標準建模語言UML的應用實例

1、標準建模語言UML的應用實例UML是一種建模語言而不是方法,這是因為UML中沒有過程的概念,而過程正是方法的一個重要組成部分。UML本身獨立于過程,這意味著用戶在使用 UML進行建模時,可以選用任何適合的過程。過程的選用與軟件開發(fā)過程的不同因素有關(guān),諸如所開發(fā)軟件的種類(如實時系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和桌面產(chǎn)品)、開發(fā)組 織的規(guī)模(如單人開發(fā)、小組開發(fā)和團隊開發(fā))等。用戶將根據(jù)不同的需要選用不同的過程。然而,使用UML建模仍然有著大致統(tǒng)一的過程框架,該框架包含了 UML建模過程中的共同要素,同時又為用戶選用與其所開發(fā)的工程相適合的建模技術(shù)提供了很大的自由度。 1. UML建模過程 UML建模過程是一個迭

2、代遞增的開發(fā)過程。前兩個階段是初始( Inception)和細化( Elaboration) 階段。在初始階段,需要考慮項目的效益,并確定項目的范圍。這一階段需要與項目出資方進行討論。在細化階段,需要收集更為詳細的需求,進行高層分析和設計,并為構(gòu)造階段制定計劃。構(gòu)造階段由多次迭代組成,每一次迭代都包含編碼、測試和集成,所得產(chǎn)品應滿足項目需求的某一子集,或提交給用戶,或純粹是內(nèi)部提交。每次迭代都包含了軟件生命周 期的所有階段。同時,每次迭代都要增加一些新的功能,解決一些新的問題。運用這種迭代開發(fā)過程時,還有一些工作(如測試、性能調(diào)試和用戶培訓等)要放到最后的移交階段(Transition)中進

3、行。2. UML實際建模過程 每次迭代都分為以下幾個階段:分析階段：建模的目的是捕捉系統(tǒng)的功能需求,分析、提取所開發(fā)系統(tǒng)的"客觀世界"領域的類以及描述它們的合作概貌。設計階段：建模的目的是通過考慮實現(xiàn)環(huán)境,將分析階段的模型擴展和轉(zhuǎn)化為可行的技術(shù)實現(xiàn)方案。實現(xiàn)階段：具體工作就是進行編碼,同時對已構(gòu)造的模型作相應的修正。配置階段：通過模型描述所開發(fā)系統(tǒng)的軟硬件配置情況。測試階段：使用前幾個階段所構(gòu)造的模型來指導和協(xié)助測試工作。 在系統(tǒng)開發(fā)的不同階段,使用UML為系統(tǒng)建模,可以通過建立不同的模型,從不同的視角,以不同的詳略程度對系統(tǒng)進行描述。下面以一個商業(yè)管理信息系統(tǒng)的開發(fā)過程為

4、例,具體介紹UML建模的實際過程:(1) 需求最初版本商業(yè)MIS的正文需求規(guī)格說明應當由代表系統(tǒng)最終用戶的人員提供,內(nèi)容包括系統(tǒng)基本功能需求和對計算機系統(tǒng)的要求。大致描述如下:· 它是一個商業(yè)支持系統(tǒng);· 采購員采購所需的商品;· 保管員將采購的商品登記入庫;· 調(diào)撥員將庫存商品調(diào)撥到相應的銷售部門;· 銷售部門銷售商品;· 統(tǒng)計部門核算商場經(jīng)營狀況;· 系統(tǒng)能運行于通用的技術(shù)環(huán)境(如Unix、Windows等)中,具有良好的圖形用戶界面· 系統(tǒng)容易維護,便于功能擴充 。由于基于UML的系統(tǒng)開發(fā)采取增量和迭代方式,

5、商業(yè)MIS的初始版本僅需要完成系統(tǒng)的最基本功能(基本業(yè)務),而其他功能的實現(xiàn)(如商品移管、電子訂貨、電子支付、網(wǎng)絡銷售等)則在以后的版本中完成。 (2) 分析分析的任務是找出系統(tǒng)的所有需求并加以描述,同時建立模型,以定義系統(tǒng)中的關(guān)鍵領域類,應由系統(tǒng)用戶和開發(fā)人員合作完成。這一階段不要拘泥于設計細節(jié)和技術(shù)方案。 需求分析分析的第一步是定義用例,以描述所開發(fā)系統(tǒng)的外部功能需求。用例分析包括閱讀和分析需求說明,此時需要與系統(tǒng)的潛在用戶進行討論。用例 模型的主要構(gòu)件是用例、角色和系統(tǒng)邊界。用例用于描述每個功能需求,系統(tǒng)邊界用于界定系統(tǒng)功能范圍,而角色用于描述與系統(tǒng)功能有關(guān)的外部實體,它可以是用 戶,也

6、可以是外部系統(tǒng)。在本實例中,通過分析,先確認商業(yè)MIS中的角色有銷售人員、庫存人員、采購人員、輔助人員和分析人員。在此基礎上,確認用例。商業(yè)MIS的用例有訂貨采 購、庫存管理、商品銷售、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)維護(包括增加商品、取消商品、制作標簽、價格變更、取消或更新標簽)。除了用用例圖描述系統(tǒng)需求外,還可用文字(或活動圖)對每個用例進行需求說明,更具體地描述該用例與角色的交互。例如我們可以描述訂貨采購用例的需求說明如下:· 如果是新商品:a. 新商品登記;b. 采購進貨;c. 登記入庫 。· 如果商品庫存不足:a. 采購進貨;b. 登記入庫。訂貨采購需求可以用活動圖來描述,如圖4

7、所示。由于用例的需求說明直接影響到后續(xù)設計階段對類的操作的定位,因此,用例的需求說明應當盡量全面、準確。值得說明的是,絕大多數(shù)用例可以在系統(tǒng)需求分析階段確定,但隨著系統(tǒng)的進展,可能會發(fā)現(xiàn)更多的用例,甚至會發(fā)現(xiàn)前面定義的用例存在不夠確切或錯誤的地方,需要重新修改。因此,在整個系統(tǒng)開發(fā)過程中,都應當時刻關(guān)注用例。 特定領域分析分析階段的另一項工作是特定領域分析,以列出系統(tǒng)中的特定領域類。我們可以通過閱讀規(guī)格說明、用例以及尋找系統(tǒng)處理的"概念"來進行特 定領域分析,也可以通過用戶和領域?qū)＜业挠懻?以識別出要處理的所有關(guān)鍵類及它們的相互關(guān)系。這里的特定領域是指具體的商業(yè)領域,而不是

8、整個系統(tǒng)領域。在本實例中,可以確定商業(yè)MIS中的特定領域類為商品、保質(zhì)商品、非保質(zhì)商品、物品、銷售、訂貨、庫存、廠商,并使用類圖來描述系統(tǒng)領域類及其關(guān)系。需要強調(diào)的是,這一階段對特定領域類的描述具有一定的素描性質(zhì),也就是說特定領域類的操作和屬性不一定與最終實現(xiàn)時的定義一致。因為此時還沒有涉及到系統(tǒng)功能的具體實現(xiàn),不可能準確、完整地定義它們。有一些操作需要在設計階段細化時才能確定。此外,為了描述領域類的動態(tài)行為,可以使用UML中的任何一種動態(tài)圖(如順序圖、活動圖、合作圖、狀態(tài)圖)。本階段的各動態(tài)圖都具有素描性質(zhì),主要是為了協(xié)助對領域類及其相互關(guān)系的分析,為下一階段的具體設計打下基礎。UML建模是

9、很靈活的過程,使用者不必面面俱到地畫出各種圖。對于每一幅圖,只有在必要時(比如能幫助分析、設計、指導編碼、加深理解、促進交流等)才需要畫出,這樣的圖對建模才有意義,否則會浪費精力而事倍功半。(3) 設計設計階段的任務是通過綜合考慮所有的技術(shù)限制,以擴展和細化分析階段的模型。設計的目的是指明一種易轉(zhuǎn)化成代碼的工作方案,是對分析工作的細化,即進一步細化分析階段所提取的類(包括其操作和屬性),并且增加新類以處理諸如數(shù)據(jù)庫、用戶接口、通信、設備等技術(shù)領域的問題。設計階段可以分為兩個部分:結(jié)構(gòu)設計是高層設計,其任務是定義包(子系統(tǒng)),包括包間的依賴性和主要通信機制。我們希望得到盡可能簡單和清晰的結(jié)構(gòu),各

10、部分之間的依賴盡可能的少,并盡可能的減少雙向的依賴關(guān)系。第二部分是詳細設計,細化包的內(nèi)容,使編程人員得到所有類的一個足夠清晰的描述。同時使用UML中的動態(tài)模型,描述特定情況下這些類的實例之間的行為。· 結(jié)構(gòu)設計一個設計良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)可擴充和可變更的基礎。包實際上是一些類的集合。類圖中包括有助于用戶從技術(shù)邏輯中分離出應用邏輯(領域類),從而減少它們之間的依賴性。這就是軟件結(jié)構(gòu)設計強調(diào)的模塊間的高聚合、低偶合的原則。在商業(yè)MIS中,存在以下包(或子系統(tǒng)):用戶接口包:用戶接口類允許用戶訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)和加入新數(shù)據(jù)。在商業(yè)對象中,用戶接口包跟商業(yè)對象包合作,調(diào)用商業(yè)對象的操作,實施數(shù)據(jù)的

11、檢索和插入。 商業(yè)對象包:包括來自分析階段的特定領域類。在設計階段,詳細設計這些類,以完整定義他們的操作,支持對數(shù)據(jù)庫的存取。所以,所有商業(yè)對象類必須繼承數(shù)據(jù)庫包中的類。數(shù)據(jù)庫包:為商業(yè)對象包中的類提供服務,便于永久存儲。實用包:包含系統(tǒng)其他包要使用的服務。· 詳細設計詳細設計的目的是通過創(chuàng)建新的類圖、狀態(tài)圖和動態(tài)圖,描述新的技術(shù)類,并擴展和細化分析階段"素描"的商業(yè)對象類。這些圖在分析階段也 曾用過,不過在詳細設計階段,它們是從技術(shù)層次上對系統(tǒng)進行更詳盡的描述。如分析階段的用例描述用來驗證它們是否在設計階段都得到處理,而順序圖用來展示 系統(tǒng)中每個用例在技術(shù)上如何

12、實現(xiàn),等等。數(shù)據(jù)庫包:MIS的實現(xiàn)必須有永久存儲對象即數(shù)據(jù)庫的支持,因此系統(tǒng)中必須增加數(shù)據(jù)庫層,提供這種服務。目前,市面上有許多商用數(shù)據(jù)庫,有的是真正的面向 對象數(shù)據(jù)庫如工程數(shù)據(jù)庫,有的是傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。由于我們只討論設計方法,不涉及具體的環(huán)境,因此,可以抽象一個永久存儲類來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的通用操作, 如存儲、更新、刪除、查詢等。永久類類似于MFC中的基類。商業(yè)對象包:設計階段的商業(yè)對象包即是分析階段的領域類,需要從實現(xiàn)角度對這些類進行細化,包括如何實現(xiàn)他們之間的關(guān)聯(lián)和行為。所有這些對象類必須從數(shù)據(jù) 庫包的永久類中繼承而來。分析階段描述的類的操作,在設計模型中可能被分解成幾個操作或者改變名稱。

13、因為分析是構(gòu)造每個類的框架,而設計是對系統(tǒng)的詳細說 明,因此設計模型中所有類的操作必須定義符號和返回值。圖2是經(jīng)過細化后的商業(yè)類圖(局部)在設計階段,也可細化分析階段的狀態(tài)圖,更詳細的顯示狀態(tài)的變換細節(jié)(如圖3)。使用狀態(tài)圖可以揭示單個對象在整個系統(tǒng)中的變化細節(jié),對了解和實現(xiàn)關(guān)鍵類有較大的幫助。此外,還可以使用其他圖在實現(xiàn)層上從不同側(cè)面對分析階段建立的模型進行細化。用戶接口包:用戶接口包在其他包的"頂層"。在系統(tǒng)中,它為用戶提供信息和支持。由于所有與用戶的交互都是通過用戶接口實現(xiàn)的,因此UML的動態(tài)模型非常適合對GUI包的描述。圖4用順序圖描述系統(tǒng)增加新商品用例的動態(tài)模型。

14、另一種表示順序的圖是合作圖(如圖5)。 建立用戶接口是設計階段的一項特殊活動。在商業(yè)MIS中,用戶接口可以分為功能(系統(tǒng)中的主功能窗口,如采購、庫存、銷售、統(tǒng)計分析等)、信息(顯示系統(tǒng)信息的窗口以及(維護系統(tǒng)的窗口)等三部分。目前,由于可視化技術(shù)的迅速發(fā)展,用戶界面的設計相對比較簡單。一般情況下,應用系統(tǒng)的用戶界面由帶有菜單條和相應圖形的主窗口組成。(4) 實現(xiàn)構(gòu)造或?qū)崿F(xiàn)階段是對類進行編程的過程?？梢赃x擇某種面向?qū)ο髮ο缶幊陶Z言(如Java)作為實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件環(huán)境。Java很容易實現(xiàn)從邏輯視圖到代碼部件 的映射,因為類到Java代碼文件之間是一一映射關(guān)系。圖6是設計模型的部件圖,顯示邏輯視圖到

15、部件視圖的一個簡單映射。邏輯視圖中的包也映射到相應的部 件視圖中。 在實現(xiàn)階段中,可以選取下列圖的說明來輔助編程:· 類的規(guī)格說明:每個類的規(guī)格說明詳細顯示了必要的屬性和操作。· 類圖:顯示類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和類之間的關(guān)系。· 狀態(tài)圖:顯示類的對象可能的狀態(tài)、所需處理的轉(zhuǎn)移以及觸發(fā)這些轉(zhuǎn)移的操作。· 包含某個類的對象的動態(tài)圖(順序圖、合作圖、活動圖):顯示該類的某個方法的實現(xiàn)或別的對象是如何使用該類的對象的。· 用例圖和規(guī)格說明:顯示系統(tǒng)需求和結(jié)果。編碼期間也可能會發(fā)現(xiàn)設計模型的缺陷。這時需要開發(fā)者修改設計模型。修改設計模型時一定要保持設計模型與編碼

16、的一致性,以便將來易于維護。(5) 測試和配置完成系統(tǒng)編碼后,需要對系統(tǒng)進行測試,它通常包括:單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試和驗收測試。在單元測試中使用類圖和類的規(guī)格說明,對單獨的類或一組類進 行測試;在集成測試中,使用組件圖和合作圖,對各組件的合作情況進行測試;在系統(tǒng)測試中,使用用例圖,以檢驗所開發(fā)的系統(tǒng)是否滿足例圖所描述的需求。系統(tǒng)的配置是實際的交付系統(tǒng),包括文檔和組成模型等。對商業(yè)MIS而言,它是一個典型的客戶/服務器系統(tǒng)。可以用配置圖顯示系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu),如圖7所示。 從表面上看,配置圖能顯示系統(tǒng)設備之間的關(guān)系以及顯示節(jié)點跟可執(zhí)行軟件單元的對應關(guān)系。然而一旦某個節(jié)點內(nèi)部的對象或可執(zhí)行部件過多(超過5個),就很難 完全用配置圖清楚描述這種關(guān)系。 (6) 小結(jié) 本文所舉的商業(yè)MIS系統(tǒng)的UML建模過程可以用圖8來描述。其中首先要把握的是如何使用用例技術(shù)正確描述系統(tǒng)需求。UML中的類圖描述的是系統(tǒng)中類的靜 態(tài)關(guān)系,對象圖有助于對復雜類的理解。在系統(tǒng)開發(fā)過程中,類圖可應用于分析、設計和實現(xiàn)階段。類的包化有助于進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計。商業(yè)MIS的包分為用戶接 口包、商業(yè)對象包、數(shù)據(jù)庫包,他們之間的關(guān)系是前者依