Описание нотации uml. История создания UML. Почему не «взлетел» UML
Если перед вами стоит задача описать работу организации, у вас на руках огромное количество неупорядоченной информации. Вы в растерянности и не знаете, с какой стороны ко всему этому подступиться, советую следующую последовательность действий:
2. Определить какой тип модели бизнес процесса вам необходимо построить и выбрать список методологий, которые могут быть использованы при моделировании (используйте путеводитель, описанный ниже);
3. Сравнить методологии и нотации моделирования для вашего типа модели и выбрать подходящую для вас методологию:
- Методологии моделирования бизнес процессов верхнего уровня и потоков данных;
- Методологии моделирования потоков работ;
- Методологии моделирования структуры информации.
4. Построить модель.
Путеводитель по нотациям и методологиям
Для того, чтобы не запутаться во всевозможных методологиях и нотациях, которые используются для построения самых распространенных моделей организации (модели управления — бизнес процессы на верхнем уровне, модели потоков работ и информационной модели — структура информации), предлагаю путеводитель и его дальнейшую детализацию.
Если хотя бы одно название методологии, нотации вам не знакомо, то читайте далее, если все знакомо, но интересно и хочется освежить память, то бегло просмотрите.Классические методологии
Несмотря на свое различие, в основном связанное с названием диаграмм и видов используемых объектов, современные методологии описания бизнес процессов практически идентичны и представляют из себя незначительные изменения классических стандартов.
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
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....
определение , подобное приведенному ниже.Язык - система знаков, служащая:
- средством человеческого общения и мыслительной деятельности;
- способом выражения самосознания личности;
- средством хранения и передачи информации.
Язык включает в себя набор знаков (словарь) и правила их употребления и интерпретации (грамматику).
К этому достаточно исчерпывающему определению нужно добавить, что языки бывают естественные и искусственные, формальные и неформальные. UML - язык формальный и искусственный, хотя, как мы увидим далее, этот ярлык к нему не совсем подходит. Искусственный он потому, что у него имеются авторы, о которых мы еще не раз упомянем в дальнейшем (в то же время, развитие UML непрерывно продолжается, что ставит его в один ряд с естественными языками). Формальным его можно назвать, поскольку имеются правила его употребления (правда, описание UML содержит и явно неформальные элементы, как мы, опять-таки, позже увидим). Еще один нюанс: UML - язык графический, что также немного путает ситуацию!
При описании формального искусственного языка, что мы уже видели на примерах описания языков программирования, как правило, описываются такие его элементы, как:
- синтаксис , то есть определение правил построения конструкций языка;
- семантика , то есть определение правил, в соответствии с которыми конструкции языка приобретают смысловое значение;
- прагматика , то есть определение правил использования конструкций языка для достижения нужных нам целей.
К тому же примерно в это же время (начало 80-х) стартовала "объектно-ориентированная эра". Все началось с появлением семейства языков программирования SmallTalk, которые применяли некоторые понятия языка Simula-67, использовавшегося в 60-х годах. Появление объектно-ориентированного подхода в первую очередь было обусловлено увеличением сложности задач. Объектно-ориентированный подход внес достаточно радикальные изменения в сами принципы создания и функционирования программ, но, в то же время, позволил существенно повысить производительность труда программистов, по -иному взглянуть на проблемы и методы их решения, сделать программы более компактными и легко расширяемыми. Как результат, языки, первоначально ориентированные на традиционный подход к программированию, получили ряд объектноориентированных расширений. Одной из первых, в середине 80-х, была фирма Apple со своим проектом Object Pascal . Кроме этого, объектно-ориентированный подход породил мощную волну и абсолютно новых программных технологий, вершинами которой стали такие общепризнанные сегодня платформы, как Microsoft . NET Framework и Sun Java .
Но самое главное, что появление ООП требовало удобного инструмента для моделирования, единой нотации для описания сложных программных систем. И вот "три амиго", три крупнейших специалиста, три автора наиболее популярных методов решили объединить свои разработки. В 1991-м каждый из "трех амиго" начал с написания книги, в которой изложил свой метод ООАП. Каждая методология была
UML предназначен для моделирования. Сами авторы UML определяют свое детище следующим образом.
Язык UML ‒ это графический язык моделирования общего назначения, предназначенный для спецификации, визуализации, проектирования и документирования всех артефактов, создаваемых при разработке программных систем.
Мы полностью согласны с этим определением, и не только одобряем выбор ключевых слов, но придаем большое значение порядку, в котором они перечислены.
1.2.1. Спецификация
В типичных случаях в процессе разработки приложений участвуют по меньше мере два действующих лица: заказчик (конкретный человек или группа лиц, или организация) и разработчик (это может быть программист-одиночка, временная команда проекта или целая организация, специализирующаяся на разработке программного обеспечения). Из-за того, что действующих лиц двое, очень многое зависит от степени их взаимопонимания.
Одним из ключевых этапов разработки приложения является определение того, каким требованиям должно удовлетворять разрабатываемое приложение. В результате этого этапа появляется формальный или неформальный документ (артефакт), который называют по-разному, имея в виду примерно одно и то же: постановка задачи, требования, техническое задание, внешние спецификации и др.
Аналогичные по назначению, но, может быть, отличные по форме и содержанию артефакты появляются и на других этапах разработки, особенно если в разработку включено много действующих лиц. Для них также используются различные названия: функциональные спецификации, архитектура приложения и др. Мы будем все такие артефакты называть спецификациями.
Спецификация ‒ это декларативное описание того, как нечто устроено или работает.
Необходимо принимать во внимание три толкования спецификаций.
- То, которое имеет в виду действующее лицо, являющееся источником спецификации (например, заказчик).
- То, которое имеет в виду действующее лицо, являющееся потребителем спецификации (например, разработчик).
- То, которое объективно обусловлено природой специфицируемого объекта.
Эти три трактовки спецификаций могут не совпадать, и, к сожалению, как показывает практика, сплошь и рядом не совпадают, причем значительно. Заказчик может не осознавать своих объективных потребностей, или неверно их интерпретировать, или заблуждаться относительно природы своих затруднений, пытаясь с помощью заказного офисного приложения лечить симптомы, а не причину болезни своего бизнеса. Разработчик может не разбираться в предметной области заказчика и интерпретировать формулировки спецификаций совершенно превратным образом. Если же в формулировке спецификаций участвует разработчик, то злоупотребление технической терминологией может совершенно дезориентировать заказчика.
Основное назначение UML ‒ предоставить, с одной стороны, достаточно формальное , с другой стороны, достаточно удобное , и, с третьей стороны, достаточно универсальное средство , позволяющее до некоторой степени снизить риск расхождений в толковании спецификаций.
1.2.2. Визуализация
Известная поговорка гласит, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Мы добавим: тем паче тысячу раз прочитать пересказ. Особенности человеческого восприятия таковы, что текст с картинками воспринимается легче, чем голый текст. А картинки с текстом (это называется "комиксы") ‒ еще легче. Модели UML допускают представление в форме картинок, причем эти картинки наглядны, интуитивно понятны, практически однозначно интерпретируются и легко составляются. Фактически, развитие и детализация этого тезиса составляет большую часть содержания остальной части книги. Мы не будем забегать вперед, и просто приведем пример без всяких объяснений.
Разве что-нибудь непонятно?
Таким образом, второе по важности назначение UML состоит в том, чтобы служить адекватным средством коммуникации между людьми. Разумеется, наглядность визуализации моделей UML имеет значение, только если они должны составляться или восприниматься человеком ‒ это назначение UML не имеет отношения к компьютерам.
Графическое представление модели UML не тождественно самой модели. Это важное обстоятельство часто упускается из виду при первом знакомстве с UML.
1.2.3. Проектирование
В оригинале данное назначение UML определено с помощью слова construct, которое мы передаем осторожным термином "проектирование". Речь идет о том, что UML предназначен не только для описания абстрактных моделей приложений, но и для непосредственного манипулирования артефактами, входящими в состав этих приложений, в том числе такими, как программный код. Другими словами, одним из назначений UML является, например, создание таких моделей, для которых возможна автоматическая генерация программного кода (или фрагментов кода) соответствующих приложений. Более того, природа моделей UML такова, что возможен и обратный процесс: автоматическое построение модели по коду готового приложения.
По-английски автоматическое построение модели по коду готового приложения называется reverse engineering и обычно переводится на русский как "обратное проектирование". Нам этот перевод категорически не нравится: какое же это проектирование и почему оно обратное? Есть неплохой альтернативный вариант: "инженерный анализ программ", но он не получил пока распространения.
Сказанное в предыдущем абзаце требует оговорок "до некоторой степени", "в известной мере" буквально после каждого утверждения. Самое досадное, что в данный момент точно указать "степень" и "меру" не представляется возможным. Причина не в том, что никто не удосужился этим заняться, а в том, что это очень трудная задача, но не безнадежная. Инструменты, поддерживающие UML, все время совершенствуются, так что в перспективе третье предназначение UML может выйти и на первое место.
Некоторым уставшим от бесконечной отладки разработчикам может показаться, что стоит изучить UML, и все проблемы программирования будут решены. К сожалению, это не так.
1.2.4. Документирование
Модели UML являются артефактами, которые можно хранить и использовать как в форме электронных документов, так и в виде твердой копии. В последних версиях UML с целью достижения более полного соответствия этому назначению сделано довольно много. В частности, специфицировано представление моделей UML в форме документов в формате XMI, что обеспечивает практическую интероперабельность при работе с моделями. Другими словами, модели UML не являются вещью в себе, которой можно только любоваться ‒ это документы, которые можно использовать самыми разными способами, начиная с печати картинок и заканчивая автоматической генерацией человекочитаемых текстовых описаний.
XMI (XML Metadata Interchange) ‒ внешний формат данных, основанный на языке XML (схема и набор правил использования тэгов), предназначенное для сериализации моделей и обмена ими.
Поясним последнюю фразу предыдущего абзаца. Стандарт требует, чтобы во внутреннем представлении модели для каждого элемента моделирования было отведено место, где можно хранить неформальное текстовое описание этого элемента. Большинство инструментов это требование выполняют: буквально для каждой линии или фигуры на диаграмме можно ввести текст, который поясняет смысл и назначение именно этой линии или фигуры. Более того, многие инструменты умеют из этих текстовых описаний собирать цельные, вполне осмысленные и хорошо отформатированные текстовые документы, которые можно использовать именно как привычные текстовые описания моделируемой системы. К сожалению, это замечательная возможность на практике используется меньше, чем она того заслуживает. Дело в том, что так же, как программисты не любят и ленятся писать осмысленные комментарии к программному коду, так и архитекторы не любят и ленятся писать текстовые пояснения к своим диаграммам.
1.2.5. Чем НЕ является UML
Не следует думать, что UML ‒ это панацея от всех детских ∇ болезней программирования. Для ясного понимания назначения и области применения UML полезно сопоставить UML с другими родственными явлениями.
∇ Информационным технологиям от силы полвека ‒ это еще младенческий возраст для новой области человеческой деятельности.
Во-первых, UML не является языком программирования (хотя генерация кода не возбраняется, см. параграф 1.2.3). Дело не в том, что UML язык графический, а подавляющее большинство практических языков программирования являются текстовыми языками. Гораздо важнее то, что для моделей UML не определена операционная семантика , то есть, не определен способ выполнения моделей на компьютере. Это сделано вполне сознательно, в противном случае UML оказался бы зависимым от некоторой модели вычислимости, уровень абстрактности его концепций пришлось бы существенно снизить, и он не отвечал бы своему основному назначению: служить средством спецификации приложений и других систем на любом уровне абстракции и в различных предметных областях.
Во-вторых, UML не является спецификацией инструмента (хотя инструменты подразумеваются и имеются, например, Magic Draw , Rational Rose Enterprise , Visual Paradigm , Enterprise Architect , и др.). Сам язык никоим образом не навязывает то, как его нужно поддерживать инструментальными средствами. Решение всех вопросов, связанных с реализацией UML на компьютере полностью отдано на откуп разработчикам инструментов.
В-третьих, UML не является моделью процесса разработки приложений (хотя модель процесса разработки необходима и имеется множество различных моделей, предложенных разными авторами). Конечно, у авторов UML есть собственная модель процесса ‒ Rational Unified Process (RUP), которую они не могли не иметь в голове, разрабатывая язык, но, тем не менее, ими сделано все для того, чтобы устранить прямое влияние RUP на UML и сделать UML пригодным для использования в любой модели процесса или даже без оной.
У авторов этой книги тоже есть собственное мнение о взаимосвязи UML с моделью процесса разработки программного обеспечения (см. раздел 5.2), которое не может не сказываться на описании прагматики языка, но везде, где такое влияние замечено, сделаны соответствующие оговорки.
1.2.6. Способы использования UML
Из сказанного выше видно, что UML предназначен для решения различных задач, соответственно он может быть использован и практически используется по-разному. Далее мы перечисляем различные способы использования UML.
Рисование картинок . Графические средства UML можно и нужно использовать безотносительно ко всему остальному. Даже рисование диаграмм карандашом на бумаге позволяет упорядочить мысли и зафиксировать для себя существенную информацию о моделируемом приложении или иной системе.
Обмен информацией . Сообщество людей, применяющих и понимающих UML, стремительно растет. Если вы будете использовать UML, то вас будут понимать другие, и вы будете понимать других "с полувзгляда".
Спецификация систем . Это важнейший способ использования UML. И хотя не во всех случаях UML оказывается абсолютно адекватным средством спецификации, мы надеемся, что по мере развития языка все меньше будет оставаться таких исключений, где UML неприменим.
Повторное использование архитектурных решений . Повторное использование ранее разработанных решений ‒ ключ к повышению эффективности. Наше мнение по этому поводу изложено в разделе 5.2 . К сожалению, модели UML пока что повторно используются в весьма ограниченных масштабах.
Вариант использования drawing ("Рисование диаграмм") подразумевает изображение диаграмм UML с целью обдумывания, обмена идеями между людьми, документирования и тому подобного. Значимым для пользователя User результатом в этом случае является само изображение диаграмм. Вообще говоря, в этом варианте использования языка поддерживающий инструмент не очень нужен. Иногда рисование диаграмм от руки фломастером с последующим фотографированием цифровым аппаратом может оказаться практичнее.
Вариант использования modeling ("Моделирование систем") подразумевает создание и изменение модели системы в терминах тех элементов моделирования, которые предусматриваются метамоделью UML. Значимым результатом в этом случае является машинно-читаемый артефакт с описанием модели. Мы будем для краткости называть такой артефакт просто моделью, деятельность по составлению модели называть моделированием, а субъекта моделирования называть архитектором Architect .
Вариант использования development ("Разработка приложений") подразумевает детальное моделирование, реализацию и тестирование приложения в терминах UML. Значимым для пользователя Developer результатом в этом случае является работающее приложение, которое может быть скомпилировано в язык, поддерживаемый конкретной системой программирования Programming System или сразу интерпретировано средой выполнения инструмента. Этот вариант использования наиболее сложен в реализации.
Современные инструменты поддерживают указанные варианты использования далеко не в равной степени. Все инструменты умеют (плохо или хорошо) визуализировать все типы диаграмм UML, некоторые инструменты позволяют построить модель, допускающую какое-то дальнейшее использование, но только немногие инструменты могут генерировать исполняемый код и то, отнюдь, не для всех диаграмм. Имеется множество практических и организационных причин, по которым указанные выше варианты использования неравноправны и в разной степени поддержаны в современных инструментах. Некоторые из этих причин мы рассматриваем в последующих главах.
