В настоящее время фирма Rational Software является безусловным лидером в области объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем с компонентной архитектурой. Разрабатываемая этой фирмой методология, основанная на использовании унифицированного языка моделирования (UML - Unified Modeling Language в настоящее время принят OMG в качестве стандарта), поддержана целым спектром инструментальных программных средств визуального моделирования, совместной разработки (поддерживаются основные языки программирования C++, Java, Visual Basic, SmallTalk и др., а также популярные среды разработки - MS Visual Studio, Delphi, PowerBuilder), автоматизированного тестирования и документирования, охватывающих жизненный цикл создания программных систем .

Помимо Rational Rose, продукта фирмы Rational Software, к числу популярных средств визуального моделирования, поддерживающих стандарты UML, можно отнести Paradigm Plus (программный продукт фирмы PLATINUM Technology), SELECT (SELECT Software), Oracle Designer (Oracle), Together Control Center (Borland), AllFusion Component Modeler (Computer Associates) и Microsoft Visual Modeler (Rational Software&Microsoft Corporation).

Rational Rose. Популярное средство визуального моделирования объектно-ориентированных информационных систем компании Rational Software Согр. Работа продукта основана на универсальном языке моделирования UML (Universal Modeling Language). Благодаря уникальному языку моделирования Rational Rose способен решать практически любые задачи в проектировании информационных систем: от анализа бизнес-процессов до кодогенерации на определенном языке программирования. Только Rose позволяет разрабатывать как высокоуровневые, так и низкоуровневые модели, осуществляя тем самым либо абстрактное проектирование, либо логическое .

Rational Rose поддерживает прямое и обратное проектирование на языках: ADA, Java, С, C++, Basic. Поддерживает технологии COM, DDL, XML. Позволяет генерировать схемы Oracle и SQL.

Rational Rose имеет открытый API, позволяющий создавать собственными силами модули для конкретных языков программирования.

Select Yourdon. Эта система разработана фирмой Select Software Tools Ltd. (England). Select Yourdon поддерживает фазы анализа требований и проектирования программной системы, что покрывает полностью начальный период разработки вплоть до кодирования модулей. При этом поддерживаются следующие виды структурных методов (диаграмм) :

диаграммы отношения сущностей;
диаграммы потоков данных и управления, базирующиеся на нотации Yourdon/Ward & Mellor и Hatley;
диаграммы переходов состояний;
мини-спецификации процессов;
структурные диаграммы Константайна (Constantine);
структурные диаграммы Джексона (Jackson).

Первые три вида диаграмм и мини-спецификации процессов могут использоваться для анализа и формулировки требований к ПО, последние два - для проектирования архитектуры ПО и его отдельных модулей. База данных проекта сосредоточена в так называемом словаре данных (Data Dictionary). Система поддерживает как однопользовательскую работу, так и работу в сети коллектива разработчиков.

Oracle Designer. Набор инструментальных средств Oracle Designer предлагает интегрированное решение для разработки прикладных систем корпоративного уровня для Web и клиент/серверных приложений. Oracle Designer участвует в каждой фазе жизненного цикла разработки программного обеспечения - от моделирования бизнес- процессов до внедрения. Применение единого репозитория делает возможным использование любых его компонент для быстрой разработки масштабируемых, кросс-платформных распределенных приложений .

Задачей Oracle Designer является сбор данных о потребностях пользователей и автоматизация построения гибких графических приложений. Oracle Designer используется не только для создания приложений, но и для ведения учета изменений, которые неизбежно происходят при эксплуатации системы.

Графические модели определений проекта, интегрированные с многопользовательским репозиторием существенно облегчают работу с Oracle Designer. Инструментальные средства построены на базе общепринятых методик, охватывающих весь жизненный цикл разработки. Это обеспечивает гибкость и открытость подхода к разработке программного обеспечения за счет использования только тех частей продукта, которые требуются в данной задаче. В рамках процесса разработки обеспечивается поддержка методов RAD, JAD, информационного проектирования, водопадного метода (waterfall), итеративного метода, а также индивидуального подхода, выбранного компанией.

Microsoft Visual Modeler. Microsoft Visual Modeler (MSVM) - инструмент визуального моделирования, разработанный Rational Software совместно c Microsoft Corporation, обеспечивает базируемое на UML моделирование для проектирования приложений на основе компонентов. Модели, созданные с использованием MSVM, могут автоматически выполнять генерацию объектного кода для проектов, реализуемых в средах разработки Visual Basic 6.0 и Visual C++ .

Microsoft Visual Modeler поддерживает архитектуру Windows-распределенных интернет-приложений (Windows DNA), которая позволяет разработчикам уровня предприятия строить масштабируемые, многоуровневые бизнес-приложения, которые могут быть установлены в любой сети.

Последняя версия Microsoft Visual Modeler предлагает беспрецедентный уровень интеграции между визуальным моделированием и средой разработки Visual Studio, включает обновленные возможности как для разработчиков Visual Basic, так и для поддержки разработки в среде Visual C++.

Windows DNA, Visual Studio и Microsoft Visual Modeler (MSVM) обеспечивают правильную комбинацию инфраструктуры и инструментов проектирования для создания нового поколения п-уровне- вых, создаваемых на основе компонентов приложений.

MSVM упрощает построение сложных, многоуровневых бизнес- приложений, основанных на Windows DNA, позволяя разработчикам наглядно в графическом виде представлять организацию их приложений.

Новые возможности Microsoft Visual Modeler включают интеграцию с Microsoft Visual SourceSafe системой контроля версий; интеграцию с Microsoft Visual Manager (VCM) и улучшенную поддержку Microsoft Repository для разработок на основе Visual Basic. Расширения Visual Modeler для поддержки групповой разработки включают возможность опубликования моделей в репозитории через VCM; в дальнейшем возможен просмотр моделей и их совместное использование членами группы разработчиков. Компоненты могут быть импортированы из репозитория через VCM посредством техники drag-and-drop. Точно так же интерфейсные компоненты СОМ могут быть импортированы из Windows Explorer.

Microsoft Visual Modeler - наиболее простой в освоении инструмент из семейства Rational Rose, мирового лидера среди инструментов визуального моделирования, использует общую кодовую основу и предлагает масштабируемый, интегрированный, полностью совместимый набор решений визуального моделирования для программистов, использующих Visual Basic и/или Visual C++. Visual Modeler поддерживает Унифицированный Язык Моделирования (UML), разработанный таким образом, что даже разработчики, не имеющие опыта в визуальном моделировании, легко его осваивают и успешно создают модели.

Семейство продуктов AllFusion. Component Modeler - базовый компонент комплекта AllFusion Modeling Suite компании Computer Associates. Комплект также включает в себя: Process Modeler (ранее - BPwin), который объединяет моделирование бизнес-процессов, потоков данных и рабочей деятельности в одном простом в использовании инструменте; ERwin Data Modeler (ранее - ERwin), применяемый для моделирования баз данных, и Data Model Validator (ранее - ERwin Examiner) для улучшения согласованности и качества моделей данных. Component Modeler и ERwin Data Modeler работают совместно, что дает возможность разработчикам и аналитикам баз данных приводить информацию в реляционных базах данных к виду, пригодному для использования объектно-ориентированными приложениями. Модели бизнес-процессов Process Modeler могут быть синхронизированы с моделями данных ERwin Data Modeler для обеспечения оптимальной поддержки бизнес-процессов организации .

Семейство AllFusion состоит из средств, предназначенных для управления процессами и проектами, моделирования и разработки, публикации знаний и визуализации. ПО семейства AllFusion улучшает способность автоматизировать процессы жизненного цикла критически важных приложений, что соответствует потребностям постоянно усложняющегося и изменчивого мира электронного бизнеса.

Язык Unified Modelling Language (UML) можно считать результатом довольно длинной и еще не завершившейся эволюции методологий моделирования и дизайна.

В 90-х годах наиболее популярными были три объектно-ориентированных подхода:

В результате соперничества этих методов авторы вышеперечисленных методологий создали унифицированный язык моделирования UML (рис. 1), который унаследовал присутствовавшие в других языках элементы. Далее приведена оригинальная терминология заимствованных/унаследованных элементов языка этой методологии - дело в том, что сейчас существует несколько вариантов переводов этих терминов на русский язык.

Рис. 1. UML и его предшественники

Данная унификация преследовала три основные цели:

Моделирование системы, начиная с концепции и заканчивая исполняемым модулем, с применением объектно-ориентированных методик;

Разрешение проблем масштабирования в сложных системах;

Создание языка моделирования, используемого и человеком, и компьютером.

Официальной датой начала работ по UML считают октябрь 1994 года, когда Рамбо перешел в компанию Rational (ныне Rational - одно из подразделений корпорации IBM). Последним стандартом этого языка является версия UML1.3, вышедшая в 1999 году.

Средства UML-моделирования

Является ли UML необходимым компонентом RUP? Да, безусловно. Но практика использования UML как средства описания процесса моделирования и разработки программного обеспечения не ограничивается RUP. Как и любой другой язык, UML - это всего только средство. В RUP предусмотрен ряд утилит, позволяющих довольно легко использовать UML, но их набор не ограничивается лишь продуктами IBM/Rational. Ниже приводится далеко не полный список некоторых продуктов, поддерживающих UML:

Rational Rose (Rational Software, Windows 98/NT/2000/XP, Linux Red Hat 6.2, 7.0, Solaris 2.5.1, 2.6, 7, 8, HP-UX 10.20, 11.0, 11.i);

Microsoft Visual Studio .NET Enterprise Architect, Microsoft Visio (Microsoft, платформы: Windows 98/NT/2000/XP/Server 2003);

Describe Enterprise (Embarcadero technologies, платформы: Windows 98/NT/2000/XP);

Семейство продуктов Together (Borland, платформы: Windows 98/NT/2000/XP, Linux, Solaris);

Bold for Delphi (Borland, платформы: Windows 98/NT/2000/XP);

MagicDraw (Magic, Inc., платформы: Windows 98/Me/NT/2000/XP, Solaris, OS/2, Linux, HP-UX, AIX, Mac OS);

QuickUML (ExcelSoftware, платформы: Windows 98/NT/2000/XP) - неплохая утилита для начинающих.

Отметим также некоторые продукты OpenSourse, например ArgoUML, Novosoft UML Library.

Документ, который содержит списки продуктов, поддерживающих UML, компаний-производителей, платформ, а также информацию о примерных ценах продуктов, можно найти по адресу: http://www.objectsbydesign.com/tools/umltools_byCompany.html .

Следует также отметить, что, несмотря на факт существования стандарта UML 1.3, поддерживаемые перечисленными продуктами реализации UML или обладают собственными особенностями, или не полностью следуют стандарту, поэтому при выборе средства моделирования следует обращать внимание на поддерживаемые типы диаграмм и особенности синтаксиса. Кроме того, возможности прямого и обратного проектирования (Round-Trip Engineering) в разных продуктах весьма различны. Не все вышеуказанные продукты могут поддерживать языки программирования Java, C++, CORBA IDL, поэтому следует обращать особое внимание на то, какую модель сможет сгенерировать тот или иной продукт из имеющегося у вас кода, на каком языке может быть получен код из вашей UML-модели и какого она должна быть типа.

Таблица, показывающая, какие диаграммы UML реализованы в том или ином продукте, находится по адресу: http://www.jeckle.de/umltools.htm .

Для чего применяется UML

UML прежде всего язык, и, как всякое языковое средство, он предоставляет словарь и правила комбинирования слов в этом словаре. В данном случае словарь и правила фокусируются на концептуальном и физическом представлениях системы. Язык диктует, как создать и прочитать модель, однако не содержит никаких рекомендаций о том, какую модель системы необходимо создать, это выходит за рамки UML и является прерогативой процесса разработки программного обеспечения. В связи с этим, видимо, UML довольно часто ассоциируют с RUP одним из возможных процессов, рекомендующих, какие модели, как и когда нужно создавать для успешной разработки продукта.

UML это язык визуализации. Написание моделей на UML преследует одну простую цель облегчение процесса передачи информации о системе. За каждым символом UML стоит строго определенная семантика, что позволяет избегать ошибок интерпретации (ответы на вопросы типа «а что имел в виду разработчик Х, когда он описал иерархию классов Y…» и т.п. будут достаточно прозрачны).

UML это язык спецификаций и точных определений. В этом смысле моделирование на UML означает построение моделей, которые точны, недвусмысленны и полны.

UML это язык конструирования. UML не является визуальным языком программирования, но модели в терминах UML могут быть отображены на определенный набор объектно-ориентированных языков программирования. UML предоставляет возможности прямого (существующая модель ® новый код) и обратного (существующий код ® новая модель) проектирования. Достаточно часто средства UML-моделирования реализуют отображения UML-моделей в коде на языках Java, C++, CORBA, VB, Smalltalk.

UML это язык документирования. Процесс разработки программного обеспечения предусматривает не только написание кода, но и создание таких артефактов, как список требований, описание архитектуры, дизайн, исходный код системы, планирование проекта, тесты, набор прототипов, релизы продукта. В зависимости от культуры разработки продукта в той или иной компании степень формализации данных документов существенно различается, варьируясь от строго определенных шаблонов и формата документов до разговоров на произвольную тему по e-mail или лично. Тем не менее все эти артефакты критичны для успешного процесса разработки продукта. UML предоставляет средства отображения требований к системе, построения документации, тестов, моделирования необходимых действий для планирования проекта и для управления поставленными конечному пользователю релизами.

Элементы языка

Основными элементами UML являются сущности (Thing), отношения (Relationship), диаграммы (Diagram). Сущности являются ключевыми абстракциями языка, отношения связывают сущности вместе, диаграммы группируют коллекции сущностей, которые представляют интерес.

Сущности

Структурные сущности являются существительными языка (рис. 2). К ним относятся:

классы (Class) это набор объектов, разделяющих одни и те же атрибуты, операции, отношения и семантику. Класс реализует один или несколько интерфейсов и изображается виде прямоугольника, включающего имя класса, имена атрибутов, операций, примечание;

интерфейсы (Interface) это набор операций, которые определяют сервис класса или компоненты. Интерфейс графически изображается в виде круга и, как правило, присоединяется к классу или к компоненту, который реализует данный интерфейс;

кооперации (Collaboration) определяют взаимодействие и служат для объединения ролей и других элементов, которые взаимодействуют вместе так, что получающееся в результате поведение объекта оказывается большим, чем просто сумма всех элементов. Изображается в виде эллипса с пунктирной границей;

Прецеденты (Use case) описание набора последовательностей действий, которые выполняются системой и имеют значение для конкретного действующего лица (Actor). Прецеденты изображаются в виде эллипса и используются для структурирования поведенческих сущностей в модели;

активные классы (Active class) это классы, чьими экземплярами являются активные объекты, которые владеют процессом или потоком управления и могут инициировать управляющее воздействие. Стереотипами конкретного класса являются процесс (Process) и поток (Thread). Графически такой класс изображается как класс с жирной границей;

компоненты (Component) это физически заменяемые части системы, обеспечивающие реализацию ряда интерфейсов. Компонент это физическое представление таких логических элементов, как классы, интерфейсы и кооперации. Предметная область компонентов относится к реализации. Изображаются компоненты в виде прямоугольника с ярлыками слева и, как правило, имеют только имя и примечание;

узлы (Node) физические объекты, которые существуют во время исполнения программы и представляют собой коммуникационный ресурс, обладающий, по крайней мере, памятью, а зачастую и процессором. На узлах могут находиться выполняемые объекты и компоненты. Изображаются узлы в виде куба, имеют имя и примечание.

Данные перечисленных семи типов объектов являются базовыми структурными объектами UML. Существуют также вариации данных объектов, такие как действующие лица (Actor), сигналы (Signal), утилиты (Utility - вид класса), процессы и нити (Process и Thread - виды активного класса), приложения (Application), документы (document), файлы (File), библиотеки (Library), страницы (Page), таблицы (Table).

Поведенческие сущности это динамические части моделей UML (рис. 3). К ним относятся:

взаимодействия (Interaction) включают набор сообщений, которыми обмениваются указанные объекты с целью достижения указанной цели. Взаимодействие описывается в контексте кооперации и изображается направленной линией, маркируется именем операции сверху;

автоматы (State machine) спецификации поведения, представляющие собой последовательности состояний, через которые проходит в течение своей жизни объект, или взаимодействие в ответ на происходящие события (а также ответные действия объекта на эти события). Автомат прикреплен к исходному элементу (классу, кооперации или методу) и служит для определения поведения его экземпляров. Изображается автомат как прямоугольник с закругленными углами.

Группирующие сущности это организационные составляющие моделей UML. К ним относятся пакеты (Package) обобщенный механизм для организации элементов в группы. Структурные, поведенческие, группирующие сущности могут быть помещены в пакет. Пакеты являются чисто концептуальными сущностями в отличие от компонентов, существующих во время исполнения программы. Изображается пакет как папка с ярлыком сверху и, как правило, имеет только имя.

Аннотационные сущности это пояснительные составляющие моделей UML, к которым относятся примечания (Note) пояснительные элементы языка (рис. 4). Они содержат текст комментария, изображаются в виде прямоугольника с загнутым уголком страницы.

Отношения

К базовым отношениям между объектами, которые позволяют строить блоки UML, можно отнести следующие (рис. 5):

зависимость (Dependency) это семантическое отношение между двумя сущностями, при котором изменение одной из них (независимой сущности) может отразиться на семантике другой (зависимой). Виды зависимостей, которые соответствуют нескольким видам отношений между объектами, перечислены ниже:

- абстракция (Abstraction) представляет собой изменение уровня абстрактности для некоторого понятия. Как правило, один из элементов, более абстрактный, а второй более конкретный, хотя возможны ситуации, когда оба элемента являются двумя возможными вариантами понятия, существующими на одном уровне абстракции. К зависимости абстракции относятся следующие стереотипы (в порядке возрастания специфичности отношений): трассировать (Trace), уточнять (Refine), реализовать (есть собственная нотация) и выводить (Derive),

- связывание (Binding) связывает элемент с шаблоном. Аргументы, необходимые для параметров шаблона, прикреплены к зависимости связывания в виде списка,

- комбинирование (Combination) соотносит две части описания классификатора (любой элемент модели, описывающий определенные черты структуры и поведения системы), чтобы получить полное описание элемента,

- разрешение (Permission) зависимость (всегда изображается в виде особого стереотипа), связывающая тот или иной пакет (или класс) с другим пакетом (или классом), которому он предоставляет разрешение использовать свое содержимое. Стереотипами зависимости разрешения являются: быть доступным (Access), быть дружественным (Friend) и импортировать (Import),

- использование (Usage) описывает ситуацию, когда одному элементу для правильной реализации или функционирования требуется присутствие другого элемента. К стереотипам этого вида зависимости относятся: вызывать (Call), создать экземпляр (Instantiate), параметр (Parameter) и отправить (Send);

ассоциация (Association) структурное отношение, описывающее множество связей между объектами классификаторов, где связь (Link) это соединение между объектами, которое описывает связи между их экземплярами. Ассоциации являются как бы клеем, который связывает систему воедино. Без ассоциаций мы имели бы просто некоторое количество классов, не способных взаимодействовать друг с другом. У ассоциации может быть имя, однако основную информацию об ассоциации следует искать у ее полюсов, где описывается, каким образом каждый объект участвует в ассоциации: у ассоциации есть список, состоящий из двух или более полюсов ассоциации: каждый из них определяет роль, которую играет данный классификатор в этой ассоциации. Один и тот же классификатор может играть несколько ролей, которые не являются взаимозаменяемыми. Каждый полюс ассоциации описывает свойства, применимые к конкретному объекту этой ассоциации, например сколько раз один объект может появляться в связях (множественность). Некоторые свойства (такие как допустимость навигации) применимы только к бинарным ассоциациям, хотя большинство свойств относится и к бинарным, и к n-арным ассоциациям;

обобщение (Generalization) это отношение специализации/обобщения, при котором объекты специализированного элемента (потомка Child) можно подставить вместо объектов обобщенного элемента (родителя, предка Parent). В случае обобщения классов прямой предок может именоваться суперклассом, а прямой потомок подклассом;

реализация (Realization) отношение между спецификацией и ее программной реализацией; указание на то, что поведение наследуется без структуры.

Мы перечислили четыре основных отношения. В UML также существуют их варианты: уточнение (Refinement), трассировка (Trace), включение (Include), расширение (Extend).

Диаграммы UML

Визуализация представления проектируемой системы с различных точек зрения в UML реализована посредством диаграмм - проекций системы. Диаграмма (Diagram) - это графическое представление множества элементов, которое изображается в виде связного графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями).

Чаще всего UML рассматривает систему с пяти взаимосвязанных точек зрения (рис. 6).

Представление с точки зрения прецедентов (Use case view) включает пользовательские истории, описывающие систему с точки зрения конечного пользователя, аналитика, тестера. Это представление не определяет структуру программного обеспечения, а существует для передачи общего представления о системе. В UML это отображается посредством диаграмм прецедентов (Use case diagram), динамический аспект представлен в диаграммах взаимодействий (Interaction diagram), состояний (Statechart diagram), активности (Activity diagram).

Представление с точки зрения дизайна (Design view) включает классы, интерфейсы и кооперации, которые формируют словарь задачи и ее решение. Данное представление в первую очередь осуществляет поддержку функциональных требований к системе, значение сервисов, которые система должна предоставить конечному пользователю. В UML это отображается посредством диаграмм классов (Class diagram) и объектов (Object diagram), динамический аспект отображается в диаграммах взаимодействий, состояний, активности.

Представление с точки зрения процессов (Process view) включает нити и процессы, которые формируют параллельную обработку и синхронизацию в системе. Данное представление в первую очередь относится к производительности, масштабируемости и пропускной способности системы. В UML статический и динамический аспекты отображаются теми же диаграммами, что и в Design view, но внимание акцентируется на активных классах, представляющих процессы и нити.

Представление с точки зрения реализации (Implementation view) включает компоненты и файлы, используемые при сборке системы. Подобное представление в первую очередь относится к управлению конфигурациями (Configuration management) релизов продукта. Статический аспект в UML отображен диаграммой компонентов (Component diagram), а динамический - диаграммами взаимодействий, состояний, активности.

Представление с точки зрения внедрения (Deployment view) включает узлы и их взаимодействие - они определяют аппаратную топологию, на которой выполняется программное обеспечение. Это представление в первую очередь относится к распространению, доставке, установке компонентов, из которых строится физическая система. Статический аспект в UML отображается диаграммой внедрения (Deployment diagram), а динамический - диаграммами взаимодействий, состояний, активности.

Ниже приведены определения и примеры диаграмм:

диаграмма классов (Class diagram) структурная диаграмма, на которой показано множество классов, интерфейсов, коопераций и отношений между ними (рис. 7);

диаграмма объектов (Object diagram) структурная диаграмма, на которой показано множество объектов и отношений между ними. Ее можно считать особым случаем диаграммы классов. Инструментам моделирования не нужно поддерживать отдельный формат для диаграмм объектов. На них изображены объекты, поэтому диаграмма классов, на которой нет классов, но есть принадлежащие им объекты, может считаться диаграммой объектов;

диаграмма прецедентов (Use case diagram) диаграмма поведения, на которой показано множество прецедентов и актеров, а также отношений между ними (рис. 8);

диаграммы взаимодействий (Interaction diagram) :

- диаграмма последовательностей (Sequence diagram) диаграмма поведения, на которой показано взаимодействие и подчеркнута временная последовательность событий (рис. 9),

- диаграмма кооперации (Collaboration diagram) диаграмма поведения, на которой показано взаимодействие и подчеркнута структурная организация объектов, посылающих и принимающих сообщения (рис. 10);

диаграмма состояний (Statechart diagram) диаграмма поведения, на которой показан автомат и подчеркнуто поведение объектов с точки зрения порядка получения событий (рис. 11);

диаграмма активности (Activity diagram) диаграмма поведения, на которой показан автомат и подчеркнуты переходы потока управления от одной деятельности к другой (рис. 12);

диаграмма компонентов (Component diagram) диаграмма, на которой изображена организация некоторого множества компонентов и зависимости между ними, относится к статистическому виду системы (рис. 13);

диаграмма топологии системы (Deployment diagram) структурная диаграмма, на которой показаны узлы и отношения между ними (рис. 14).

Продолжение следует.

Достоинства UML

1. UML объектно-ориентированный язык, в результате чего методы описания результатов анализа и проектирования семантически близки к методам программирования на современных ОО-языках;
2. UML позволяет описать систему практически со всех возможных точек зрения и разные аспекты поведения системы;
3. Диаграммы UML сравнительно просты для чтения после достаточно быстрого ознакомления с его синтаксисом;
4. Сокращение числа возможных ошибок таких как: несогласованные параметры подпрограмм, несогласованное изменение атрибутов;
5. Повторное использование. Предполагается какой-либо вариант многократного использования уже существующего проекта или его части в новом проекте;
6. UML расширяет и позволяет вводить собственные текстовые и графические стереотипы, что способствует его применению не только в сфере программной инженерии;
7. UML получил широкое распространение и динамично развивается.

Недостатки UML

Несмотря на то, что UML достаточно широко распространённый и используемый стандарт, его часто критикуют из-за следующих недостатков:

1. Избыточность языка. UML часто критикуется, как неоправданно большой и сложный. Он включает много избыточных или практически неиспользуемых диаграмм и конструкций. Чаще это можно услышать в отношении UML 2.0, чем UML 1.0, так как более новые ревизии включают больше компромиссов.
2. Неточная семантика. Так как UML определён комбинацией себя (абстрактный синтаксис), OCL (языком описания ограничений -- формальной проверки правильности) и Английского (подробная семантика), то он лишен скованности присущей языкам, точно определённым техниками формального описания. В некоторых случаях абстрактный синтаксис UML, OCL и Английский противоречат друг другу, в других случаях они неполные. Неточность описания самого UML одинаково отражается на пользователях и поставщиках инструментов, приводя к несовместимости инструментов из-за уникального трактования спецификаций.
3. Проблемы при изучении и внедрении. Вышеописанные проблемы делают проблематичным изучение и внедрение UML, особенно когда руководство насильно заставляет использовать UML инженеров при отсутствии у них предварительных навыков.
4. Только код отражает код. Ещё одно мнение -- что важны рабочие системы, а не красивые модели. Как лаконично выразился Джек Ривс, «The code is the design» («Код и есть проект»). В соответствии с этим мнением, существует потребность в лучшем способе написания ПО; UML ценится при подходах, которые компилируют модели для генерирования исходного или выполнимого кода. Однако этого всё же может быть недостаточно, так как UML не имеет свойств полноты по Тьюрингу и любой сгенерированный код будет ограничен тем, что может разглядеть или предположить интерпретирующий UML инструмент.
5. Кумулятивная нагрузка/Рассогласование нагрузки (Cumulative Impedance/Impedance mismatch). Рассогласование нагрузки -- термин из теории системного анализа для обозначения неспособности входа системы воспринять выход другой. Как в любой системе обозначений UML может представить одни системы более кратко и эффективно, чем другие. Таким образом, разработчик склоняется к решениям, которые более комфортно подходят к переплетению сильных сторон UML и языков программирования. Проблема становится более очевидной, если язык разработки не придерживается принципов ортодоксальной объектно-ориентированной доктрины (не старается соответствовать традиционным принципам ООП).
6. Пытается быть всем для всех. UML -- это язык моделирования общего назначения, который пытается достигнуть совместимости со всеми возможными языками разработки. В контексте конкретного проекта, для достижения командой проектировщиков определённой цели, должны быть выбраны применимые возможности UML. Кроме того, пути ограничения области применения UML в конкретной области проходят через формализм, который не полностью сформулирован, и который сам является объектом критики.
7. Усложнение методологии. Применение объектно-ориентированного подхода требует введения дополнительных способов представления информации о предметной области и методов ее анализа. язык UML включает более 100 различных условных обозначений. Для успешного использования подобного механизма требуется наличие определенного уровня квалификации у специалистов. Для небольших проектов более эффективным может оказаться применение классических методов разработки. Разработка проектов, для которых важнейшей задачей является описание предметной области, и для которых невозможно найти человека, понимающего эту предметную область в целом также требует использования традиционных подходов, в виду их большей доступности для неспециалистов.

История создания UML

Разработка UML началась в октябре 1994 года, когда Гради Буч и Jim Rumbaugh из Rational Software Corporation приступили к совместной работе по унифицированию методов Booch и OMT (Object Modeling Technique). Оба метода развивались независимо друг от друга и были по праву названы одними из лучших методов объектно-ориентированного подхода при разработке программных систем. Было принято решение об объединении этих двух методов, и в октябре 1995 вышла бета-версия, которая получила название Unified Method.

К концу 1996 года выяснилось, что ряд крупных компаний готовы рассмотреть UML в качестве основной стратегии своего бизнеса. Был создан некоммерческий консорциум OMG (Object Modeling Group), который объединил таких ведущих производителей ПО, как DEC, HP, IBM, Microsoft, Oracle, Rational Software и др. В январе 1997 был выдан UML 1.0. Вскоре к OMG примкнули такие компании, как IBM, Objectime, Platinum Technology и Softeam. Как результат этого сотрудничества появилась версия UML 1.1. В 2003 была принята версия 1.5. 2004 г. – принята версия 2.0

Структура UML

UML (сокр. от англ. Unified Modeling Language - унифицированный язык моделирования) - язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения. UML является языком широкого профиля, это открытый стандарт использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, которая называется UML моделью. UML был создан для определения, визуализации, проектирования и документирования по большей части программных систем.

UML обеспечивает разработку репрезентативных моделей для организации взаимодействия заказчика и разработчика ИС, различных групп разработчиков ИС.

Прежде всего, UML наследует техники Booch, OMT и OOSE.

Во-вторых, перекрывает их.

В-третьих, надо отметить, что UML - это стандарт языка, а не стандарт процесса.

Язык UML включает набор графических элементов, используемых на диаграммах. Будучи языком, UML содержит правила для объединения этих элементов. Диаграммы используются для отображения различных представлений системы. Этот набор различных представлений называется моделью. Модель UML описывает, что должна будет делать система. В то же время, ничего не сообщается о том, как она будет реализована.

С самой общей точки зрения описание языка UML состоит из двух взаимодействующих частей, таких как:

Семантика языка UML . Она представляет собой некоторую метамодель, которая определяет абстрактный синтаксис и семантику понятий объектного моделирования на языке UML.

Нотация языка UML . Она представляет собой графическую нотацию для визуального представления семантики языка UML.

Диаграммы UML

Перейдем теперь к обзору графической нотации UML. Графическая нотация - это отображение визуального представления в семантику языка. Как упоминалось ранее, UML является квинтэссенцией трех техник моделирования, и, по существу, наследует их графическую нотацию, отвергая малоиспользуемые и невыразительные элементы и добавляя новые, отвечающие запросам современного рынка программных систем. При создании UML старались сохранить баланс между простотой, понятностью языка и его выразительной мощью и точностью. Модель разрабатываемой системы являет собой совокупность взаимосвязанных подмоделей, каждая из которых описывается набором диаграмм, описанных с помощью определенной в UML графической нотации.

Проект, создаваемый с помощью языка UML 1.x, может включать в себя следующие диаграммы (сгруппированы в соответствии с их предназначением). Таких диаграмм насчитывается восемь :

· Диаграмма вариантов (прецедентов) использования (use case diagram)

· Диаграмма классов (class diagram)

· Диаграммы поведения (behavior diagrams)

o Диаграмма состояний (statechart diagram)

o Диаграмма активности (activity diagram)

o Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams)

§ Диаграмма последовательности (sequence diagram)

§ Диаграмма кооперации (collaboration diagram)

· Диаграммы реализации (implementation diagrams)

o Диаграмма компонентов (component diagram)

o Диаграмма размещения (развертывания) (deployment diagram)

3.1. Диаграмма вариантов (прецедентов) использования (use case diagram)

Диаграммы использования описывают функциональность ИС, которая будет видна пользователям системы. «Каждая функциональность» изображается в виде «прецедентов использования» (use case) или просто прецедентов. Прецедент - это типичное взаимодействие пользователя с системой, которое при этом:

описывает видимую пользователем функцию,

может представлять различные уровни детализации,

обеспечивает достижение конкретной цели, важной для пользователя.

Прецедент обозначается на диаграмме овалом, связанным с пользователями, которых принято называть действующими лицами (актерами, actors). Действующие лица используют систему (или используются системой) в данном прецеденте. Действующее лицо выполняет некоторую роль в данном прецеденте. На диаграмме изображается только одно действующее лицо, однако реальных пользователей, выступающих в данной роли по отношению к ИС, может быть много. Список всех прецедентов фактически определяет функциональные требования к ИС, которые лежат в основе разработки технического задания на создание системы.

На диаграммах прецедентов, кроме связей между действующими лицами и прецедентами, возможно использование еще двух видов связей между прецедентами: «использование» и «расширение» (рис. 3.1.1). Связь типа «расширение» применяется, когда один прецедент подобен другому, но несет несколько большую функциональную нагрузку. Ее следует применять при описании изменений в нормальном поведении системы. Связь типа «использование» позволяет выделить некий фрагмент поведения системы и включать его в различные прецеденты без повторного описания.

Все диаграммы UML можно условно разбить на две группы, первая из которых ‒ общие диаграммы. Общие диаграммы практически не зависят от предмета моделирования и могут применяться в любом программном проекте без оглядки на предметную область, область решений и т.д.

1.5.1. Диаграмма использования

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

Диаграмма использования призвана ответить на главный вопрос моделирования: что делает система во внешнем мире?

На диаграмме использования применяются два типа основных сущностей: варианты использования 1 и действующие лица 2 , между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений:

ассоциация между действующим лицом и вариантом использования 3 ;
обобщение между действующими лицами 4 ;
обобщение между вариантами использования 5 ;
зависимости (различных типов) между вариантами использования 6 .

На диаграмме использования, как и на любой другой, могут присутствовать комментарии 7 . Более того, это настоятельно рекомендуется делать для улучшения читаемости диаграмм.

Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме использования, показаны ниже. Детальное описание приведено в разделе 2.2 .

1.5.2. Диаграмма классов

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

Это не удивительно, поскольку UML в первую очередь объектно-ориентированный язык, и классы являются основным (если не единственным) "строительным материалом".

На диаграмме классов применяется один основной тип сущностей: классы 1 (включая многочисленные частные случаи классов: интерфейсы, примитивные типы, классы-ассоциации и многие другие), между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений:

ассоциация между классами 2 (с множеством дополнительных подробностей);
обобщение между классами 3 ;
зависимости (различных типов) между классами 4 и между классами и интерфейсами.

Некоторые элементы нотации, применяемые на диаграмме классов, показаны ниже. Детальное описание приведено в главе 3 .

1.5.3. Диаграмма автомата

Диаграмма автомата (state machine diagram) ‒ это один из способов детального описания поведения в UML на основе явного выделения состояний и описания переходов между состояниями.

В сущности, диаграммы автомата, как это следует из названия, представляют собой граф переходов состояний (см. главу 4), нагруженный множеством дополнительных деталей и подробностей.

На диаграмме автомата применяют один основной тип сущностей ‒ состояния 1 , и один тип отношений ‒ переходы 2 , но и для тех и для других определено множество разновидностей, специальных случаев и дополнительных обозначений. Перечислять их все во вступительном обзоре не имеет смысла.

Детальное описание всех вариаций диаграмм автомата приведено в разделе 4.2 , а на следующем рисунке показаны только основные элементы нотации, применяемые на диаграмме автомата.

1.5.4. Диаграмма деятельности

Диаграмма деятельности (activity diagram) ‒ способ описания поведения на основе указания потоков управления и потоков данных.

Диаграмма деятельности ‒ еще один способ описания поведения, который визуально напоминает старую добрую блок-схему алгоритма. Однако за счет модернизированных обозначений, согласованных с объектно-ориентированным подходом, а главное, за счет новой семантической составляющей (свободная интерпретация сетей Петри), диаграмма деятельности UML является мощным средством для описания поведения системы.

На диаграмме деятельности применяют один основной тип сущностей ‒ действие 1 , и один тип отношений ‒ переходы 2 (передачи управления и данных). Также используются такие конструкции как развилки, слияния, соединения, ветвления 3 , которые похожи на сущности, но таковыми на самом деле не являются, а представляют собой графический способ изображения некоторых частных случаев многоместных отношений. Семантика элементов диаграмм деятельности подробно разобрана в главе 4 . Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме деятельности, показаны ниже.

1.5.5. Диаграмма последовательности

Диаграмма последовательности (sequence diagram) ‒ это способ описания поведения системы на основе указания последовательности передаваемых сообщений.

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 1 (в основном классов, компонентов и действующих лиц), и один тип отношений ‒ связи 2 , по которым происходит обмен сообщениями 3 . Предусмотрено несколько способов посылки сообщений, которые в графической нотации различаются видом стрелки, соответствующей отношению.

Важным аспектом диаграммы последовательности является явное отображение течения времени. В отличие от других типов диаграмм, кроме разве что диаграмм синхронизации, на диаграмме последовательности имеет значение не только наличие графических связей между элементами, но и взаимное расположение элементов на диаграмме. А именно, считается, что имеется (невидимая) ось времени, по умолчанию направленная сверху вниз, и то сообщение, которое отправлено позже, нарисовано ниже.

Ось времени может быть направлена горизонтально, в этом случае считается, что время течет слева направо.

На следующем рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме последовательности. Для обозначения самих взаимодействующих объектов применяется стандартная нотация ‒ прямоугольник с именем экземпляра классификатора. Пунктирная линия, выходящая из него, называется линией жизни (lifeline) 4 . Это не обозначение отношения в модели, а графический комментарий, призванный направить взгляд читателя диаграммы в правильном направлении. Фигуры в виде узких полосок, наложенных на линию жизни, также не являются изображениями моделируемых сущностей. Это графический комментарий, показывающий отрезки времени, в течении которых объект владеет потоком управления (execution occurrence) 5 или другими словами имеет место активация (activation) объекта. Составные шаги взаимодействия(combined fragment) 6 позволяют на диаграмме последовательности, отражать и алгоритмические аспекты протокола взаимодействия. Прочие детали нотации диаграммы последовательностей см. в главе 4 .

1.5.6. 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. Более того, большинство инструментов умеет автоматически преобразовывать диаграммы последовательности в диаграммы коммуникации и обратно.

Таким образом, на диаграмме коммуникации также как и на диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей ‒ экземпляры взаимодействующих классификаторов 1 и один тип отношений ‒ связи 2 . Однако здесь акцент делается не на времени, а на структуре связей между конкретными экземплярами.

На рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме коммуникации. Для обозначения самих взаимодействующих объектов применяется стандартная нотация ‒ прямоугольник с именем экземпляра классификатора. Взаимное положение элементов на диаграмме кооперации не имеет значения ‒ важны только связи (чаще всего экземпляры ассоциаций), вдоль которых передаются сообщения 3 . Для отображения упорядоченности сообщений во времени применяется иерархическая десятичная нумерация.

1.5.7. 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 1 , а также интерфейсы 2 , 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) 3 .

На рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме компонентов. Детальное описание приведено в главе 3 .

1.5.8. 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.

Таким образом, на диаграмме размещения, по сравнению с диаграммой компонентов, добавляется два типа сущностей: артефакт 1 , который является реализацией компонента 2 и узел 3 (может быть как классификатор, описывающий тип узла, так и конкретный экземпляр), а также отношение ассоциации между узлами 4 , показывающее, что узлы физически связаны во время выполнения.

На рисунке показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме размещения. Для того чтобы показать, что одна сущность является частью другой, применяется либо отношение зависимости «deploy» 5 , либо фигура одной сущности помещается внутрь фигуры другой сущности 6 . Детальное описание диаграммы приведено в главе 3 .