Úvod do UML

Unifikovaný vizuální modelovací jazyk (UML)

Jazyk pro :

·        Vizualizaci,

·        Konstrukci,

·        Specifikaci,

·        Dokumentaci

Artefaktů SW systémů

Proč unifikovaný?

·        Sjednocení předchozí metody a notace

·        Podporuje celý vývojový cyklus

·        Podporuje různé aplikační oblasti

·        Volnost v použití metodiky

·        Nezávislý na cílovém prog. Jazyku a doméně

·        Založený na potřebách a zkušenostech a potřebách komunity.

·        Reflektuje současné trendy vývoje SW

UML

·        Jazyk = syntaxe + sémantika

o    Sytaxe – pravidla, jak tvořit výrazy s elementů

o    Sématika – jak syntaktickým výrazům přiřadit vývznam

·        Není metodika – nepředepisuje, jak postupovat při vývoji SW

UML Historie-

Programovací jazyky

·        Simula – třídy, objekt, polymorfismus, dědění

·        SmalTalk – virtuální stroj

·        C++ - výjimky

·        Eifel – garbage collection

Objektové modelovaci jazyky a metodiky

·        Booch - OOAD

·        Rambauch - OMT

·        Jacobson – Objectory

1994  – zahájení vývoje UML – Rational Software (Rumbaugh, Booch)

1995 – notace pro Unified Method 0.8, připojuje se

·        Jacobson a model jednání, Rational Unified Process

1995  – UML 1.0 (zabudování připomínek, kooperace)

1996              1997 – UML 1.1 (preciznější sémantika, přijat jako standard OMG)

1999 – UML 1.3 (upřesněná verze 1.1)

2001 – UML 1.4 (komponenty)

2003 – UML 1.5 (diagramy aktivit, sémantika akcí)

2005 – UML 2.0 (nové diagramy, změny)

2006 – UML 2.1 (další snaha o upřesnění sémantiky)

MDD – Model Driven Development

MDD – Model Driven Delelopment

Objekty a UML

UML modeluje systém jako množinu spolupracujících objektů

Statiscká struktura

Jaké druhy objektů jsou důležité

Jaké jsou jejich vztahy

Dynamické chování

Životní cyklus objektu

Interakce objektů pro dosažení cílů

Struktura UML

Stavební bloky-obecné mechanizmy-architektura

Stavební bloky

·        Věci (Things)

o    Modelovací atomy

·        Vztahy

o    Pojí věci dohromady

·        Diagramy

o    Pohledy na významné spojení věcí

o    Různé pohledy na modelovaný systém

·        Věci

o    Strukturální abstrakce – podstatná jména modelu

§  Třídy, rozhraní, spolupráce, případy užití, aktivní třídy, komponenty, uzly

o    Absatrakce chování – slovesa modelu

§  Interakce, stavové automaty

o    Seskupení

§  Balíčky

·        Modely, rámce, podsystémy

o    Anotace

§  Poznámky

Vztahy

UML má 13 typů diagramů

Diagramy

Syntaxe diagramu

Společné mechanizmy

·        Specifikace

·        Ornamenty (adorments)

·        Podskupiny

·        Mechanizmy rozšířitelnosti

Specifikace

Ornamenty (Adornments)

Podskupiny

Profily UML

·        UML pro specifické účely

·        UML prfil je kolekce stereotypů, omezeních a označeních dat

o    Označené hodnoty a omezení jsou asociovány se stereotypy

Architektura

Organizační struktury softwarového systému)

Co jsou to objekty

·        Objekt – znovupoužitelná jednotka skládající se z dat a funkcí zabalených dohromady – Objekt zapouzdřuje data

·        Každý objekt – instance nějaké třídy

·        Třídy definuje společné rysy (vlastnosti a operace) společné pro všechny instance

·        Objekt má:

o    Atributy – datová část

o    Operace – chování

·        Všechny objekty mají:

o    Identitu – objekt je jednoznačně identifikovatelný

o    Stav – určený aktuálními hodnotami atributů a vazbami na jiné objekty

o    Chování - množina operací, které může daný objekt aktuálně provádět

Zapouzdření

·        Data schovaní uvnitř objektu

·        Přístup pouze pomocí operací

Posílání zpráv

·        V OO systémech posílají si objekty zprávy prostřednictvím linků

·        Poslání zprávy způsobí vyvolání metody cílového objektu

UML syntaxe objektů

Co jsou to třídy

·        Každý objekt je instancí třídy

·        Třída definuje typ objektu

·        Třídy umožňují modelovat množinu objektů se stejnými vlastnostmi – třída představuje šablonu na objekty:¨

o    Stejné atributy

o    Stejnou množinu operací

o    Obecné různé hodnoty atributů

·        Klasifikace (rozdělení na třídy) umožnuje udržet si organizovaný pohled na svět

·        Představujte se třídy jako:

o    Razítka

o    Formičky na cukroví

Třídy a objekty

Objekty – instance tříd

Instance – proces vytvoření objektu

Třídy poskytují metody na vytvoření intance – konstrukce

Konstruktor metoda třídy nikoli objektu

UML natoce třídy

·        Třídy pojmenované UpperCamelCase

·        Pojmenovávejte jména podstatných jmen

·        Nepoužívajte zkratky

Oddíl atributů

Visibility name : type multiplicity = intialValue

Povinné

·        Vše kromě jména je volitelné

·        initialValue je hodnota, kterou atribut dostane při instanci

o    Atributy pojmenované atributy podstatnými jmény

o    Nepoužívejte zkratky

·        Atribut může mít

o    Stereotyp jako prefix

o    Seznam tagged values jeho postfix

Viditelnost

Násobnost (multiplicita)

·        Umožnuje modelovat kolekce věcí

Oddíl operací

Druhy parametrů

Rozsah platnosti

·        Dva druhy rozsahu pro atributy a operace:

Konstrukce objektu

·        Třída poskytuje (statické operace) jeden či více konstruktorů

Příklad ClubMemeber

·        Každý objekt ClubMeter má svoji kopii atributu membershipNumber

·        Atribut numberOfMembers existuje jednou a je sdílen všemi instancemi třídy ClubMember

·        Počítání instancí

Co Co je to vztah

·        Spojení mezi modelovanými elementy

·        Zde:

o    Spojení mezi instancemi

o    Asociace mezi třídami

§  Agregace

§  Kompozice

§  Asociační třídy

Co je to spojení?

·        Spojení sémantická vazba mezi instancemi

·        Pomocí spojení objekty komunikují

o    Zprávy posílání pomocí spojení

o    Zprávy vyvolávají operace

·        OO prog. Jazyky implementují spojení jako reference či pointery.

Spojení objektů

Co je to asociace

Syntaxe asociace

Multiplicita

Reflexivní asociace

Hierarchie a sítě

Průchodnost

·        Průchodnost vyjadřuje, jakým směrem lze posílat zprávy

·        Jaký objekt má odkaz na který

Průchodnost – zásady

·        3 možné způsoby:

o    Znázorňuje průchodnost explicitně všude

o    Neznázorňuje průchodnost nikde

o    Neznázorňuj křížky

§  Obousměrné nemají šipky                                   - standart

§  Jednosměrné mají šipku                          - standart

Asociace vs Atributy

·        Při jednosměrné asociaci s rolí může být nahrazena atributem

·        Vyjadřují to samé

·        Kdy použít asociaci:

o    Cílová třída je důležitá pro model

o    Cílová třída je nestandardní

·        Kdy použít atribut:

o    Cílové třída je standardní nebo primitivní typ

Asociace třídy

·        Do person – různé platy v různých zaměstnáních

·        Ne do company – různí lidé různé platy

·        Plat je vlastnost vlastního vztahu

Syntaxe asociační třídy

·        Jedna aociační třída pro jedno spojení

o    Má

§  Atributy

§  Operace

o    Jako obyčejná třída

o    Identifikovaná párem asociujících objektů

Použití

Agregace a kompozice

·        Asociace vytvořené při analýze se předělají na agregaci a kompozice

·        Třeba doplnit průchodnost, násobnost a jména rolí.

Agregace

·        Celek a část nejsou na sobě existenčně závislé

·        Části mohou být sdíleny více celky

·        Agregace

Kompozice

·        Části nejsou sdílené

·        Celek je zodpovědný za instrukci a destrukci částí

·        V momentě zániku celku zanikají i jeho části

·        Kompozice tranzitivní a asymetrická

Generalizace

·        Vztah mezi obecným a více specifickým elementem§

·        Více specifické elementy konzistentní s obecným, ale obsahuje více informací§

·        Instance více specifického elementu použitelná všude, kde je použitelná obecná

Generalizace tříd

Dědění

Dědění

·        Podtřídy dědí všechny vlastnosti nadtřídy:

o    Atributy

o    Operace

o    Vztah

o    Stereotypy, tagy, omezení

·        Podtřída přidává nové prvky

·        Podtřída může změnit implementaci operací

Překrývání

·        Podtřída často potřebuje změnit chování definované v předkovi

·        Při přetížení signatura v potomkovi musí být identická s předkovou

o    Jména parametrů nehrají roli

Abstrakce operace

·        Abstrakce operace – signatura bez implementace

·        Třída abstraktní pokud má nějaké abstraktní operace

·        Od abstraktní třídy není možné vytvořit instance

·        Potomek abstraktní třídy také abstraktní pokud neimplementuje abstraktní operace.

Polymorfismus

·        Polymorfismus = „více forem“

o    Polymorfní operac – více implementací

o    Shape::draw() and

Shape::getArea ()

Co se stane?

·        Každá třída má svou implementace operace draw ()

·        Každý objekt realizuje operaci draw() po svém

Příklad – BankAccount

Syntaxe generických tříd

Vnoření třídy

Rozhraní (Interface)

·        Speciální druh (abstraktní) třídy

·        Specifikuje pojmenovanou množinu vlastností

·        Účel – oddělení specifikace funkčnosti od implementace

·        Rozhraní definuje kontrakt, který musí implementující klasifikátory realizovat

Kontrakt

Syntaxe poskytovaného rozhraní

·        Poskytování rozhraní – klasifikátor ho implementuje

Syntaxe požadovaného rozhraní

·        Požadované rozhraní - Klasifikátor používá metody předepsané rozhraní

Rozhraní (Interface)

Konektor sestavení

·        Poskytované a požadované rozhraní možné spojit konektor

Porty – organizace rozhraní

·        Bod interakce mezi klasifikátorem a rozhraním

·        Seskupuje logicky související rozhraní

·        Port má typ daný poskytovaným a požadovaným rozhraním

·        Může mít jméno

Diagram tříd

Diagram tříd

·        Vše předchozí vyjma instancí jsou stavební prvky diagramu tříd

·        Diagram tříd nezobrazuje objekty

Diagram objektů

Diagram objektů

·        Zachycuje instanci tříd a jejich momentální vztahy v určitém momentu

·        Může obsahovat i třídy – vztah instance/třídy

·        Umožnuje vyjádřit role zobrazovaných objektů

·        Asociace mezi třídami specifikují možné vztahy

Diagram struktury

Diagram struktury

·        Ukazuje interní strukturu klasifikátoru včetně jeho bodů interakce s okolím

·        Ukazuje konfiguraci a vztahy částí klasifikátoru zajištující jeho chování

·        Klasifikátory především

o   Třídy

o   Komponenty

·        V každém autě je jeden motor, dvě přední a dvě zadní kola

·        Motor pohání přední kola

·        Motor nepohání nic jiného

·        V každém člunu je jeden motor a několik lodních šroubů

·        Motor pohání lodní šrouby

·        Motor nepohání nic jiného

·        Totéž pomocí tříd?

·        Motor v jednom autě může pohánět kola v jiném autě

·        Každý motor pohání kola i lodní šrouby

·        Motor může pohánět libovolná dvě kola

Notace

Část (part)

·        Instance nějakého klasifikátoru

·        Představuje roli

·        Vlastnosti

o   Jméno role

o   Typ (klasifikátor)

o   Multiplicitu

·        Např. front:wheel[2]

Konektor (Connector)

·        Specifikuje instanci vztahu uvnitř klasifikátoru

·        Vztah mezi instancemi v rolích

·        Rozdíl

o   Asociace – vztah mezi klasifikátory

o   Konektory – vztah mezi rolemi

·        Např. motor pohání přední kola (:powers)

Port

·        Bod interakce mezi klasifikátorem a okolím

·        Zprávy jsou směrování na instance portů, na vlastní objekty

·        Delegace

o   Rozpoznání zprávy

o   Přesměrování na zodpovědnou část

·        Porty vznikají a zanikají spolu s objekty

Kolaborace

·        Cíle

o   Kdo se na spolupráci podílí

o   Jakou při tom hraje roli

o   Volitelně: jaké atributy jsou užity při spolupráci

o   Nejde o kompletní definici třídy

Diagram komponent

Komponenty

·        Modulární část systému zapouzdřující svůj obsah a jejíž projev je nahraditelný v daném prostředí

·        „černá skřínka“ projevující se pomocí požadovaných a poskytovaných rozhraní

·        Zastupuje cokoli, z čeho lze vytvořit objekt za běhu systému

Rozhraní and CBD

·        Rozhraní jsou klíčová pro component based development (CDB)

·        CBD je konstrukce SW výměnných plug-in částí:

o   Plug – poskytované rozhraní

o   Socket – požadované rozhraní

Co je to komponenta?

·        Dle specifikace UML 2.0 modulární část systému zapouzdřující svůj obsah a jejíž projev je nahraditelný v daném prostředí

·        Černá skřínka jejíž chování je plně definováno poskytovaným a požadovaným rozhraním

·        Nahraditelná jinou komponentou se stejným protokolem

Syntaxe komponenty

·        Komponenty mají poskytována a požadována rozhraní, porty a vnitřní strukturu

o   Rozhraní delegují zprávy na vnořené části

o   Vnořené komponenty znázorněné bud uvnitř nebo vně a je použita relace závislosti.

Komponenty

Diagram komponent

1.      Vyjadřují fyzickou (vnitřní) strukturu komponent

a.      Přiřazení klasifikátorů (třídy, komponenty,…)

b.      Přiřazení artefaktů komponetám

2.      Popisují systém jako kompozici komponent
(závislosti mezi komponentami)

Artefakt

·        Fyzickým projevem jedné či více komponent

o   Zdrojové soubory

o   Spustitelné soubory

o   Skripty

o   Dokumenty

Artefakty a komponenty

·        Artefakty jsou fyzickým projevem jedné či více komponent

·        Artefakt může obsahovat další artefakty

·        Artefakty mohou záviset na dalších artefaktech

Vztahy artefaktů

·        Artefakty mohou záviset na jiných artefaktech – důsledek závislosti komponent

Standardní stereotypy artefaktů

Stereotypy artefaktů

·        Stereotypy definované profilem např. Java

Diagram komponent

Diagram nasazení

·        Ukazuje přiřazení artefaktů uzlům resp.

·        Ukazuje přiřazení instancí artefaktů instancím uzlů (diagram konkrétního nasazení)

·        Uzel

o   <<device>> - HW (Server, PC, pokladna

o   <<environement>> - SW (OS, www server, aplikační server,….)

·        Artefakt

o   Obvykle projevem jedné či více komponent

o   Fyzickým projevem libovolného prvku UML

§  Zdrojový soubory

§  Spustitelné soubory

§  Skripty

§  Dokumenty

Diagram nasazení vs komponent

·        Komponent diagram – komponenty a realizující artefakty

·        Deployment diagram artefakty nasazení na uzlech

Uzly – typ

·        Uzal představuje typ výpočetního zdroje

o   Např. a WinodwsPC

Uzly – instance

·        Uzel reprezentuje konkretní instanci výpočetního zdroje

o   Např. JimsPC:WindowsPC

Nasazení

·        Artefakty nasazení na uzly (typy), instance artefaktů nasazení na instance uzlů

Diagram nasazení

·        Hlavní prvky . uzel, komponenty, artefakt

·        Hranice mezi použití ikon pro uzel, artefakt, komponentu – neostrá

Diagram nasazení

Vlastní ikony

·        Ikona zastupuje uzel s určitým stereotypem

Diagram nasazení

Diagram balíčku

Balíček

·        Mechanismu pro spořádání prvků a diagramů do skupin

·        Účel

o   Mechanismus entity velkých modelů

o   Jednotku pro souběžnou práci

o   Jednotky pro správu konfigurace

o   Poskytující zapouzdření jmenné prostory

·        Doporučení

o   Seskupit sémanticky příbuzné elementy

o   Minimalizace relace napříč balíčky

Syntaxe

Viditelnost prvků v balíčku

·        Viditelnost prvků realativní vzhledem k jeho balíčku

o   + public – viditelný všem i mimo balíček

o   # protected – viditelný zděděným balíčků

o   – private – nevidetlný mimo balíček

Balíček

Vnořené balíčky

·        Jmenné prostory

o   Auta::SportAuta::Porsche

o   Atuo::OffRoadAuta::LandRover

o   Auta::Octavia

·        V rámci balíčku – bez prefixu

Generalizace balíčků

·        Potomek dědí veřejné a chráněné prvky

·        Potomci mohou přetížit prvky z předka

·        Potomci mohou přidat nové prvky

Závislost balíčků-import

·        Veřejně importovaného balíčku se stávají veřejnými prvky importujícího

Závislost balíčků – access

·        Veřejné prvky importovaného balíčku se stávají soukromými prvky importujícího

Diagram případu užití

·        Zobrazují, kdo a jakým způsobem užívá navrhovaný systém

·        Cíle tvorbu DPU

o   Najít aktéry-uživatele systémy

o   Zjistit jak systém používají

o   Vymezit hranice systému

Zobecnění případu užití

Relace <<include>>

·        Vkládaný prvek je nutný pro existence vkládajícího

·        Vkládáný prvek obvykle opakujícíc se rutina

Relace <<extend>>

·        Vkládaný prvek je volitelný

·        Vkládájící prvek je úplný

Model jednání

·        Model jednání =

o   Diagram připadu užití +

o   Slovní scénář pro každý případ užití

Diagram interakce

·        Realizace USE CASů jako interakce instance klasifikátoru

·        Sekvenční diagram

·        Diagram komunikace

·        Přehledové diagram

·        Časové diagram

Hlavní prvky diagramů interakce

·        Čáry života (Lifelines)

·        Zprávy – komunikace mezi lifelines

Čáry života (Lifelines)

·        Jméno – the name used to refer to the lifeline in the interaction

·        Selector – logická podmínka určující konkrétní instance

·        Typ

Musí být unikátní v rámci diagram

Stejná ikona jako klasifikátor, který ji reprezentuje

Zprávy

Sekvenční diagramy

·        Realizace případů užití jako spolupráce komunikacích instancí tříd

Sekvenční diagramy

·        Vstupem pro tvorbu

o   Diagram případu užití

o   Slovní scénář

o   Diagram tříd

·        Během tvorby dochází k vytvoření

o   Nových metod

o   Nových metod tříd

·        Kladou důraz na časové hledisko

·        Ukazují

o   Kdo (instance tříd) se podílí na realizaci

o   Jaké zprávy a s jakými parametry si objekty vyměňují

o   V jakém pořadí

o   Aktivace nejsou povinné

Invarianty stavu a omezení

Kombinované fragmenty

o   Operátor říká jak (režim) budou operandy spušteny

o   Guard condition – podmínka spuštění daného operandu/ů

Iterace s loop a break

¨

Diagram komunikace

·        Stejný účel jako sekvenční diagramy

·        Zdůrazňují strukturní hledisko

o   Jakým způsobem jsou objekty při spolupráci přivázané

o   Čas zachycen pomocí číslování zpráv

Syntaxe

Iterace

Větvení

Diagramy aktivit

·        Objektově orientované vývojové diagramy

·        Popis procesu

·        Proces složen z dílčích subprocesů

·        Založené na Petriho sítích

·        Hra s tokeny

Diagram aktivit

·        Nejčastěji použité

o   Analýza

§  Průchod USE Casey

§  Scénář z procesního hlediska

o   Návrh

§  Popis organizace

o   Modelování organizace

§  BMP- modelování firemních procesů

Akční uzel

·        Volání akce

·        Poslání signálu

·        Čekání na signál

Akční uzel – volání akce

·        Spuštěn – tokeny na všech vstupních hranách AND

·        Po dokončení akce – tokeny na všech výstupních hranách

Diagram aktivit

Řídící uzel

Objektový uzel

·        Vyrovnávací paměť

·        Takone čeká v uzlu, dokud není příjmut na nějakém výstupu

·        Výstupy soupeří – token se neduplikuje

Parametry aktivit

Přídavné uzly

·        Zpracování kolekcí

·        Módy

o   Iterativní

o   Paralelní

o   Proudový

Signálové uzly

Signálové uzly

·        Speciální typ akčních uzlů

·        Vyslání

o   Asynchronní (nečeká se na odpověď)

o   Více vstupů (AND)

·        Přijetí

o   Příjme se token a čeká se na signál

o   Max. jeden vstup

o   Jeden výstup

Centrální buffer

·        Převod proudu na iteraci

Příklad – doplnění kofeinu

Stavové automaty

Stavový diagram

·        1 stavový automat pro 1 reaktivní objekt

·        Reaktivní objekt

o   Reaguje a vnější události

o   Životní cyklus jako řada stavů, přechodů a událostí

o   Jejich chování důsledkem předchozího chování

·        SA popisuje životní cyklus reaktivní objekt

·        Reaktivní objekt např.

o   Třída

o   Systém

o   Podsystém

Výstupy a akce

·        Při změně stavu automat může generovat výstup

Rozšířené stavové automaty

·        Stavy mohou mít proměnné

Trochu teorie

·        Rozšíření Mealyho stroj je definován:

o   Množinou vstupních signálů (stimulů)  (vstupní abeceda)

o   Množinou výstupních signálů (výstupní abeceda)

o   Množinou stavů

o   Množinou přechodu

§  Odkud

§  Kam

§  Stimul

§  Akce

o   Množinu proměnných stavu

o   Počátečním stavem

o   Množinou koncových stavů (pokud se uvažuje)

Vstupní a výstupní akce stavu

Pořadí provádění akcí

Vnitřní přechody

·        Nedochází k přechodu do jiného stavu

„Do“ Aktivity

·        Spouští paralelní vlákno prováděné dokuk:

o   Akce neskončí

o   Dojde k přechodu do jiného stavu (signálem)

Podmíněné přechody

·        Stimul + podmínka

Podmíněné větvení

Hierarchické stavové automaty

·        Stav představuje automat

Skupinové přechody

Samovolný přechod

·        Nemá stimul

·        Proveden automaticky po skončení vnitřního stavu

Spouštěcí pravidla

·        Více přechodů může mít stejný signál

o   Vnitřní mají přednost

Pořadí akcí

Historie stavů

·        Chceme se vrátit do místa, odkud jsem opustili složený stav

o   Hluboká a mělká historie

Orthogonalita

·        Entita je současně ve více nezávislých stavech

Sémantika OR

·        Automaty v regionech přijímají oba vnější podněty a běží paralelně

Sémantika

·        Čeká se na doběhnutí obou automatů

Podmínka na ukončení

Stavový diagram

Příklad

Přehledové diagramy interakce

·        Zobrazuje tok mezi interakcemi

·        Kombinace diagramu aktivit a sekvenčního diagramu

Časové diagramy

·        Vyjádření časových závislostí mezi změnami stavů objektů