Введение в язык UML

причин, а вот успешные, как правило, имеют много общего. Хотя

успех программного проекта обеспечивается множеством разных слагаемых, одним из общих является применение моделирования.
Моделирование - это устоявшаяся и повсеместно принятая инженерная методика.

представлением реальности.
Модель - это чертеж системы: в нее может

входить как детальный план, так и более абстрактное представление системы "с высоты птичьего полета".
Хорошая модель всегда включает элементы, существенно влияющие на результат, и не включает те, которые малозначимы на данном уровне абстракции.
Каждая система может быть описана с разных точек зрения, для чего используются различные модели, каждая из которых, следовательно, является семантически замкнутой абстракцией системы.
Модель может быть структурной, подчеркивающей организацию системы, или поведенческой, то есть отражающей ее динамику.

позволяет решить четыре различных задачи:
визуализировать систему в ее текущем или

желательном для нас состоянии;
определить структуру или поведение системы;
получить шаблон, позволяющий затем сконструировать систему;
документировать принимаемые решения, используя полученные модели.

эквивалент собачьей конуры выиграет от этого процесса. Чем больше и

сложнее система, тем большее значение приобретает моделирование при ее разработке.
Дело в том, что моделировать сложную систему необходимо, поскольку иначе мы не можем воспринять ее как единое целое.

внимание в данный момент только на одном аспекте.
В сущности,

этот подход есть не что иное, как принцип "разделяй и властвуй", который Эдсгер Дейкстра провозгласил много лет назад: сложную задачу легче решить, если разделить ее на несколько меньших.
Кроме того, моделирование усиливает возможности человеческого интеллекта, поскольку правильно выбранная модель дает возможность создавать проекты на более высоких уровнях абстракции.

абсолютно необходимо.
И действительно, многие исследования показывают, что в большинстве

компаний, разрабатывающих программное обеспечение, моделирование применяют редко или вовсе не применяют. Чем проще проект, тем менее вероятно, что в нем будет использовано формальное моделирование.
Ключевое слово здесь - "формальное".

Длительный опыт его использования позволил сформулировать четыре основных принципа.
Во-первых, выбор

модели оказывает определяющее влияние на подход к решению проблемы и на то, как будет выглядеть это решение. Иначе говоря, подходите к выбору модели вдумчиво. Правильно выбранная модель высветит самые коварные проблемы разработки и позволит проникнуть в самую суть задачи, что при ином подходе было бы попросту невозможно. Неправильная модель заведет вас в тупик, поскольку внимание будет заостряться на несущественных вопросах.

разной степенью абстракции.
Иногда простая и быстро созданная модель пользовательского интерфейса

- самый подходящий вариант. В других случаях приходится работать на уровне битов, например когда вы специфицируете межсистемные интерфейсы или боретесь с узкими местами в сети. В любом случае лучшей моделью будет та, которая позволяет выбрать уровень детализации в зависимости от того, кто и с какой целью на нее смотрит. Для аналитика или конечного пользователя наибольший интерес представляет вопрос "что", а для разработчика - вопрос "как".
В обоих случаях необходима возможность рассматривать систему на разных уровнях детализации в разное время.

Говоря о программном обеспечении, можно сказать, что "ахиллесова пята" структурного

анализа - несоответствие принятой в нем модели и модели системного проекта. Если этот разрыв не будет устранен, то поведение созданной системы с течением времени начнет все больше отличаться от задуманного.
При объектно-ориентированном подходе можно объединить все почти независимые представления системы в единое семантическое целое.

одной модели.Наилучший подход при разработке любой нетривиальной системы - использовать

совокупность нескольких моделей, почти независимых друг от друга.
Ключевым определением здесь является "почти независимые". В данном контексте оно означает, что модели могут создаваться и изучаться по отдельности, но вместе с тем остаются взаимосвязанными. Например, можно изучать только схемы электропроводки проектируемого здания, но при этом наложить их на поэтажный план пола и даже рассмотреть совместно с прокладкой труб на схеме водоснабжения.

понимания архитектуры подобной системы требуется несколько взаимодополняющих видов:
Вид с точки

зрения прецедентов, или вариантов использования (чтобы выявить требования к системе),
Вид с точки зрения проектирования (чтобы построить словарь предметной области и области решения),
Вид с точки зрения процессов (чтобы смоделировать распределение процессов и потоков в системе),
Вид с точки зрения реализации, позволяющий рассмотреть физическую реализацию системы, и вид с точки зрения развертывания, помогающий сосредоточиться на вопросах системного проектирования.
Каждый из перечисленных видов имеет множество структурных и поведенческих аспектов, которые в своей совокупности составляют детальный чертеж программной системы.

других.
Так, при создании систем для обработки больших объемов данных

более важны модели, обращающиеся к точке зрения статического проектирования.
В приложениях, ориентированных на интерактивную работу пользователя, на первый план выходят представления с точки зрения статических и динамических прецедентов.
В системах реального времени наиболее существенными будут представления с точки зрения динамических процессов.
Наконец, в распределенных системах, таких как Web-приложения, основное внимание нужно уделять моделям реализации и развертывания.

структурные модели, позволяющие визуализировать и специфицировать части системы и то,

как они соотносятся друг с другом. Иногда, в особо критичных случаях, создаются также динамические модели - например, если надо изучить поведение конструкции при землетрясении. Эти два типа различаются по организации и по тому, на что в первую очередь обращается внимание при проектировании.
При разработке программного обеспечения тоже существует несколько подходов к моделированию. Важнейшие из них - алгоритмический и объектно-ориентированный.

строительным блоком является процедура или функция, а внимание уделяется прежде

всего вопросам передачи управления и декомпозиции больших алгоритмов на меньшие. Ничего плохого в этом нет, если не считать того, что системы не слишком легко адаптируются. При изменении требований или увеличении размера приложения (что происходит нередко) сопровождать их становится сложнее.

в качестве основного строительного блока выступает объект или класс. В

самом общем смысле объект - это сущность, обычно извлекаемая из словаря предметной области или решения, а класс является описанием множества однотипных объектов.
Каждый объект обладает идентичностью (его можно поименовать или как-то по-другому отличить от прочих объектов), состоянием (обычно с объектом бывают связаны некоторые данные) и поведением (с ним можно что-то делать или он сам может что-то делать с другими объектами).

потому, что он продемонстрировал свою полезность при построении систем в

самых разных областях любого размера и сложности. Кроме того, большинство современных языков программирования, инструментальных средств и операционных систем являются в той или иной мере объектно-ориентированными, а это дает веские основания судить о мире в терминах объектов. Объектно-ориентированные методы разработки легли в основу идеологии сборки систем из отдельных компонентов; в качестве примера можно назвать такие технологии, как JavaBeans и CQM+.

Визуализация, специфицирование, конструирование и документирование объектно-ориентированных систем - это и есть назначение языка UML.

которая включает в себя три составные части:
основные строительные блоки языка,
правила

их сочетания;
некоторые общие для всего языка механизмы.

отношения;
диаграммы.
Сущности - это абстракции, являющиеся основными элементами модели.

Отношения связывают различные сущности.
Диаграммы группируют представляющие интерес совокупности сущностей.

являются основными объектно-ориентированными блоками языка. С их помощью можно создавать

корректные модели.

UML.
Как правило, они представляют собой статические части модели, соответствующие

концептуальным или физическим элементам системы. Существует семь разновидностей структурных сущностей.

операциями, отношениями и семантикой.
Класс реализует один или несколько интерфейсов. Графически

класс изображается в виде прямоугольника, в котором обычно записаны его имя, атрибуты и операции, как показано на рисунке.

услуг), предоставляемый классом или компонентом.
Таким образом, интерфейс описывает видимое

извне поведение элемента.
Интерфейс может представлять поведение класса или компонента полностью или частично; он определяет только спецификации операций (сигнатуры), но никогда - их реализации.
Графически интерфейс изображается в виде круга, под которым пишется его имя, как показано на рисунке.
Интерфейс редко существует сам по себе - обычно он присоединяется к реализующему его классу или компоненту.

других элементов, которые, работая совместно, производят некоторый кооперативный эффект, не

сводящийся к простой сумме слагаемых.
Кооперация, следовательно, имеет как структурный, так и поведенческий аспект.
Один и тот же класс может принимать участие в нескольких кооперациях; таким образом, они являются реализацией образцов поведения, формирующих систему.
Графически кооперация изображается в виде эллипса, ограниченного пунктирной линией, в который обычно заключено только имя, как показано на рисунке:

которая производит наблюдаемый результат, значимый для какого-то определенного актера (Actor).
Прецедент

применяется для структурирования поведенческих сущностей модели.
Прецеденты реализуются посредством кооперации.
Графически прецедент изображается в виде ограниченного непрерывной линией эллипса, обычно содержащего только его имя как показано на рисунке.

подобны классам: они описывают совокупности объектов с общими атрибутами, операциями,

отношениями и семантикой.
Тем не менее они в достаточной степени отличаются друг от друга и от классов и, учитывая их важность при моделировании определенных аспектов объектно-ориентированных систем, заслуживают специального рассмотрения.

один или несколько процессов, или нитей (Threads), и поэтому могут

инициировать управляющее воздействие.
Активный класс во всем подобен обычному классу, за исключением того, что его объекты представляют собой элементы, деятельность которых осуществляется одновременно с деятельностью других элементов.
Графически активный класс изображается так же, как простой класс, но ограничивающий прямоугольник рисуется жирной линией и обычно включает имя, атрибуты и операции, как показано на рисунке.

свои особенности. Они соответствуют физическим сущностям системы, в то время

как пять предыдущих - концептуальным и логическим сущностям.

Компонент (Component) - это физическая заменяемая часть системы, которая соответствует некоторому набору интерфейсов и обеспечивает его реализацию.
В системе можно встретить различные виды устанавливаемых компонентов, такие как СОМ+ или Java Beans, а также компоненты, являющиеся артефактами процесса разработки, например файлы исходного кода.
Компонент, как правило, представляет собой физическую упаковку логических элементов, таких как классы, интерфейсы и кооперации.

Графически компонент изображается в виде прямоугольника с вкладками, содержащего обычно только имя, как показано на рисунке.

во время функционирования программного комплекса и представляет собой вычислительный ресурс,

обычно обладающий как минимум некоторым объемом памяти, а часто еще и способностью обработки.
Совокупность компонентов может размещаться в узле, а также мигрировать с одного узла на другой.

Графически узел изображается в виде куба, обычно содержащего только имя, как показано на рисунке.

классы, компоненты узлы - являются основными структурными сущностями, которые могут

быть включены в модель UML.
Существуют также разновидности этих сущностей: актеры, сигналы, утилиты (виды классов), процессы и нити (виды активных классов), приложения, документы, файлы, библиотеки, страницы и таблицы (виды компонентов).

глаголы языка: они описывают поведение модели во времени и пространстве.

Существует всего два основных типа поведенческих сущностей - взаимодействия и автоматы.
Семантически они часто бывают связаны с различными структурными элементами, в первую очередь - классами, кооперациями и объектами.

сообщениями (Messages) между объектами в рамках конкретного контекста для достижения

определенной цели.
С помощью взаимодействия южно описать как отдельную операцию, так и поведение совокупности объектов. взаимодействие предполагает ряд других элементов, таких как сообщения, последовательности действий (поведение, инициированное сообщением) и связи (между объектами).
Графически сообщения изображаются в виде стрелки, над которой почти всегда пишется имя соответствующей операции, как показано на рисунке.

через которые объект или взаимодействие проходят на протяжении своего жизненного

цикла в ответ на различные события, а также реакции на эти события.
С помощью автомата можно описать поведение сдельного класса или кооперации классов.
С автоматом связан ряд других элементов: состояния, переходы (из одного состояния в другое), события (сущности, инициирующие переходы) и виды действий (реакция на переход).

Графически состояние изображается в виде прямоугольника с закругленными углами, содержащего имя и, возможно, подсостояния.

которые можно разложить модель. Есть только одна первичная группирующая сущность,

а именно пакет.

Пакеты (Packages) представляют собой универсальный механизм организации элементов в группы.
В пакет можно поместить структурные, поведенческие и даже другие группирующие сущности.
В отличие от компонентов, существующих во время работы программы, пакеты носят чисто концептуальный характер, то есть существуют только во время разработки.

Изображается пакет в виде папки с закладкой, содержащей, как правило, только имя и иногда - содержимое

организовать модель UML. Существуют также вариации пакетов, например каркасы (Frameworks),

модели и подсистемы.

Аннотационные сущности - пояснительные части модели UML.
Это комментарии для дополнительного описания, разъяснения или замечания к любому элементу модели.
Имеется только один базовый тип аннотационных элементов - примечание (Note). Примечание - это просто символ для изображения комментариев или ограничений, присоединенных к элементу или группе элементов.
Графически примечание изображается в виде прямоугольника с загнутым краем, содержащим текстовый или графический комментарий, как показано на рисунке.

модель UML.
Чаще всего примечания используются, чтобы снабдить диаграммы комментариями

или ограничениями, которые можно выразить в виде неформального или формального текста.
Существуют вариации этого элемента, например требования, где описывают некое желательное поведение с точки зрения внешней по отношению к модели.

элементов, изображаемое чаще всего в виде связанного графа с вершинами

(сущностями) и ребрами (отношениями). Диаграммы рисуют для визуализации системы с разных точек зрения.
Диаграмма - в некотором смысле одна из проекций системы. Как правило, за исключением наиболее тривиальных случаев, диаграммы дают свернутое представление элементов, из которых составлена система. Один и тот же элемент может присутствовать во всех диаграммах, или только в нескольких (самый распространенный вариант), или не присутствовать ни в одной (очень редко).
Теоретически диаграммы могут содержать любые комбинации сущностей и отношений.

пяти наиболее употребительным видам, которые составляют архитектуру программной системы.
Таким

образом, в UML выделяют девять типов диаграмм:

диаграммы состояний;
диаграммы действий;
диаграммы компонентов;
диаграммы развертывания.

также их отношения. При моделировании объектно-ориентированных систем этот тип диаграмм

используют чаще всего. Диаграммы классов соответствуют статическому виду системы с точки зрения проектирования. Диаграммы классов, которые включают активные классы, соответствуют статическому виду системы с точки зрения процессов.
На диаграмме объектов представлены объекты и отношения между ними. Они являются статическими "фотографиями" экземпляров сущностей, показанных на диаграммах классов. Диаграммы объектов, как и диаграммы классов, относятся к статическому виду системы с точки зрения проектирования или процессов, но с расчетом на настоящую или макетную реализацию.

а также отношения между ними. Диаграммы прецедентов относятся к статическому

виду системы с точки зрения прецедентов использования. Они особенно важны при организации и моделировании поведения системы.
Диаграммы последовательностей и кооперации являются частными случаями диаграмм взаимодействия. На диаграммах взаимодействия представлены связи между объектами; показаны, в частности, сообщения, которыми объекты могут обмениваться. Диаграммы взаимодействия относятся к динамическому виду системы. При этом диаграммы последовательности отражают временную упорядоченность сообщений, а диаграммы кооперации - структурную организацию обменивающихся сообщениями объектов. Эти диаграммы являются изоморфными, то есть могут быть преобразованы друг в друга.

состояния, переходы, события и виды действий. Диаграммы состояний относятся к

динамическому виду системы; особенно они важны при моделировании поведения интерфейса, класса или кооперации. Они акцентируют внимание на поведении объекта, зависящем от последовательности событий, что очень полезно для моделирования реактивных систем.
Диаграмма деятельности - это частный случай диаграммы состояний; на ней представлены переходы потока управления от одной деятельности к другой внутри системы. Диаграммы деятельности относятся к динамическому виду системы; они наиболее важны при моделировании ее функционирования и отражают поток управления между объектами.

ними зависимости. Диаграммы компонентов относятся к статическому виду системы с

точки зрения реализации. Они могут быть соотнесены с диаграммами классов, так как компонент обычно отображается на один или несколько классов, интерфейсов или коопераций.
На диаграмме развертывания представлена конфигурация обрабатывающих узлов системы и размещенных в них компонентов. Диаграммы развертывания относятся к статическому виду архитектуры системы с точки зрения развертывания. Они связаны с диаграммами компонентов, поскольку в узле обычно размещаются один или несколько компонентов.
Здесь приведен неполный список диаграмм, применяемых в UML. Инструментальные средства позволяют генерировать и другие диаграммы, но девять перечисленных встречаются на практике чаще всего.