можно определить четыре возможных значения этого параметра:

Public (общий, открытый). Это значение видимости предполагает, что атрибут будет виден всеми остальными классами. Любой класс может просмотреть или изменить значение атрибута. В соответствии с нотацией UML общему атрибуту предшествует знак « + ».

Private (закрытый, секретный). Соответствующий атрибут не виден никаким другим классом. Закрытый атрибут обозначается знаком « – » в соответствии с нотацией UML.

Protected (защищенный). Такой атрибут доступен только самому классу и его потомкам. Нотация UML для защищенного атрибута – это знак « # ».

Package or Implementation (пакетный). Предполагает, что данный атрибут является общим, но только в пределах его пакета. Этот тип видимости не обозначается никаким специальным значком.

С помощью закрытости или защищенности удается избежать ситуации, когда значение атрибута изменяется всеми классами системы. Вместо этого логика изменения атрибута будет заключена в том же классе, что и сам этот атрибут. Задаваемые параметры видимости повлияют на генерируемый код.

4.4.2.6.Операции

Операции реализуют связанное с классом поведение. Операция включает три части – имя, параметры и тип возвращаемого значения.

Параметры – это аргументы, получаемые операцией «на входе». Тип возвращаемого значения относится к результату действия операции.

На диаграмме классов можно показывать как имена операций, так и имена операций вместе с их параметрами и типом возвращаемого значения. Чтобы уменьшить загруженность диаграммы, полезно бывает на некоторых из них показывать только имена операций, а на других их полную сигнатуру.

В языке UML операции имеют следующую нотацию:

Имя Операции (аргумент: тип данных аргумента, аргумент2:тип данных аргумента2,...): тип возвращаемого значения

Следует рассмотреть четыре различных типа операций:

Операции реализации;

Операции управления;

Операции доступа;

Вспомогательные операции.

Операции реализации

Операции реализации (implementor operations) реализуют некоторые бизнес-функции. Такие операции можно найти, исследуя диаграммы взаимодействия. Диаграммы этого типа фокусируются на бизнес-функциях, и каждое сообщение диаграммы, скорее всего, можно соотнести с операцией реализации.

Каждая операция реализации должна быть легко прослеживаема до соответствующего требования. Это достигается на различных этапах моделирования. Операция выводится из сообщения на диаграмме взаимодействия, сообщения исходят из подробного описания потока событий, который создается на основе варианта использования, а последний – на основе требований. Возможность проследить всю эту цепочку позволяет гарантировать, что каждое требование будет реализовано в коде, а каждый фрагмент кода реализует какое-то требование.

Операции управления

Операции управления (manager operations) управляют созданием и уничтожением объектов. В эту категорию попадают конструкторы и деструкторы классов.

Операции доступа

Атрибуты обычно бывают закрытыми или защищенными. Тем не менее, другие классы иногда должны просматривать или изменять их значения. Для этого существуют операции доступа (access operations). Такой подход дает возможность безопасно инкапсулировать атрибуты внутри класса, защитив их от других классов, но все же позволяет осуществить к ним контролируемый доступ. Создание операций Get и Set (получения и изменения значения) для каждого атрибута класса является стандартом.

Вспомогательные операции

Вспомогательными (helper operations) называются такие операции класса, которые необходимы ему для выполнения его ответственностей, но о которых другие классы не должны ничего знать. Это закрытые и защищенные операции класса.

Чтобы идентифицировать операции, выполните следующие действия:

1. Изучите диаграммы последовательности и кооперативные диаграммы. Большая часть сообщений на этих диаграммах является операциями реализации. Рефлексивные сообщения будут вспомогательными операциями.

2. Рассмотрите управляющие операции. Может потребоваться добавить конструкторы и деструкторы.

3. Рассмотрите операции доступа. Для каждого атрибута класса, с которым должны будут работать другие классы, надо создать операции Get и Set.

4.4.2.7.Связи

Связь представляет собой семантическую взаимосвязь между классами. Она дает классу возможность узнавать об атрибутах, операциях и связях другого класса. Иными словами, чтобы один класс мог послать сообщение другому на диаграмме последовательности или кооперативной диаграмме, между ними должна существовать связь.

Существуют четыре типа связей, которые могут быть установлены между классами: ассоциации, зависимости, агрегации и обобщения.

Связь ассоциация

Ассоциация (association) – это семантическая связь между классами. Их рисуют на диаграмме классов в виде обыкновенной линии.

Рис. 10. Связь ассоциация

Ассоциации могут быть двунаправленными, как в примере, или однонаправленными. На языке UML двунаправленные ассоциации рисуют в виде простой линии без стрелок или со стрелками с обеих ее сторон. На однонаправленной ассоциации изображают только одну стрелку, показывающую ее направление.

Направление ассоциации можно определить, изучая диаграммы последовательности и кооперативные диаграммы. Если все сообщения на них отправляются только одним классом и принимаются только другим классом, но не наоборот, между этими классами имеет место однонаправленная связь. Если хотя бы одно сообщение отправляется в обратную сторону, ассоциация должна быть двунаправленной.

Ассоциации могут быть рефлексивными. Рефлексивная ассоциация предполагает, что один экземпляр класса взаимодействует с другими экземплярами этого же класса.

Связь зависимость

Связи зависимости (dependency) также отражают связь между классами, но они всегда однонаправлены и показывают, что один класс зависит от определений, сделанных в другом. Например, класс A использует методы класса B. Тогда при изменении класса B необходимо произвести соответствующие изменения в классе A.

Зависимость изображается пунктирной линией, проведенной между двумя элементами диаграммы, и считается, что элемент, привязанный к концу стрелки, зависит от элемента, привязанного к началу этой стрелки.

Рис. 11. Связь зависимость

При генерации кода для этих классов к ним не будут добавляться новые атрибуты. Однако, будут созданы специфические для языка операторы, необходимые для поддержки связи.

Связь агрегация

Агрегации (aggregations) представляют собой более тесную форму ассоциации. Агрегация – это связь между целым и его частью. Например, у вас может быть класс Автомобиль, а также классы Двигатель, Покрышки и классы для других частей автомобиля. В результате объект класса Автомобиль будет состоять из объекта класса Двигатель, четырех объектов Покрышек и т. д. Агрегации визуализируют в виде линии с ромбиком у класса, являющегося целым:

Рис. 11. Связь агрегация

В дополнение к простой агрегации UML вводит более сильную разновидность агрегации, называемую композицией. Согласно композиции, объект-часть может принадлежать только единственному целому, и, кроме того, как правило, жизненный цикл частей совпадает с циклом целого: они живут и умирают вместе с ним. Любое удаление целого распространяется на его части.

Такое каскадное удаление нередко рассматривается как часть определения агрегации, однако оно всегда подразумевается в том случае, когда множественность роли составляет 1..1; например, если необходимо удалить Клиента, то это удаление должно распространиться и на Заказы (и, в свою очередь, на Строки заказа).

Сегодня процесс создания сложных программных приложений невозможно представить без разделения на этапы жизненного цикла. Под жизненным циклом программы будем понимать совокупность этапов:

Анализ предметной области и создание ТЗ (взаимодействия с заказчиком)
Проектирование структуры программы
Кодирование (набор программного кода согласно проектной документации)
Тестирование и отладка
Внедрение программы
Сопровождение программы
Утилизация

Остановимся детально на процессе проектирования. В ходе проектирования архитектором или опытным программистом создается проектная документация, включающая текстовые описания, диаграммы, модели будущей программы. В этом нелегком деле нам поможет язык UML.

UML - является графическим языком для визуализации, описания параметров, конструирования и документирования различных систем (программ в частности). Диаграммы создаются с помощью специальных CASE средств, например Rational Rose (http://www-01.ibm.com/software/rational/) и Enterprise Architect (http://www.sparxsystems.com.au/). На основе технологии UML строится единая информационная модель. Приведенные выше CASE средства способны генерировать код на различных объектно-ориентированных языках, а так же обладают очень полезной функцией реверсивного инжиниринга. (Реверсивный инжиниринг позволяет создать графическую модель из имеющегося программного кода и комментариев к нему.)

Рассмотрим типы диаграмм для визуализации модели (это must have, хотя типов гораздо больше):

Диаграмма вариантов использования (use case diagram)

Проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью, так называемых прецедентов. При этом актером (actor) или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Другими словами, каждый вариант использования определяет некоторый набор действий, совершаемый системой при диалоге с актером. При этом ничего не говорится о том, каким образом будет реализовано взаимодействие актеров с системой.

Диаграмма классов (class diagram)

Диаграмма классов 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 описывает их внутреннюю структуру (поля, методы…) и типы отношений (наследование, реализация интерфейсов …). На данной диаграмме не указывается информация о временных аспектах функционирования системы. С этой точки зрения диаграмма классов является дальнейшим развитием концептуальной модели проектируемой системы. На этом этапе принципиально знание ООП подхода и паттернов проектирования.

Диаграмма состояний (statechart diagram)

Главное предназначение этой диаграммы - описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий.

Диаграмма последовательности (sequence diagram)

Для моделирования взаимодействия объектов в языке UML используются соответствующие диаграммы взаимодействия. Взаимодействия объектов можно рассматривать во времени, и тогда для представления временных особенностей передачи и приема сообщений между объектами используется диаграмма последовательности. Взаимодействующие объекты обмениваются между собой некоторой информацией. При этом информация принимает форму законченных сообщений. Другими словами, хотя сообщение и имеет информационное содержание, оно приобретает дополнительное свойство оказывать направленное влияние на своего получателя.

Диаграмма кооперации (collaboration diagram)

На диаграмме кооперации в виде прямоугольников изображаются участвующие во взаимодействии объекты, содержащие имя объекта, его класс и, возможно, значения атрибутов. 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.
В отличие от диаграммы последовательности, на диаграмме кооперации изображаются только отношения между объектами, играющими определенные роли во взаимодействии.

Диаграмма компонентов (component diagram)

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 развертывания (deployment diagram)

Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы, существующих лишь на этапе ее исполнения (runtime). При этом представляются только компоненты-экземпляры программы, являющиеся исполнимыми файлами или динамическими библиотеками. Те компоненты, которые не используются на этапе исполнения, на диаграмме развертывания не показываются.
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. Эта диаграмма, по сути, завершает процесс ООАП для конкретной программной системы и ее разработка, как правило, является последним этапом спецификации модели.

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....

Цель работы:

изучение диаграмм пакетов, диаграммы компонентов и диаграммы размещения,
изучение их применения в процессе проектирования.

Диаграммы пакетов (package diagrams)

Один из важнейших вопросов методологии создания программного обеспечения - как разбить большую систему на небольшие подсистемы? Именно с этой точки зрения изменения, связанные с переходом от структурного подхода к объектно-ориентированному, являются наиболее заметными. Одна из идей заключается в группировке классов в компоненты более высокого уровня. В UML такой механизм группировки носит название пакетов (package).

Диаграммой пакетов является диаграмма, содержащая пакеты классов и зависимости между ними. Строго говоря, пакеты и зависимости являются элементами диаграммы классов, т. е. диаграмма пакетов - это всего лишь форма диаграммы классов. Однако на практике причины построения таких диаграмм различны.

Зависимость между двумя элементами имеет место в том случае, если изменения в определении одного элемента могут повлечь за собой изменение в другом. Что касается классов, то причины зависимостей могут быть самыми разными: один класс посылает сообщение другому; один класс включает часть данных другого класса; один класс ссылается на другой как на параметр операции. Если класс меняет свой интерфейс, то любое сообщение, которое он посылает, может стать неправильным.

В идеальном случае только изменения в интерфейсе класса должны воздействовать на другие классы. Искусство проектирования больших систем включает в себя минимизацию зависимостей, которая снижает воздействие изменений и требует меньше усилий на их внесение.

На рис. 14.1 мы имеем дело с классами предметной области, моделирующими деятельность организации и сгруппированными в два пакета: «Клиенты» и «Заказы».

Рис. 14.1. Классы предметной области, моделирующие деятельность организации

«Приложение сбора заказов» имеет зависимости с обоими пакетами предметной области. «Пользовательский интерфейс сбора заказов» имеет зависимости с «Приложением сбора заказов» и «Библиотекой GUI».

Зависимость между двумя пакетами существует в том случае, если имеется какая-либо зависимость между любыми двумя классами в пакетах. Например, если любой класс в пакете «Список рассылки» зависит от какого-либо класса в пакете «Клиенты», то между соответствующими пакетами существует зависимость.

Пакеты являются жизненно необходимым средством для больших проектов. Их следует использовать в тех случаях, когда диаграмма классов, охватывающая всю систему в целом и размещенная на единственном листе бумаги формата А4, становится трудночитаемой.

Пакеты не дают ответа на вопрос, каким образом можно уменьшить количество зависимостей в разрабатываемой системе, однако они помогают выделить эти зависимости. Сведение к минимуму количества зависимостей позволяет снизить связанность компонентов системы. Но эвристический подход к этому процессу далек от идеала.

Пакеты особенно полезны при тестировании. Каждый пакет при тестировании может содержать один или несколько тестовых классов, с помощью которых проверяется поведение пакета.

Диаграммы компонентов (component diagrams)

Компоненты на диаграмме компонентов представляют собой физические модули программного кода (рис. 14.2). Обычно они в точности соответствуют пакетам на диаграмме пакетов (см. рис. 14.1); таким образом, диаграмма компонентов отражает выполнение каждого пакета в системе.

Рис. 14.2.

Зависимости между компонентами должны совпадать с зависимостями между пакетами. Эти зависимости показывают, каким образом одни компоненты взаимодействуют с другими. Направление данной зависимости показывает уровень осведомленности о коммуникации. Если на панелях инструментов диаграмм размещения отсутствуют некоторые значки, то их можно настроить вызвав диалоговое окно View/Toolbar/Configure/Toolbars/Component Diagrams

Таблица 14.1. Описание кнопок панели инструментов диаграмм компонентов Rational Rose

Кнопка	Описание	Название
	Выбор элемента модели	Select tool
	Ввод текста	Text Box
	Комментарий	Note
	Связь комментария с элементом	Anchor Note to Item
	Компонент	Component
	Пакет	Package
	Зависимость	Dependency
	Тело задания	Task Body
	Спецификация задания	Task Specification
	Тело пакета	Package Body
	Спецификация пакета	Package Specification
	Главная программа	Main Program
	Спецификация подпрограммы	Subprogram Specification
	Тело попдпрограммы	Subprogram Body

Диаграммы размещения (deployment diagrams)

Диаграмма размещения отражает физические взаимосвязи между программными и аппаратными компонентами системы. Она является хорошим средством для того, чтобы показать маршруты перемещения объектов и компонентов в распределенной системе.

Каждый узел на диаграмме размещения представляет собой некоторый тип вычислительного устройства - в большинстве случаев часть аппаратуры. Эта аппаратура может быть простым устройством или датчиком, а может быть и большим компьютером.

На рис. 14.3 изображен персональный компьютер (ПК), связанный с UNIX-сервером посредством протокола TCP/IP. Соединения между узлами показывают коммуникационные каналы, с помощью которых осуществляются системные взаимодействия.

Рис. 14.3.

На практике данные диаграммы применяются не слишком часто. В целом эти диаграммы полезно применять, чтобы выделить особенные физические характеристики данной системы. По мере распространения распределенных систем важность данных диаграмм возрастает.

Таблица 14.2. Описание кнопок панели инструментов диаграмм размещения Rational Rosee

Примеры

Проводить сравнение диаграмм пакетов, компонентов и размещения в общем случае бессмысленно, так как эти диаграммы не существуют сами по себе, а являются интерпретацией некоторой диаграммы классов, для которой и уместно проводить сравнение с другими диаграммами классов.

Диаграммы пакетов содержат один тип элементов - пакет и один тип связей - зависимость, поэтому численная оценка для диаграммы пакетов не столь важна, как для диаграммы классов.

На рис. 14.4 изображена диаграмма пакетов подсистемы «Служба занятости в рамках вуза» системы «Дистанционное обучение». Численная оценка для нее равна:

Рис. 14.4. Диаграмма пакетов

Диаграммы компонентов и размещения строятся и используются на этапе реализации и сопровождения, когда базовая архитектура системы уже обычно определена; поэтому они однозначно получаются из диаграммы классов и для них достаточно привести по одному примеру.

Рис. 14.5 . Диаграмма компонентов

На рис. 14.5 изображена диаграмма компонентов, построенная на основе диаграммы пакетов, изображенной на рис. 14.4. На рис. 14.6 изображена диаграмма размещения подсистемы «Служба занятости в рамках вуза». Оценка для данной диаграммы компонентов равна:

Оценка для диаграммы размещения равна:

Рис. 14.6. Диаграмма размещения

Упражнения

Упражнение 1. Создание диаграммы размещения системы регистрации

Распределенная конфигурация системы моделируется с помощью диаграммы размещения. Ее основные элементы:

узел (node) - вычислительный ресурс (процессор или другое устройство (дисковая память, контроллеры различных устройств и т.д.). Для узла можно задать выполняющиеся на нем процессы;
соединение (connection) - канал взаимодействия узлов (сеть).

Пример: сетевая конфигурация системы регистрации (без процессов) (рис. 14.7).

Ри с. 14.7. Сетевая конфигурация системы регистрации

Распределение процессов по узлам сети производится с учетом следующих факторов:

используемые образцы распределения (трехзвенная клиент - серверная конфигурация, «толстый» клиент, «тонкий» клиент, равноправные узлы (peer-to-peer) и т.д.);
время отклика;
минимизация сетевого трафика;
мощность узла;
надежность оборудования и коммуникаций. Пример: распределение процессов по узлам (рис. 14.8).

Рис.

14.8. Сетевая конфигурация системы регистрации с распределением

Для того чтобы открыть диаграмму размещения, надо дважды щелкнуть мышью по представлению Deployment View (представлению размещения) в браузере.
Для того чтобы поместить на диаграмму процессор:

На панели инструментов диаграммы нажмите кнопку Processor.
Щелкните по диаграмме размещения в том месте, куда хотите поместить процессор.
Введите имя процессора.

В спецификациях процессора можно ввести информацию о его стереотипе, характеристиках и планировании. Стереотипы применяются для классификации процессоров (например, компьютеров под управлением UNIX или ПК). Характеристики процессора - это его физическое описание. Оно может, в частности, включать скорость процессора и объем памяти.

Поле планирования (scheduling) процессора содержит описание того, как осуществляется планирование его процессов

Preemptive (с приоритетом). Высокоприоритетные процессы имеют преимущество перед низкоприоритетными.
Non preemptive (без приоритета). У процессов не имеется приоритета. Текущий процесс выполняется до его завершения, после чего начинается следующий.
Cyclic (циклический). Управление передается между процессами по кругу. Каждому процессу дается определенное время на его выполнение, затем управление переходит к следующему процессу.
Executive (исполнительный). Существует некоторый вычислительный алгоритм, который и управляет планированием процессов.
Manual (вручную). Процессы планируются пользователем.

Для того чтобы назначить процессору стереотип.

Перейдите на вкладку General.
Введите стереотип в поле Stereotype.

Для введения характеристик и планирования процессора

Откройте окно спецификации процессора.
Перейдите на вкладку Detail.
Введите характеристики в поле характеристик.
Укажите один из типов планирования.

Для того чтобы показать планирование на диаграмме:

Выберите пункт Show Scheduling в открывшемся меню.

Для того чтобы добавить связь на диаграмму:

На панели инструментов нажмите кнопку Connection.
Щелкните по узлу диаграммы.
Проведите линию связи к другому узлу.

Для того чтобы назначить связи стереотипа:

Откройте окно спецификации связи.
Перейдите на вкладку General.
Введите стереотип в поле Stereotype (Стереотип).

Для того чтобы добавить процесс:

Щелкните правой кнопкой мыши по процессору в браузере.
Выберите пункт New > Process в открывшемся меню.
Введите имя нового процесса.

Для того чтобы показать процессы на диаграмме:

Щелкните правой кнопкой мыши по процессору.
Выберите пункт Show Processes в открывшемся меню.

Контрольные вопросы

Какую проблему проектирования призваны решить диаграммы пакетов?
В чем отличие диаграмм пакетов от диаграмм классов?
В чем смысл зависимости между элементами диаграммы пакетов?
Что такое интерфейс класса?
По каким признакам классы группируются в пакеты?
Какие виды элементов модели представлены на диаграмме компонентов?
Как связаны между собой диаграммы пакетов и диаграммы компонентов?
Что показывает диаграмма размещения?
Какие сущности.отображаются на диаграммах-размещения?
10. В каких случаях необходимо применение диаграмм размещения?

Язык UML - это графический язык моделирования общего назначения, предназначенный для спецификации, визуализации, проектирования и документирования всех артефактов, создаваемых при разработке программных систем.

Существует много хороших книг в которых описано в деталях про UML (местами даже очень подробно), мне хотелось бы собрать в одном месте основные понятия про диаграммы, сущности и связи между ними для быстрого вспоминания, что-то наподобие шпаргалки.

В заметке используется материалы из книжек: Иванов Д. Ю., Новиков Ф. А. Унифицированный язык моделирования UML и Леоненков. Самоучитель по UML .

Для начала определимся с редактором. Под Linux я перепробовал разные UML-редакторы, больше всего мне понравился UMLet , хоть он и написан на Java но шевелится весьма проворно и большинство заготовок сущностей в нем есть. Еще есть ArgoUML кроссплатформенный UML-редактор, написан тоже на Java, функционально-богат но подтормаживает больше.

Я остановился на UMLet , установим его под Arch Linux и Ubuntu :

# под Arch Linux yaourt -S umlet # под Ubuntu sudo apt-get install umlet

В UML все сущности можно разбить на такие типы:

структурные;
поведенческие;
группирующие;
аннотационные;

В UML используются четыре основных типа отношений:

Зависимость (dependency) - указывает на то, что изменение независимой сущности каким-то образом влияет на зависимую сущность. Графически отношение зависимости изображается в виде пунктирной линии со стрелкой, направленной от зависимой сущности к независимой.

Ассоциация (association) - имеет место, если одна сущность непосредственно связана с другой (или с другими - ассоциация может быть не только бинарной). Графически ассоциация изображается в виде сплошной линии с различными дополнениями, соединяющей связанные сущности.

Обобщение (generalization) - это отношение между двумя сущностями, одна из которых является частным (специализированным) случаем другой. Графически обобщение изображается в виде линии с треугольной не закрашенной стрелкой на конце, направленной от частного (подкласса) к общему (суперклассу).

Реализации - отношение реализации указывает, что одна сущность является реализацией другой. Графически реализация изображается в виде пунктирной линии с треугольной не закрашенной стрелкой на конце, направленной от реализующей сущности к реализуемой.

В UML 2 определено 13 типов диаграмм. По стандартам каждая диаграмма должна иметь рамку с прямоугольником (правый нижний угол скошенный) в левом верхнем углу, в котором указывается идентификатор диаграммы (тег) и название.

Диаграммы для изображения структуры системы :

Диаграмма компонентов (component diagram, тег component );
Диаграмма размещения (deployment diagram, тег deployment );
Диаграмма классов (class diagram, тег class );
Диаграмма объектов (object diagram, тег object );
Диаграмма структуры внутренней (composite structure diagram, тег class );

Диаграммы для изображения поведения системы :

Диаграмма синхронизации (interaction diagram, тег timing );
Диаграмма деятельности (activity diagram, тег activity );
Диаграмма последовательности (sequence diagram, тег sd );
Диаграмма коммуникации (communication diagram, тег comm );
Диаграмма автомата (state machine diagram, тег state machine );
Обзорная диаграмма взаимодействия (interaction overview diagram, тег interaction );

Особняком стоят диаграммы:

Диаграмма использования(use case diagram, тег use case);
Диаграмма пакетов (package diagram, тег package );

Диаграмма использования

Диаграмма использования (use case diagram) - это наиболее общее представление функционального назначения системы.

Рассматривая диаграмму вариантов использования в качестве модели системы, можно ассоциировать ее с моделью черного ящика. Каждый вариант использования определяет последовательность действий, которые должны быть выполнены проектируемой системой при взаимодействии ее с соответствующим актером.

На диаграмме использования применяются два типа основных сущностей: варианты использования и действующие лица, между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений.

Отношение ассоциации - это отношение устанавливает, какую конкретную роль играет актер при взаимодействии с экземпляром варианта использования. Отношение ассоциации обозначается сплошной линией между актером и вариантом использования. Эта линия может иметь дополнительные условные обозначения, такие, например, как имя и кратность.

Отношение расширения - определяет взаимосвязь экземпляров отдельного варианта использования с более общим вариантом, свойства которого определяются на основе способа совместного объединения данных экземпляров. Так, если имеет место отношение расширения от варианта использования А к варианту использования В, то это означает, что свойства экземпляра варианта использования В могут быть дополнены благодаря наличию свойств у расширенного варианта использования А.

Отношение расширения между вариантами использования обозначается пунктирной линией со стрелкой (вариант отношения зависимости), направленной от того варианта использования, который является расширением для исходного варианта использования.

Отношение обобщения служит для указания того факта, что некоторый вариант использования А может быть обобщен до варианта использования В. В этом случае вариант А будет являться специализацией варианта В. При этом В называется предком или родителем по отношению А, а вариант А - потомком по отношению к варианту использования В.

Графически данное отношение обозначается сплошной линией со стрелкой в форме не закрашенного треугольника, которая указывает на родительский вариант использования.

Отношение обобщения между вариантами использования применяется в том случае, когда необходимо отметить, что дочерние варианты использования обладают всеми атрибутами и особенностями поведения родительских вариантов.

Отношение включения между двумя вариантами использования указывает, что некоторое заданное поведение для одного варианта использования включается в качестве составного компонента в последовательность поведения другого варианта использования.

Отношение включения, направленное от варианта использования А к варианту использования В, указывает, что каждый экземпляр варианта А включает в себя функциональные свойства, заданные для варианта В.

Графически данное отношение обозначается пунктирной линией со стрелкой (вариант отношения зависимости), направленной от базового варианта использования к включаемому.

Диаграмма классов

Диаграмма классов (class diagram) - основной способ описания статической структуры системы.

На диаграмме классов применяется один основной тип сущностей: классы (включая многочисленные частные случаи классов: интерфейсы, примитивные типы, классы-ассоциации и т.д.), между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений: зависимости, ассоциации, обобщения, реализации.

Отношение зависимости в общем случае указывает некоторое семантическое отношение между двумя элементами модели или двумя множествами таких элементов, которое не является отношением ассоциации, обобщения или реализации. Отношение зависимости используется в такой ситуации, когда некоторое изменение одного элемента модели может потребовать изменения другого зависимого от него элемента модели.

Отношение зависимости графически изображается пунктирной линией между соответствующими элементами со стрелкой на одном из ее концов, при этом стрелка направлена от класса-клиента зависимости к независимому классу или классу-источнику.

Над стрелкой могут находится специальные ключевые слова (стереотипы):

"access" - служит для обозначения доступности открытых атрибутов и операций класса-источника для классов-клиентов;
"bind" - класс-клиент может использовать некоторый шаблон для своей последующей параметризации;
"derive" - атрибуты класса-клиента могут быть вычислены по атрибутам класса-источника;
"import" - открытые атрибуты и операции класса-источника становятся частью класса-клиента, как если бы они были объявлены непосредственно в нем;
"refine" - указывает, что класс-клиент служит уточнением класса-источника в силу причин исторического характера, когда появляется дополнительная информация в ходе работы над проектом.

Отношение ассоциации соответствует наличию некоторого отношения между классами. Данное отношение обозначается сплошной линией с дополнительными специальными символами, которые характеризуют отдельные свойства конкретной ассоциации. В качестве дополнительных специальных символов могут использоваться имя ассоциации, а также имена и кратность классов-ролей ассоциации. Имя ассоциации является необязательным элементом ее обозначения.

Отношение агрегации имеет место между несколькими классами в том случае, если один из классов представляет собой некоторую сущность, включающую в себя в качестве составных частей другие сущности. Применяется для представления системных взаимосвязей типа "часть-целое".

Отношение композиции является частным случаем отношения агрегации. Это отношение служит для выделения специальной формы отношения "часть-целое", при которой составляющие части в некотором смысле находятся внутри целого. Специфика взаимосвязи между ними заключается в том, что части не могут выступать в отрыве от целого, т. е. с уничтожением целого уничтожаются и все его составные части.

Отношение обобщения является отношением между более общим элементом (родителем или предком) и более частным или специальным элементом (дочерним или потомком). Применительно к диаграмме классов данное отношение описывает иерархическое строение классов и наследование их свойств и поведения. При этом предполагается, что класс-потомок обладает всеми свойствами и поведением класса-предка, а также имеет свои собственные свойства и поведение, которые отсутствуют у класса-предка.

Диаграмма автомата

Диаграмма автомата (state machine diagram) или диаграмма состояний в UML 1 (state chart diagram) - это один из способов детального описания поведения в UML. В сущности, диаграммы автомата, как это следует из названия, представляют собой граф состояний и переходов конечного автомата нагруженный множеством дополнительных деталей и подробностей.

Диаграмма состояний описывает процесс изменения состояний только одного класса, а точнее - одного экземпляра определенного класса, т. е. моделирует все возможные изменения в состоянии конкретного объекта. При этом изменение состояния объекта может быть вызвано внешними воздействиями со стороны других объектов или извне. Именно для описания реакции объекта на подобные внешние воздействия и используются диаграммы состояний.

На диаграмме автомата применяют один основной тип сущностей - состояния, и один тип отношений - переходы, но и для тех и для других определено множество разновидностей, специальных случаев и дополнительных обозначений. Автомат представляет динамические аспекты моделируемой системы в виде ориентированного графа, вершины которого соответствуют состояниям, а дуги - переходам.

Начальное состояние представляет собой частный случай состояния, которое не содержит никаких внутренних действий (псевдосостояния). В этом состоянии находится объект по умолчанию в начальный момент времени. Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, от которой начинается процесс изменения состояний.

Конечное (финальное) состояние представляет собой частный случай состояния, которое также не содержит никаких внутренних действий (псевдосостояния). В этом состоянии будет находиться объект по умолчанию после завершения работы автомата в конечный момент времени.

Диаграмма деятельности

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.

Диаграмма деятельности (activity diagram) - еще один способ описания поведения, который визуально напоминает старую добрую блок-схему алгоритма. Используется для моделирования процесса выполнения операций.

Основным направлением использования диаграмм деятельности является визуализация особенностей реализации операций классов, когда необходимо представить алгоритмы их выполнения.

На диаграмме деятельности применяют один основной тип сущностей - действие, и один тип отношений - переходы (передачи управления). Также используются такие конструкции как развилки, слияния, соединения, ветвления. Рекомендуется в качестве имени простого действия использовать глагол с пояснительными словами.

Диаграмма последовательности

Диаграмма последовательности (sequence diagram) - это способ описания поведения системы "на примерах".

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

На диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей - экземпляры взаимодействующих классификаторов (в основном классов, компонентов и действующих лиц), и один тип отношений - связи, по которым происходит обмен сообщениями.

Возможные виды сообщений (изображение взято у larin.in):

Диаграмма коммуникации

Диаграмма коммуникации (communication diagram) - способ описания поведения, семантически эквивалентный диаграмме последовательности. Фактически, это такое же описание последовательности обмена сообщениями взаимодействующих экземпляров классификаторов, только выраженное другими графическими средствами.

Таким образом, на диаграмме коммуникации также как и на диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей - экземпляры взаимодействующих классификаторов и один тип отношений - связи. Однако здесь акцент делается не на времени, а на структуре связей между конкретными экземплярами.

Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов (component diagram) - показывает взаимосвязи между модулями (логическими или физическими), из которых состоит моделируемая система.

Основной тип сущностей на диаграмме компонентов - это сами компоненты, а также интерфейсы, 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);

Диаграмма размещения

Диаграмма размещения (deployment diagram) наряду с отображением состава и связей элементов системы показывает, как они физически размещены на вычислительных ресурсах во время выполнения.

На диаграмме размещения, по сравнению с диаграммой компонентов, добавляется два типа сущностей: артефакт, который является реализацией компонента и узел (может быть как классификатор, описывающий тип узла, так и конкретный экземпляр), а также отношение ассоциации между узлами, показывающее, что узлы физически связаны во время выполнения.

Диаграмма объектов

Диаграмма объектов (object diagram) - является экземпляром диаграммы классов.

На диаграмме объектов применяют один основной тип сущностей: объекты (экземпляры классов), между которыми указываются конкретные связи (чаще всего экземпляры ассоциаций). Диаграммы объектов имеют вспомогательный характер - по сути это примеры (можно сказать, дампы памяти), показывающие, какие имеются объекты и связи между ними в некоторый конкретный момент функционирования системы.

Диаграмма внутренней структуры (composite structure diagram) используется для более подробного представления структурных классификаторов, прежде всего классов и компонентов.

Структурный классификатор изображается в виде прямоугольника, в верхней части которого находится имя классификатора. Внутри находятся части (parts). Частей может быть несколько. Части могут взаимодействовать друг с другом. Это обозначается с помощью соединителей (connectors) различных видов. Место на внешней границе части, к которому присоединяется соединитель, называется портом (port). Порты располагаются также на внешней границе структурного классификатора.

Обзорная диаграмма взаимодействия (interaction overview diagram) является разновидностью диаграммы деятельности с расширенным синтаксисом: в качестве элементов обзорной диаграммы взаимодействия могут выступать ссылки на взаимодействия (interaction use), определяемые диаграммами последовательности.

Диаграмма синхронизации

Диаграмма синхронизации (timing diagram) представляет собой особую форму диаграммы последовательности, на которой особое внимание уделяется изменению состояний различных экземпляров классификаторов и их временной синхронизации.

Диаграмма пакетов

Диаграмма пакетов (package diagram) - единственное средство, позволяющее управлять сложностью самой модели.

Основные элементы нотации - пакеты и зависимости с различными стереотипами.

Модель сущность-связь (ER-модель)

Аналогом диаграммы классов (UML) может быть ER-модель , которая используется при проектировании баз-данных (реляционной модели).

Модель сущность-связь (ER-модель) - модель данных, позволяющая описывать концептуальные схемы предметной области. ER-модель используется при высокоуровневом (концептуальном) проектировании баз данных. С её помощью можно выделить ключевые сущности и обозначить связи, которые могут устанавливаться между этими сущностями. wikipedia

Любой фрагмент предметной области может быть представлен как множество сущностей, между которыми существует некоторое множество связей.

Основные понятия:

Сущность (entity) - это объект, который может быть идентифицирован неким способом, отличающим его от других объектов, например, КЛИЕНТ 777 . Сущность фактически представляет из себя множество атрибутов.

Набор сущностей (entity set) - множество сущностей одного типа (обладающих одинаковыми свойствами).

Связь (relationship) - это ассоциация, установленная между несколькими сущностями.

Домен (domain) - множество значений (область определения) атрибута.

Существует три типа бинарных связей:

один к одному - одиночный экземпляр сущности одного класса связан с одиночным экземпляром сущности другого класса, напимер, НАЧАЛЬНИК - ОТДЕЛ;
1 к N или один ко многим - одиночный экземпляр сущности одного класса связан со многими экземплярами сущности другого класса, например, ОТДЕЛ - СОТРУДНИК;
N к M или многие ко многим - многие экземпляры сущности одного класса связаны со многими экземплярами сущности другого класса, например, СОТРУДНИК - ПРОЕКТ;

Словарь основных понятий по UML

Объект (object) - сущность, обладающая уникальностью и инкапсулирующая в себе состояние и поведение.

Класс (class) - описание множества объектов с общими атрибутами, определяющими состояние, и операциями, определяющими поведение.

Интерфейс (interface) - именованное множество операций, определяющее набор услуг, которые могут быть запрошены потребителем и предоставлены поставщиком услуг.

Кооперация (collaboration) - совокупность объектов, которые взаимодействуют для достижения некоторой цели.

Действующее лицо (actor) - сущность, находящаяся вне моделируемой системы и непосредственно взаимодействующая с ней.

Компонент (component) - модульная часть системы с четко определенным набором требуемых и предоставляемых интерфейсов.

Артефакт (artifact) - элемент информации, который используется или порождается в процессе разработки программного обеспечения. Другими словами, артефакт - это физическая единица реализации, получаемая из элемента модели (например, класса или компонента).

Узел (node) - вычислительный ресурс, на котором размещаются и при необходимости выполняются артефакты.

Поведенческие сущности предназначены для описания поведения. Основных поведенческих сущностей всего две: состояние и действие.

Состояние (state) - период в жизненном цикле объекта, находясь в котором объект удовлетворяет некоторому условию и осуществляет собственную деятельность или ожидает наступления некоторого события.

Действие (action) - примитивное атомарное вычисление.

Автомат является пакетом, в котором определено множество понятий, необходимых для представления поведения моделируемой сущности в виде дискретного пространства с конечным числом состояний и переходов.

Классификатор (classifier) - это дескриптор множества однотипных объектов.

Дополнительное чтиво

Фаулер М. UML. Основы, 3-е издание
Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя