Проектирование информационной среды

Диаграмма классов представляет собой некоторый граф, вершинами  которого являются элементы типа "классификатор", которые связаны различными типами структурных отношений. Следует  заметить, что диаграмма классов  может также содержать интерфейсы, пакеты, отношения и даже отдельные  экземпляры, такие как объекты  и связи. Когда говорят о данной диаграмме, имеют в виду статическую  структурную модель проектируемой  системы. Поэтому диаграмму классов  принято считать графическим  представленном таких структурных  взаимосвязей логической модели системы, которые не зависят или инвариантны  от времени.

Диаграмма классов состоит  из множества элементов, которые  в совокупности отражают декларативные  знания о предметной области. Эти  знания интерпретируются в базовых  понятиях языка UML, таких как классы, интерфейсы и отношения между  ними и их составляющими компонентами. При этом отдельные компоненты этой диаграммы могут образовывать пакеты для представления более общей  модели системы. Если диаграмма классов  является частью некоторого пакета, то ее компоненты должны соответствовать  элементам этого пакета, включая  возможные ссылки на элементы из других пакетов.

Класс (class) в языке UML служит для обозначения множества объектов, которые обладают одинаковой структурой, поведением и отношениями с объектами из других классов. Графически класс изображается в виде прямоугольника, который дополнительно может быть разделен горизонтальными линиями на разделы или секции. В этих разделах могут указываться имя класса, атрибуты (переменные) и операции (методы). Обязательным элементов обозначения класса является его имя.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Диаграмма состояний  (statechart diagram)

Для моделирования поведения  на логическом уровне в языке UML могут  использоваться сразу несколько  канонических диаграмм: состояний, деятельности, последовательности и кооперации, каждая из которых фиксирует внимание на отдельном аспекте функционирования системы. В отличие от других диаграмм диаграмма состояний описывает  процесс изменения состояний  только одного класса, а точнее —  одного экземпляра определенного класса, т. е. моделирует все возможные изменения  в состоянии конкретного объекта. При этом изменение состояния  объекта может быть вызвано внешними воздействиями со стороны других объектов или извне. Именно для описания реакции объекта на подобные внешние  воздействия и используются диаграммы  состояний.

Главное предназначение этой диаграммы — описать возможные  последовательности состояний и  переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции  на восприятие некоторых конкретных событий. Системы, которые реагируют  на внешние действия от других систем или от пользователей, иногда называют реактивными. Если такие действия инициируются в произвольные случайные моменты  времени, то говорят об асинхронном  поведении модели.

Хотя диаграммы состояний  чаще всего используются для описания поведения отдельных экземпляров  классов (объектов), но они также  могут быть применены для спецификации функциональности других компонентов  моделей, таких как варианты использования, актеры, подсистемы, операции и методы.

Диаграмма состояний по существу является графом специального вида, который  представляет некоторый автомат. Понятие  автомата в контексте UML обладает довольно специфической семантикой, основанной на теории автоматов. Вершинами этого  графа являются состояния и некоторые  другие типы элементов автомата (псевдосостояния), которые изображаются соответствующими графическими символами. Дуги графа служат для обозначения переходов из состояния в состояние. Диаграммы состояний могут быть вложены друг в друга, образуя вложенные диаграммы более детального представления отдельных элементов модели. Для понимания семантики конкретной диаграммы состояний необходимо представлять не только особенности поведения моделируемой сущности, но и знать общие сведения по теории автоматов.

Автомат (state machine) в языке UML представляет собой некоторый  формализм для моделирования  поведения элементов модели и  системы в целом. В метамодели UML автомат является пакетом, в котором  определено множество понятий, необходимых  для представления поведения  моделируемой сущности в виде дискретного  пространства с конечным числом состояний  и переходов. С другой стороны, автомат  описывает поведение отдельного объекта в форме последовательности состояний, которые охватывают все  этапы его жизненного цикла, начиная  от создания объекта и заканчивая его уничтожением. Каждая диаграмма  состояний представляет некоторый автомат.

Для моделирования процесса выполнения операций в языке UML используются так называемые диаграммы деятельности. Применяемая в них графическая  нотация во многом похожа на нотацию  диаграммы состояний, поскольку  на диаграммах деятельности также присутствуют обозначения состояний и переходов. Отличие заключается в семантике  состояний, которые используются для  представления не деятельностей, а  действий, и в отсутствии на переходах  сигнатуры событий. Каждое состояние  на диаграмме деятельности соответствует  выполнению некоторой элементарной операции, а переход в следующее  состояние срабатывает только при  завершении этой, операции в предыдущем состоянии. Графически диаграмма деятельности представляется в форме графа  деятельности, вершинами которого являются состояния действия, а дугами — переходы от одного состояния действия к другому.

Таким образом, диаграммы  деятельности можно считать частным  случаем диаграмм состояний. Именно они позволяют реализовать в  языке UML особенности процедурного и синхронного управления, обусловленного завершением внутренних деятельностей  и действий. Метамодель UML предоставляет  для этого необходимые термины  и семантику. Основным направлением использования диаграмм деятельности является визуализация особенностей реализации операций классов, когда необходимо представить алгоритмы их выполнения. При этом каждое состояние может  являться выполнением операции некоторого класса либо ее части, позволяя использовать диаграммы деятельности для описания реакций на внутренние события системы.

В контексте языка UML деятельность (activity) представляет собой некоторую  совокупность отдельных вычислений, выполняемых автоматом. При этом отдельные элементарные вычисления могут приводить к некоторому результату или действию (action). На диаграмме  деятельности отображается логика или  последовательность перехода от одной  деятельности к другой, при этом внимание фиксируется на результате деятельности. Сам же результат может  привести к изменению состояния  системы или возвращению некоторого значения.

Состояние действия (action state) является специальным случаем состояния  с некоторым входным действием  и по крайней мере одним выходящим  из состояния переходом. Этот переход  неявно предполагает, что входное  действие уже завершилось. Состояние  действия не может иметь внутренних переходов, поскольку оно является элементарным. Обычное использование  состояния действия заключается  в моделировании одного шага выполнения алгоритма (процедуры) или потока управления.

Графически состояние  действия изображается фигурой, напоминающей прямоугольник, боковые стороны  которого заменены выпуклыми дугами. Внутри этой фигуры записывается выражение действия (action-expression), которое должно быть уникальным в пределах одной диаграммы деятельности.

 

 

 

 

 

 

2.4. Диаграмма деятельности (activity diagram)

Для моделирования процесса выполнения операций в языке UML используются так называемые диаграммы деятельности. Применяемая в них графическая  нотация во многом похожа на нотацию  диаграммы состояний, поскольку  на диаграммах деятельности также присутствуют обозначения состояний и переходов. Отличие заключается в семантике  состояний, которые используются для  представления не деятельностей, а  действий, и в отсутствии на переходах  сигнатуры событий. Каждое состояние  на диаграмме деятельности соответствует  выполнению некоторой элементарной операции, а переход в следующее  состояние срабатывает только при  завершении этой, операции в предыдущем состоянии. Графически диаграмма деятельности представляется в форме графа  деятельности, вершинами которого являются состояния действия, а дугами —  переходы от одного состояния действия к другому.

Таким образом, диаграммы  деятельности можно считать частным  случаем диаграмм состояний. Именно они позволяют реализовать в  языке UML особенности процедурного и синхронного управления, обусловленного завершением внутренних деятельностей  и действий. Метамодель UML предоставляет  для этого необходимые термины  и семантику. Основным направлением использования диаграмм деятельности является визуализация особенностей реализации операций классов, когда необходимо представить алгоритмы их выполнения. При этом каждое состояние может  являться выполнением операции некоторого класса либо ее части, позволяя использовать диаграммы деятельности для описания реакций на внутренние события системы.

В контексте языка UML деятельность (activity) представляет собой некоторую  совокупность отдельных вычислений, выполняемых автоматом. При этом отдельные элементарные вычисления могут приводить к некоторому результату или действию (action). На диаграмме  деятельности отображается логика или  последовательность перехода от одной  деятельности к другой, при этом внимание фиксируется на результате деятельности. Сам же результат может привести к изменению состояния системы или возвращению некоторого значения.

Состояние действия (action state) является специальным случаем состояния  с некоторым входным действием  и по крайней мере одним выходящим  из состояния переходом. Этот переход  неявно предполагает, что входное  действие уже завершилось. Состояние  действия не может иметь внутренних переходов, поскольку оно является элементарным. Обычное использование  состояния действия заключается  в моделировании одного шага выполнения алгоритма (процедуры) или потока управления.

Графически состояние  действия изображается фигурой, напоминающей прямоугольник, боковые стороны  которого заменены выпуклыми дугами. Внутри этой фигуры записывается выражение  действия (action-expression), которое должно быть уникальным в пределах одной  диаграммы деятельности.

 

2.5. Диаграмма последовательности (sequence diagram)

В языке UML взаимодействие элементов  рассматривается в информационном аспекте их коммуникации, т. е. взаимодействующие  объекты обмениваются между собой  некоторой информацией. При этом информация принимает форму законченных  сообщений. Другими словами, хотя сообщение  и имеет информационное содержание, оно приобретает дополнительное свойство оказывать направленное влияние  на своего получателя.

Для моделирования взаимодействия объектов в языке UML используются соответствующие  диаграммы взаимодействия. Говоря об этих диаграммах, имеют в виду два  аспекта взаимодействия. Во-первых, взаимодействия объектов можно рассматривать  во времени, и тогда для представления  временных особенностей передачи и  приема сообщений между объектами  используется диаграмма последовательности.

Временной аспект поведения  может иметь существенное значение при моделировании синхронных процессов, описывающих взаимодействия объектов. Именно для этой цели в языке UML используются диаграммы последовательности. Также  можно рассматривать структурные  особенности взаимодействия объектов.

На диаграмме последовательности изображаются исключительно те объекты, которые непосредственно участвуют  во взаимодействии и не показываются возможные статические ассоциации с другими объектами. Для диаграммы  последовательности ключевым моментом является именно динамика взаимодействия объектов во времени. При этом диаграмма  последовательности имеет как бы два измерения. Одно — слева направо  в виде вертикальных линий, каждая из которых изображает линию жизни  отдельного объекта, участвующего во взаимодействии. Графически каждый объект изображается прямоугольником и располагается  в верхней части своей линии  жизни. Внутри прямоугольника записываются имя объекта и имя класса, разделенные  двоеточием. При этом вся запись подчеркивается, что является признаком объекта, который, как известно, представляет собой экземпляр класса.

Линия жизни объекта (object lifeline) изображается пунктирной вертикальной линией, ассоциированной с единственным объектом на диаграмме последовательности. Линия жизни служит для обозначения  периода времени, в течение которого объект существует в системе и, следовательно, может потенциально участвовать  во всех ее взаимодействиях. Если объект существует в системе постоянно, то и его линия жизни должна продолжаться по всей плоскости диаграммы  последовательности от самой верхней  ее части до самой нижней.

 

 

 

2.6. Диаграмма кооперации (collaboration diagram)

На диаграмме кооперации в виде прямоугольников изображаются участвующие во взаимодействии объекты, содержащие имя объекта, его класс  и, возможно, значения атрибутов. Далее, как и на диаграмме классов, указываются  ассоциации между объектами в  виде различных соединительных линий. При этом можно явно указать имена  ассоциации и ролей, которые играют объекты в данной ассоциации. Дополнительно  могут быть изображены динамические связи — потоки сообщений. Они  представляются также в виде соединительных линий между объектами, над которыми располагается стрелка с указанием  направления, имени сообщения и  порядкового номера в общей последовательности инициализации сообщений.

В отличие от диаграммы  последовательности, на диаграмме кооперации изображаются только отношения между  объектами, играющими определенные роли во взаимодействии. С другой стороны, на этой диаграмме не указывается  время в виде отдельного измерения. Поэтому последовательность взаимодействий и параллельных потоков может  быть определена с помощью порядковых номеров. Следовательно, если необходимо явно специфицировать взаимосвязи  между объектами в реальном времени, лучше это делать на диаграмме  последовательности.