Курсовая работа (т): Моделирование при разработке программного обеспечения

Рисунок 11.1 - Диаграмма деятельности

11.1   Состояния действия и состояния деятельности

В потоке управления, моделируемом диаграммой деятельности, происходят различные события. Вы можете вычислить выражение, в результате чего изменяется значение некоторого атрибута или возвращается некоторое значение. Также, например, можно выполнить операцию над объектом, послать ему сигнал или даже создать его или уничтожить. Все эти выполняемые атомарные вычисления называются состояниями действия, поскольку каждое из них есть состояние системы, представляющее собой выполнение некоторого действия. Состояния действия изображаются прямоугольниками с закругленными краями. Внутри такого символа можно записывать произвольное выражение. UML не требует использования какого-либо специального языка для записи таких выражений.

Состояния действия не могут быть подвергнуты декомпозиции. Кроме того, они атомарны. Это значит, что внутри них могут происходить различные события, но выполняемая в состоянии действия работа не может быть прервана.

В противоположность этому состояния деятельности могут быть подвергнуты дальнейшей декомпозиции, вследствие чего выполняемую деятельность можно представить с помощью других диаграмм деятельности. Состояния деятельности не являются атомарными, то есть могут быть прерваны. Предполагается, что для их завершения требуется заметное время. Можно считать, что состояние действия - это частный вид состояния деятельности, а конкретнее - такое состояние, которое не может быть подвергнуто дальнейшей декомпозиции. А состояние деятельности можно представлять себе как составное состояние, поток управления которого включает только другие состояния деятельности и действий. Состояния деятельности и действий обозначаются одинаково, с тем отличием, что у первого могут быть дополнительные части, такие как действия входа и выхода (то есть выполняемые соответственно при входе в состояние и выходе из него), и оно может сопровождаться спецификациями подавтоматов.

Состояния действий и состояния деятельности - это не что иное, как частные случаи состояний автомата. Входя в одно из таких состояний, вы просто выполняете некоторое действие или деятельность, а при выходе управление передается следующему действию или деятельности.

11.2   Переходы

Когда действие или деятельность в некотором состоянии завершается, поток управления сразу переходит в следующее состояние действия или деятельности. Для описания этого потока используются переходы (Transitions), показывающие путь из одного состояния действия или деятельности в другое. В UML переход представляется простой линией со стрелкой. Такие переходы называются переходами по завершении, или нетриггерными (Triggerless), поскольку управление по завершении работы в исходном состоянии немедленно передается дальше.

11.3   Ветвление

Простые последовательные переходы встречаются наиболее часто, но их одних недостаточно для моделирования любого потока управления. Как и в блок-схеме, вы можете включить в модель ветвление, которое описывает различные пути выполнения в зависимости от значения некоторого булевского выражения. Как видно из рисунка 11.1, точка ветвления представляется ромбом. В точку ветвления может входить ровно один переход, а выходить - два или более. Для каждого исходящего перехода задается булевское выражение, которое вычисляется только один раз при входе в точку ветвления. Ни для каких двух исходящих переходов эти сторожевые условия не должны одновременно принимать значение "истина", иначе поток управления окажется неоднозначным. Но эти условия должны покрывать все возможные варианты, иначе поток остановится.

Реализовать итерацию можно, если ввести два состояния действия - в первом устанавливается значение счетчика, во втором оно увеличивается - и точку ветвления, вычисление в которой показывает, следует ли прекратить итерации.

11.4   Разделение и слияние

Простые и ветвящиеся последовательные переходы в диаграммах деятельности используются чаще всего. Однако можно встретить и параллельные потоки. В UML для обозначения разделения и слияния таких параллельных потоков выполнения используется синхронизационная черта, которая рисуется в виде жирной вертикальной или горизонтальной линии. Каждый из параллельно выполняющихся потоков управления существует в контексте независимого активного объекта, который, как правило, моделируется либо процессом, либо вычислительной нитью.

11.5   Дорожки. Траектория объекта

При моделировании иногда бывает полезно разбить состояния деятельности на диаграммах деятельности на группы. В UML такие группы называются дорожками (Swimlanes), поскольку визуально каждая группа отделяется от соседних вертикальной чертой. Дорожки - это разновидность пакетов, описывающие связанную совокупность работ.

Каждой присутствующей на диаграмме дорожке присваивается уникальное имя. Каждая дорожка представляет сферу ответственности за часть всей работы, изображенной на диаграмме, и, в конечном счете, может быть реализована одним или несколькими классами. На диаграмме деятельности, разбитой на дорожки, каждая деятельность принадлежит ровно одной дорожке, но переходы могут пересекать границы дорожек.

В потоке управления, ассоциированном с диаграммой деятельности, могут участвовать объекты. К примеру, для последовательности операций по обработке заказа, которая изображена на рисунке 11.2, словарь проблемной области будет, вероятно, включать такие классы, как Заказ и Счет. Некоторые виды деятельности будут порождать объекты-экземпляры этих классов (например, Обработать заказ создаст объект Заказ), тогда как другие виды деятельности будут модифицировать эти объекты (например, Отгрузить заказ может изменить состояние объекта Заказ не выполнен).

Относящиеся к деятельности объекты можно включить в диаграмму деятельности и с помощью символа зависимости привязать к той деятельности или переходу, где они создаются, модифицируются или уничтожаются. Такое сочетание зависимостей и объекта называется траекторией объекта (Object flow), поскольку описывает его участие в потоке управления.

Рисунок 11.2 -. Дорожки. Траектория объекта

12.    Диаграммы взаимодействий

Диаграммы последовательностей и кооперации (и те, и другие называются диаграммами взаимодействий) относятся к числу пяти видов диаграмм, применяемых в UML для моделирования динамических аспектов системы (остальные три вида - диаграммы деятельности, состояния и прецедентов). На диаграммах взаимодействий показывают связи, включающие множество объектов и отношений между ними, в том числе сообщения, которыми объекты обмениваются. При этом диаграмма последовательностей акцентирует внимание на временной упорядоченности сообщений, а диаграмма кооперации - на структурной организации посылающих и принимающих сообщения объектов.

Диаграммы взаимодействий могут существовать автономно и служить для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамики конкретного сообщества объектов, а могут использоваться для моделирования отдельного потока управления в составе прецедента.

Диаграмма взаимодействий (Interaction diagram) описывает взаимодействия, состоящие из множества объектов и отношений между ними, включая сообщения, которыми они обмениваются. Диаграммой последовательностей (Sequence diagram) называется диаграмма взаимодействий, акцентирующая внимание на временной упорядоченности сообщений. Графически такая диаграмма представляет собой таблицу, объекты в которой располагаются вдоль оси X, а сообщения в порядке возрастания времени - вдоль оси Y. Диаграммой кооперации (Collaboration diagram) называется диаграмма взаимодействий, основное внимание в которой уделяется структурной организации объектов, принимающих и отправляющих сообщения. Графически такая диаграмма представляет собой граф из вершин и ребер.

Как правило, диаграммы взаимодействий содержат: объекты, связи, сообщения. Диаграммы взаимодействий являются, по сути, проекцией участвующих во взаимодействии элементов.

12.1   Диаграммы последовательностей

На диаграммах последовательностей внимание акцентируется, прежде всего, на временной упорядоченности сообщений. На рисунке 12.1 показано, что для создания такой диаграммы необходимо расположить объекты, участвующие во взаимодействии, в верхней ее части вдоль оси X. Обычно инициирующий взаимодействие объект размещают слева, а остальные - правее (тем дальше, чем более подчиненным является объект). Затем вдоль оси Y размещаются сообщения, которые объекты посылают и принимают, причем более поздние оказываются ниже. Это дает читателю наглядную картину, позволяющую понять развитие потока управления во времени.

Рисунок 12.1 - Диаграмма последовательностей

Диаграммы последовательностей характеризуются двумя особенностями, отличающими их от диаграмм кооперации.

2.      Фокус управления. Он изображается в виде вытянутого прямоугольника, показывающего промежуток времени, в течение которого объект выполняет какое-либо действие, непосредственно или с помощью подчиненной процедуры. Верхняя грань прямоугольника выравнивается по временной оси с моментом начала действия, нижняя - с моментом его завершения. Вложенность фокуса управления, вызванную рекурсией (то есть обращением к собственной операции) или обратным вызовом со стороны другого объекта, можно показать, расположив другой фокус управления чуть правее своего родителя (рисунок 12.2).

Рисунок 12.2 - Рекурсия. Рефлексивное сообщение

12.2   Диаграммы кооперации

Диаграмма кооперации акцентирует внимание на организации объектов, принимающие участие во взаимодействии. Как показано на рисунке 12.3, для создания диаграммы кооперации нужно расположить участвующие во взаимодействии объекты в виде вершин графа. Затем связи, соединяющие эти объекты, изображаются в виде дуг этого графа. Наконец, связи дополняются сообщениями, которые объекты принимают и посылают. Это дает пользователю ясное визуальное представление о потоке управления в контексте структурной организации кооперирующихся объектов.

Рисунок 12.3 - Диаграмма кооперации

У диаграмм кооперации есть два свойства, которые отличают их от диаграмм последовательностей.

1.      Путь. Для описания связи одного объекта с другим к дальней концевой точке этой связи можно присоединить стереотип пути (например, local, показывающий, что помеченный объект является локальным по отношению к отправителю сообщения). Имеет смысл явным образом изображать путь связи только в отношении путей типа local, parameter, global и self (но не associations).

2.      Порядковый номер сообщения. Для обозначения временной последовательности перед сообщением можно поставить номер (нумерация начинается с единицы), который должен постепенно возрастать для каждого нового сообщения. Для обозначения вложенности используется десятичная нотация Дьюи (1 - первое сообщение; 1.1- первое сообщение, вложенное в сообщение 1; 1.2 - второе сообщение, вложенное в сообщение 1 и т.д.). Уровень вложенности не ограничен. Для каждой связи можно показать несколько сообщений (вероятно, посылаемых разными отправителями), и каждое из них должно иметь уникальный порядковый номер.

Можно моделировать более сложные потоки, содержащие итерации и ветвления (для этого более удобна диаграмма деятельности). Итерация представляет собой повторяющуюся последовательность сообщений. Для ее моделирования перед номером сообщения в последовательности ставится выражение итерации, например * [ i := 1..n](или просто *, если надо обозначить итерацию без дальнейшей детализации). Итерация показывает, что сообщение (и все вложенные в него сообщения) будет повторяться в соответствии со значением заданного выражения. Аналогично условие представляет собой сообщение, выполнение которого зависит от результатов вычисления некоторого булевского выражения. Для моделирования условия перед порядковым номером сообщения ставится выражение, например [х>0]. У всех альтернативных ветвей будет один и тот же порядковый номер, но условия на каждой ветви должны быть заданы так, чтобы два из них не выполнялись одновременно (не перекрывались).

12.3   Семантическая эквивалентность

Поскольку диаграммы последовательностей и кооперации используют одну и ту же информацию из метамодели UML, они семантически эквивалентны. Это означает, что можно преобразовать диаграмму одного типа в другой без какой-либо потери информации, что и было показано на рисунках 12.2 и 12.3. На упомянутых рисунках диаграмма кооперации показывает, как связаны объекты, а соответствующая диаграмма последовательностей - нет. С другой стороны, на диаграмме последовательностей могут быть показаны возвращаемые сообщения, а на соответствующей диаграмме кооперации они отсутствуют. Таким образом, диаграммы обоих типов используют одну модель, но визуализируют ее разные особенности.

При моделировании динамических аспектов системы диаграммы взаимодействий обычно используются двояко:

-        для моделирования временной упорядоченности потоков управления. С этой целью используют диаграммы последовательностей. При этом внимание акцентируется на передаче сообщений во времени, что бывает особенно полезно для визуализации динамического поведения в контексте прецедентов. Простые итерации и ветвления на диаграммах последовательностей отображать удобнее, чем на диаграммах кооперации;

-        для моделирования структурной организации потоков управления. В этом случае нужны диаграммы кооперации. Основное внимание при этом уделяется моделированию структурных отношений между взаимодействующими экземплярами, вдоль которых передаются сообщения. Для визуализации сложных итераций, ветвлений и параллельных потоков управления диаграммы кооперации подходят лучше, чем диаграммы последовательностей.

13.    Диаграммы компонентов

Диаграммы компонентов - это один из двух видов диаграмм, применяемых при моделировании физических аспектов объектно-ориентированной системы (второй вид - диаграммы развертывания). Они показывают организацию наборов компонентов и зависимости между ними.

Диаграммы компонентов применяются для моделирования статического вида системы с точки зрения реализации. Сюда относится моделирование физических сущностей, развернутых в узле, например исполняемых программ, библиотек, таблиц, файлов и документов. По существу, диаграммы компонентов - это не что иное, как диаграммы классов, сфокусированные на системных компонентах.

Для визуализации статического аспекта физических компонентов и их отношений, а, кроме того, для специфицирования деталей конструкции в UML используются диаграммы компонентов.

Диаграмма компонентов (Component diagram) показывает набор компонентов и отношения между ними. Графически диаграмма компонентов представляется в виде графа с ребрами и вершинами (рисунок 13.1).

Диаграмма компонентов обладает общими свойствами, присущими всем диаграммам - именем и графическим содержанием, которое отражает одну из проекций модели. Отличается она от других диаграмм своим специфичным содержанием.

Диаграммы компонентов обычно включают в себя:

-        компоненты;

-        интерфейсы;

         отношения зависимости, обобщения, ассоциации и реализации.

Подобно всем прочим, диаграммы компонентов могут содержать примечания и ограничения.

Диаграммы компонентов могут также содержать пакеты или подсистемы - те и другие используются для группирования элементов модели в крупные блоки. Иногда бывает полезно поместить в диаграмму компонентов еще и экземпляры, особенно если вы хотите визуализировать один экземпляр из семейства компонентных систем.

Рисунок 13.1 - Диаграмма компонентов

Во многих отношениях диаграмма компонентов представляет собой разновидность диаграммы классов, в которой внимание обращено прежде всего на системные компоненты.