Введение в UML 2.0, Часть I

Типы диаграмм UML

Настала пора познакомиться с одним из визуальных языков - UML (Unified Modeling Language) версии 2.0, который является на данный момент самым распространенным и общеизвестным способом моделирования программного обеспечения.

"Скелетом" представленного здесь UML-экскурса является диаграммная структура UML. Его авторы выделяют следующие типы диаграмм (diagram types) (см. рис. 3.1):

• Структурные диаграммы:
  • диаграммы классов (class diagrams) предназначены для моделирования структуры объектно-ориентированных приложений - классов, их атрибутов и заголовков методов, наследования, а также связей классов друг с другом;
  • диаграммы компонент (component diagrams) используются при моделировании компонентной структуры распределенных приложений; внутри каждая компонента может быть реализована с помощью множества классов;
  • диаграммы объектов (object diagrams) применяются для моделирования фрагментов работающей системы, отображая реально существующие в runtime экземпляры классов и значения их атрибутов;
  • диаграммы композитных структур (composite structure diagrams) используются для моделирования составных структурных элементов моделей - коопераций, композитных компонент и т.д.;
  • диаграммы развертывания (deployment diagrams) предназначены для моделирования аппаратной части системы, с которой ПО непосредственно связано (размещено или взаимодействует);
  • диаграммы пакетов (package diagrams) служат для разбиения объемных моделей на составные части, а также (традиционно) для группировки классов моделируемого ПО, когда их слишком много.
• Поведенческие диаграммы:
  • диаграммы активностей (activity diagrams) используются для спецификации бизнес-процессов, которые должно автоматизировать разрабатываемое ПО, а также для задания сложных алгоритмов;
  • диаграммы случаев использования(use case diagrams) предназначены для "вытягивания" требований из пользователей, заказчика и экспертов предметной области;
  • диаграммы конечных автоматов (state machine diagrams) применяются для задания поведения реактивных систем;
  • диаграммы взаимодействий (interaction diagrams):
    • диаграммы последовательностей (sequence diagrams) используются для моделирования временных аспектов внутренних и внешних протоколов ПО;
    • диаграммы схем взаимодействия (interaction overview diagrams) служат для организации иерархии диаграмм последовательностей;
    • диаграммы коммуникаций (communication diagrams) являются аналогом диаграмм последовательностей, но по-другому изображаются (в привычной, графовой, манере);
    • временные диаграммы (timing diagrams) являются разновидностью диаграмм последовательностей и позволяют в наглядной форме показывать внутреннюю динамику взаимодействия некоторого набора компонент системы.

На рис. 3.1 не все узлы обозначают типы диаграмм - некоторые изображают лишь группы диаграмм, например, "Структурные", "Поведенческие", "Взаимодействий".

увеличить изображение
Рис. 3.1. Типы диаграмм UML 2.0

Описание нотации UML структурировано по разным типам диаграмм, хотя они и не являются строго обязательными. Различные конструкции языка можно вставлять в разнотипные диаграммы. Например, экземпляры классов можно изображать на одной диаграмме с самими классами, и пакеты также могут показываться на диаграммах классов. Таким образом, границы между различными типами диаграмм размываются. Создание диаграмм того или другого типа - всего лишь наиболее устоявшийся, традиционный способ использования UML, не исключающий, однако, и других вариантов.

Система "Телефонная служба приема заявок"

В дальнейшем в качестве примера будет использоваться система "Телефонная служба приема заявок". Далее будут приведены фрагменты этой системы, изображенные с помощью различных UML -диаграмм. Эти примеры будут снабжены некоторыми "сюжетами" - гипотетическими ситуациями процесса разработки, в которых могла появиться необходимость в создании этих диаграмм. Разумеется, приводимые сюжеты далеко не единственные, даже в рамках разработки данной системы. Но они нужны, чтобы с первых же шагов при знакомстве с UML не появлялось чувство пустоты, подвешенных в воздухе иллюстраций.

Часть примеров будет на русском языке, а часть - на английском (это касается всех дальнейших примеров, а не только тех, которые относятся к телефонной службе приема заявок). Если диаграммы связаны с программным кодом, то есть моделируют какие-либо его абстракции (классы, таблицы баз данных, компоненты и пр.), то используется англоязычная терминология - названия модельных сущностей должны быть идентификаторами в программном коде. Если же такого нет, то при именовании используется обычный русский язык.

Итак, заказчик данной системы - это компания, владеющая сетью продуктовых магазинов. Данная компания, кроме обычной розничной торговли, хочет предоставлять еще и сервис по обслуживанию клиентов по телефонным заявкам. Клиент регистрируется в компании, а потом по телефону, в удобное для себя время, делает заказ товаров, которые к нему привозят домой, и он расплачивается. Для этого компания хочет организовать у себя локальный телефонный центр, состоящий из офисной многоканальной АТС, штата операторов и соответствующего программного обеспечения. При этом в компании уже есть информационная система по обработке заявок от постоянных мелкооптовых клиентов, и заказываемая система должна быть с ней проинтегрирована.

Диаграммы случаев использования (use case diagrams)

Первым шагом по реализации описанной выше задачи является уточнение требований. Для этого можно применить диаграммы случаев использования UML. Пример такой диаграммы представлен на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Пример диаграммы случаев использования

На ней обозначено следующие виды пользователей - оператор, менеджер и представители технической поддержки. Система должна также поддерживать внешний интерфейс с системой обработки заявок. Это - четвертый пользователь. Еще одним пользователем системы является Петров А.Б. - директор департамента сбыта товаров, который хочет периодически отслеживать деятельность телефонной службы приема заявок. Для него создано специальное пользовательское место с экранными формами статистики. Случаи использования с рис. 3.2. комментировать не будем, считая, что и так все понятно из картинки.

Различные пользователи ПО, изображаемые на диаграммах случаев использования, называются актерами (actors). Актеры могут обозначать:

• типовых пользователей ("Менеджер", "Оператор", "Техническая поддержка") - работников компании, сгруппированных по исполняемым обязанностям;
• другие системы, взаимодействующие с данной ("Система обработки заявок");
• выделенного пользователя ("Петров А.Б.").

Отметим, что выделенный пользователь существенно отличается от типового пользователя. Он, как правило, Важная Персона, и согласование функциональности для него согласуется лично с ним. Часто он влияет на оплату проекта, от его мнения о системе, во многом, зависит ее успешная сдача. Такие персоны, ради успеха проекта, нужно уметь идентифицировать и в рамках всей системы создавать некоторую функциональность специально для них и очень при этом стараться!

Случай использования (use case) - это независимая часть функциональности системы, обладающая результирующей ценностью для ее пользователей.

"Независимость" означает, что если случай использования всегда исполняется вместе с некоторым другим, то, по всей видимости, один из них нужно включить в другой (какой именно в какой, как назвать получившийся в итоге случай использования - зависит от обстоятельств).

"Результирующая ценность" случая использования для актера системы подразумевает, что он, данный случай использования, должен приносить актеру некоторый законченный и ценный с точки зрения его бизнеса результат. Будучи реализован системой, этот случай использования действительно делает бизнес актера эффективнее, производительнее. Тем самым разработка системы фокусируется на бизнес-целях, а незначительные случаи использования игнорируются. Строится не абстрактная модель функций системы, а набор самых важных (для заказчика и пользователей) сервисов, чтобы каждый из них правильно понять и не один не упустить. И в дальнейшем контроль разработки системы будет осуществляться именно в терминах этого самого важного - того, что нужно заказчику и пользователям.

Казалось бы, что может быть проще - реализовать набор функций, необходимых пользователю. Однако на деле программный проект может незаметно потерять эту цель. Вместо этого можно, например, очень долго заниматься разработкой сложной и многофункциональной архитектуры, после реализации которой разработчики обещают, что все пользовательские функции получатся почти сразу же и очень легко. Однако, как правило, оказывается, что это "сразу же" было сильным преувеличением и проект весьма выбивается из расписания, а многие заказанные пользователем функции в этом окружении сделать тяжело или невозможно. Бывает, что чрезмерная ориентация на "внутреннее совершенство" ПО оканчивается для проекта либо крупными неприятностями, либо полным крахом. Однако бывают и другие случаи, когда только такая ориентация впоследствии и спасает проект. Последнее случается, когда система долго развивается и сопровождается, или когда требования к ней внезапно и сильно меняются, или когда на ее основе делаются другие системы. Необходим баланс между внутренним совершенством программного обеспечения и функциональностью, нужной для заказчика и доставленной ему в срок. Разработка в терминах случаев использования - хороший способ контролировать, что процесс создания системы двигается в нужном направлении.

Итак, основной задачей диаграмм случаев использования является получение требований к системе от заказчика и пользователей. Трудность формализации требований связана с тем, что пользователи и заказчики, с одной стороны, а программисты - с другой, являются специалистами в совершенно разных областях. Первым очень не просто понять логику программной разработки и отделить существенное от несущественного, изъясняться ясно и точно. Вторым трудно разобраться в новой для них предметной области и адекватно отразить это свое понимание в программной системе. К тому же программные системы очень часто являются уникальными. Поэтому набор пожеланий заказчика и пользователей нуждается в дополнительной обработке, освобождению от противоречий, коррекции и, наконец, интеграции, дабы стало возможным "покрыть" его некоторой программной системой. Привлекательность и эффективность диаграмм случаев использования заключается в том, что они просты для понимания непрограммистами и в то же время достаточно формальны.

Отметим, что сами по себе случаи использования не гарантируют того, что программисты и заказчик адекватно понимают друг друга - они могут по-разному трактовать эти случаи использования. Однако в первом приближении масштаб и границы системы очерчены. Для того чтобы детализировать случаи использования, может применяться обычный текст (по одному абзацу на каждый случай использования) и/или другие диаграммы UML.

Существует два вида принципиально разных диаграмм случаев использования - для ПО и для всей системы в целом. Ведь, как правило, ПО является частью более крупной системы. Последняя может включать другое ПО, а также некоторый бизнес-процесс. Пользователями такой системы будут различные клиенты системы (бизнес-актеры), поскольку система создается именно для них. А сама система будет предоставлять для них бизнес-случаи использования. Пример диаграммы бизнес-случаев использования для системы обработки телефонных заявок показан на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Пример диаграммы бизнес-случаев использования

На этом рисунке можно увидеть трех различных клиентов этой системы - постоянного клиента, нового клиента и задающего вопросы (случайного человека, интересующегося услугами магазина, наличием того или иного товара). В общем, для каждого типа клиентов система должна предоставлять разный сервис: для первого типа клиента - возможность сделать заказ (с внесением в базу данных имени клиента, товара, который он заказал, его цены и сроков доставки), для второго - возможность зарегистрироваться (оператор спрашивает у него фамилию, имя, отчество, адрес и пр., персональную информацию и вносит ее в компьютер), для третьего - возможность отвечать на разные вопросы (возможно, со специальными справочниками товаров и пр.). Причем эти актеры наследуют один от другого именно в том порядке, который указан на диаграмме. При наследовании актеров потомок "получает в наследство" все случаи использования своих предков. Таким образом, каждый из этих клиентов может задавать вопросы, а новый клиент, после того как зарегистрировался, может сделать заказ.

Этих бизнес-клиентов можно было бы изобразить и на рис. 3.2, соединив стрелками с оператором (ведь именно через него они взаимодействуют с системой). Но такая диаграмма может вызвать недоумение, хотя некоторые аналитики склонны так делать. Я считаю, что бизнес-актеров лучше изображать на отдельной диаграмме, а на обычной диаграмме случаев использования показывать только пользователей ПО.