Источники:
НОУ ИНТУИТ. Лекция 2: Что такое The UML
НОУ ИНТУИТ. Лекция 3: Виды диаграмм UML
Назначение языка
UML - унифицированный язык моделирования. Из этих трех слов главным является слово "язык". Что же такое язык? Не будем изобретать велосипед, а лучше заглянем в глоссарий, благо в Интернете их величайшее множество. Сделав это, мы скорее всего обнаружим определение, подобное приведенному ниже.
Язык - система знаков, служащая:
- средством человеческого общения и мыслительной деятельности;
- способом выражения самосознания личности;
- средством хранения и передачи информации.
Язык включает в себя набор знаков (словарь) и правила их употребления и интерпретации (грамматику).
К этому достаточно исчерпывающему определению нужно добавить, что языки бывают естественные и искусственные, формальные и неформальные. UML - язык формальный и искусственный, хотя, как мы увидим далее, этот ярлык к нему не совсем подходит. Искусственный он потому, что у него имеются авторы, о которых мы еще не раз упомянем в дальнейшем (в то же время, развитие UML непрерывно продолжается, что ставит его в один ряд с естественными языками). Формальным его можно назвать, поскольку имеются правила его употребления (правда, описание UML содержит и явно неформальные элементы, как мы, опять-таки, позже увидим). Еще один нюанс: UML - язык графический, что также немного путает ситуацию!
При описании формального искусственного языка, что мы уже видели на примерах описания языков программирования, как правило, описываются такие его элементы, как:
- синтаксис, то есть определение правил построения конструкций языка;
- семантика, то есть определение правил, в соответствии с которыми конструкции языка приобретают смысловое значение;
- прагматика, то есть определение правил использования конструкций языка для достижения нужных нам целей.
Естественно, UML включает все эти элементы, хотя, как мы опять-таки увидим далее, в их описании тоже наблюдаются отличия от правил, принятых в языках программирования.
Второе слово в фразе, которой расшифровывается аббревиатура UML - слово "моделирование". Да, UML - это язык моделирования. Причем объектно-ориентированного моделирования. Более подробно о смысле понятия "моделирование" мы поговорим чуть позже, а пока отметим, что слово это весьма многозначно. В английском языке есть целых два слова - modeling и simulation, которые оба переводятся как "моделирование", хотя означают разные понятия. Modeling подразумевает создание модели, лишь описывающей объект, а simulation предполагает получение с помощью созданной модели некоторой дополнительной информации об объекте. UML в первую очередь - язык моделирования именно в первом смысле, то есть средство построения описательных моделей. Как средство симулирования его тоже можно использовать, хотя для этой роли он подходит не так хорошо.
Третье слово в названии UML - слово "унифицированный". Его можно понимать тоже неоднозначно. В литературе можно встретить описание эры "до UML" как "войны методов" моделирования, ни один из которых "не дотягивал" до уровня индустриального стандарта. UML как раз и стал таким единым универсальным стандартом для объектно-ориентированного моделирования, которое во времена его создания как раз "вошло в моду". "Единым" языком моделирования UML можно назвать еще и потому, что в его создании, как мы увидим далее, объединились усилия авторов трех наиболее популярных методов моделирования (и не только их).
Подводя итоги, кратко можно сказать, что UML - искусственный язык, который имеет некоторые черты естественного языка, и формальный язык, который имеет черты неформального. Это звучит не очень понятно, но это действительно так!
Историческая справка
Откуда взялся The UML? Если говорить коротко, то UML вобрал в себя черты нотаций Грейди Буча (Grady Booch), Джима Румбаха (Jim Rumbaugh), Айвара Якобсона (Ivar Jacobson) и многих других.
В не такие уж и далекие 80-е годы было множество различных методологий моделирования. Каждая из них имела свои достоинства и недостатки, а также свою нотацию. То смутное время получило название "войны методов". Проблема в том, что разные люди использовали разные нотации, и для того чтобы понять, что описывает та или иная диаграмма, зачастую требовался "переводчик". Один и тот же символ мог означать в разных нотациях абсолютно разные вещи!
К тому же примерно в это же время (начало 80-х) стартовала "объектно-ориентированная эра". Все началось с появлением семейства языков программирования SmallTalk, которые применяли некоторые понятия языка Simula-67, использовавшегося в 60-х годах. Появление объектно-ориентированного подхода в первую очередь было обусловлено увеличением сложности задач. Объектно-ориентированный подход внес достаточно радикальные изменения в сами принципы создания и функционирования программ, но, в то же время, позволил существенно повысить производительность труда программистов, по-иному взглянуть на проблемы и методы их решения, сделать программы более компактными и легко расширяемыми. Как результат, языки, первоначально ориентированные на традиционный подход к программированию, получили ряд объектно-ориентированных расширений. Одной из первых, в середине 80-х, была фирма Apple со своим проектом Object Pascal. Кроме этого, объектно-ориентированный подход породил мощную волну и абсолютно новых программных технологий, вершинами которой стали такие общепризнанные сегодня платформы, как Microsoft .NET Framework и Sun Java.
Но самое главное, что появление ООП требовало удобного инструмента для моделирования, единой нотации для описания сложных программных систем. И вот "три амиго", три крупнейших специалиста, три автора наиболее популярных методов решили объединить свои разработки. В 1991-м каждый из "трех амиго" начал с написания книги, в которой изложил свой метод ООАП. Каждая методология была по-своему хороша, но каждая имела и недостатки. Так, метод Буча был хорош в проектировании, но слабоват в анализе. OMT Румбаха был, наоборот, отличным средством анализа, но плох в проектировании. И наконец, Objectory Якобсона был действительно хорош с точки зрения user experience, на который ни метод Буча, ни OMT не обращали особого внимания. Основной идеей Objectory было то, что анализ должен начинаться с прецедентов, а не с диаграммы классов, которые должны быть производными от них.
К 1994-му существовало 72 метода, или частные методики. Многие из них "перекрывались", т. е. использовали похожие идеи, нотации и т. д. Как уже говорилось выше, чувствовалась острая потребность, "социальный заказ" - закончить "войну методов" и объединить в одном унифицированном средстве все лучшее, что было создано в области моделирования.
А что сейчас? The UML живет и развивается. Сейчас мы имеем UML 2.0 и десятки CASE-средств, поддерживающих UML. Вопреки популярному мнению, в наши дни Rational не владеет UML, но продолжает работать над ним. UML же принадлежит OMG, а сама Rational ныне является одним из подразделений IBM и фигурирует во всех документах как IBM Rational. UML же получил множество пакетов расширений, называемых профайлами и позволяющих использовать его для моделирования систем из специфических предметных областей.
Вот такая история!
Способы использования языка
И вот Румбах присоединился к Бучу в Rational Inc. Они объединили свои нотации и создали первую версию UML. В 1995 году на конференции OOPSLA они представили его как Unified Method, который потом и получил название UML. Чуть позже к ним присоединился Якобсон, который добавил к результатам их труда элементы Objectory и начал работу над Rational Unified Process (RUP). В 1997 году UML был отправлен в Object Management Group (OMG) для стандартизации. Кроме трех нотаций "трех амиго" UML вобрал в себя элементы многих других методологий, что опять-таки хорошо видно из рисунка, приведенного выше.
Начать хотелось бы с демонстрации известной картинки, которая уже более двух десятилетий "живет" в Интернете, но источник ее никому не известен (если кто-то из читателей сможет пролить свет на ее происхождение, автор будет очень благодарен за информацию). Эта картинка прекрасно иллюстрирует типичный процесс создания продукта, или "решения" (поскольку продукт решает проблему заказчика), как любят говорить в Microsoft
Здесь мы видим все проблемы программной инженерии, в частности проблемы с коммуникацией и пониманием, вызванные отсутствием четкой спецификации создаваемого продукта. Так вот, авторы UML определяют его как графический язык моделирования общего назначения (т. е. его можно применять для проектирования чего угодно - от простой качели, как на рисунке, до сложного аппаратно-программного комплекса или даже космического корабля), предназначенный для спецификации, визуализации, проектирования и документирования всех артефактов, создаваемых в ходе разработки.
Итак, UML в первую очередь - это спецификации. Заглянем снова в глоссарий и обнаружим, что
Спецификация - подробное описание системы, которое полностью определяет ее цель и функциональные возможности. Различают:
- словесные спецификации на естественном языке;
- модельные спецификации;
- формальные спецификации.
Не следует также забывать, что заказчик и разработчик имеют, как правило, абсолютно разное понимание смысла этого артефакта. А ведь кроме этого есть еще аналитики, менеджеры, бизнес-консультанты... Каждый из них называет спецификации по-своему: постановка задачи, требования пользователя, техническое задание, функциональная спецификация, архитектура системы... Причем все эти люди, являясь специалистами в абсолютно разных предметных областях, говорят каждый на своем языке и зачастую просто не понимают друг друга. Вот потому-то и возникает проблема, представленная на рисунке, проблема, которую может решить только наличие единого, унифицированного средства создания спецификаций, достаточно простого и понятного для всех заинтересованных лиц.
Как уже говорилось выше, различают спецификации трех видов. Словесные спецификации на естественном языке как раз и вызывают массу проблем, поскольку создаются разными специалистами на "их языке". Другим видом спецификаций являются формальные спецификации. Действительно, описание спецификации с помощью строгого математического языка было бы чудесным решением всех проблем, т. к. сам способ записи исключал бы малейшие неоднозначности. Да, в математике есть, например, алгебра высказываний, с помощью которой можно пытаться создавать технические задания на разработку некоторых приложений. Проблема кроется в слове "некоторых". Понятно, что формальная спецификация является, по сути, математической моделью задачи и потому для вычислительных задач все выглядит достаточно просто. Формализация же задач из других областей знаний может оказаться более сложной и трудоемкой проблемой, чем разработка самого приложения ввиду отсутствия четкой математической модели. Один из принципов прикладной "мерфологии" гласит, что лучшей спецификацией программы является ее текст. Так же, как и большинство остальных законов Мерфи, это утверждение просто поражает своей правдивостью...
Когда мы говорим о том, что UML - это средство визуализации, мы имеем в виду модельные спецификации. Все мы знаем, как иногда трудно заставить себя "вникнуть" в суть материала, излагаемого в очередном учебнике или мануале. Изучение чего-то нового идет гораздо проще, если документ содержит не только текст, а еще и иллюстрации к нему. А если руководство или учебник выглядят как картинки с подписями (вспомните майкрософтовские учебники и трейнер-киты или руководства пользователя мобильных телефонов!), то усвоение нового материала происходит еще проще и эффективнее. Недаром до сих пор так популярны комиксы, которые также представляют собой картинки с текстом!
Так вот, такие картинки с подписями наглядны и интуитивно понятны, причем почти однозначно понимаются любыми заинтересованными лицами, так что могут использоваться в качестве средства общения между людьми. UML позволяет создавать такие простые и понятные картинки (модели), описывающие систему с разных сторон, которые можно показать заказчику и обсудить с ним, т. е. служит средством коммуникации в команде. Посмотрите на рисунок ниже. Все ведь понятно, правда?
Терминология и нотация
Вопрос терминологии в программной инженерии, а тем более РУССКОЙ (не говоря уже об украинской) терминологии, - вопрос сложный. Дело в том, что оригинальная терминология UML не всегда последовательна и довольно запутана. Русская же терминология еще не успела сложиться, ведь UML как технология проектирования сама по себе очень молода, да и русскоязычная литература по нему стала появляться, как всегда, с некоторым опозданием. Некоторые авторы пытаются каждый термин передать "осмысленными", "хорошими русскими словами", что не всегда удается. С точки зрения автора, искать русские аналоги уже привычных английских терминов - занятие ненужное и даже вредное: вспомните, как трудно было вам найти нужную команду в меню русского MS Office, если вы привыкли пользоваться английским (в таких случаях родной язык сильно замедляет работу). Поэтому, наверное, проще использовать транскрипцию и не изобретать велосипед! В конце концов, хорошие английские слова (даже записанные русскими буквами) так же хороши, как и хорошие русские!
Теперь давайте поговорим о нотации. "Нотация" - это то, что в других языках называют "синтаксисом". Само слово "нотация" подчеркивает, что UML - язык графический и модели (а точнее диаграммы) не "записывают", а рисуют. Как уже говорилось выше, одна из задач UML - служить средством коммуникации внутри команды и при общении с заказчиком. "В рабочем порядке" диаграммы часто рисуют на бумаге от руки, причем обычно - не слишком аккуратно. Поэтому при выборе элементов нотации основным принципом был отбор значков, которые хорошо смотрелись бы и были бы правильно интерпретированы в любом случае - будь они нарисованы карандашом на салфетке или созданы на компьютере и распечатаны на лазерном принтере.
Вообще же, в UML используется четыре вида элементов нотации:
- фигуры,
- линии,
- значки,
- надписи.
Разберем все по порядку. Фигуры используются "плоские" - прямоугольники, эллипсы, ромбы и т. д. Но есть одно исключение - как мы увидим далее, на диаграмме развертывания для обозначения узлов инфраструктуры применяется "трехмерное" изображение параллелепипеда. Это единственное исключение из правил. Внутри любой фигуры могут помещаться другие элементы нотации.
О линиях стоит сказать лишь то, что своими концами они должны соединяться с фигурами. На UML диаграммах вы не встретите линий, нарисованных "сами по себе" и не соединяющих фигуры. Применяется два типа линий - сплошная и пунктирная. Линии могут пересекаться, и хотя таких случаев следует по возможности избегать, в этом нет ничего страшного.
Вообще же стоит сказать, что UML предоставляет исключительную свободу - можно рисовать что угодно и как вздумается, лишь бы можно было понять смысл созданных диаграмм. В изображении фигур и значков тоже нет каких-то жестких требований, и разработчики CASE-средств для UML-проектирования вовсю используют эту свободу, применяя различные стили рисования, заливку фигур цветом, тени и т. д. Иногда это смотрится весьма симпатично, а иногда даже раздражает.
Кстати об инструментах рисования. Мы уже упоминали, что такое ПО существует, и далее мы рассмотрим этот вопрос более подробно (проведя сравнительные исследования), пока же скажем лишь о нескольких наиболее заметных программах этого класса. К таким пакетам можно отнести:
- IBM Rational Rose;
- Borland Together;
- Gentleware Poseidon;
- Microsoft Visio;
- Telelogic TAU G2.
Наиболее известными из этой пятерки являются Rational Rose и Together. Это действительно средства для проектирования, а не рисования, как Visio. Долгое время автор этих строк использовал Poseidon, благо имеется бесплатная Community edition-версия этого продукта. Так было до тех пор, пока на одной из конференций по программной инженерии он не увидел TAU G2 от Telelogic. О TAU все слышали, но никто его не видел. Это легендарное средство моделирования, которое сочетает в себе мощь и простоту использования, предоставляя уникальную возможность начальной верификации моделей. И хотя интерфейс TAU выглядит несколько аскетично, его возможности и удобство работы просто потрясают.
Система - совокупность взаимосвязанных управляемых подсистем, объединенных общей целью функционирования.
Подсистема - это система, функционирование которой не зависит от сервисов других подсистем. Программная система структурируется в виде совокупности относительно независимых подсистем. Также определяются взаимодействия между подсистемами.
В процессе проектирования система рассматривается с разных точек зрения с помощью моделей, различные представления которых предстают в форме диаграмм. Опять-таки у читателя могут возникнуть вопросы о смысле понятий модели и диаграммы. Думаем, красивое, но не слишком понятное определение модели как семантически замкнутой абстракции системы вряд ли прояснит ситуацию, поэтому попробуем объяснить "своими словами".
Модель - это некий (материальный или нет) объект, отображающий лишь наиболее значимые для данной задачи характеристики системы. Модели бывают разные - материальные и нематериальные, искусственные и естественные, декоративные и математические...
Приведем несколько примеров. Знакомые всем нам пластмассовые игрушечные автомобильчики, которыми мы с таким азартом играли в детстве, это не что иное, как материальная искусственная декоративная модель реального автомобиля. Конечно, в таком "авто" нет двигателя, мы не заполняем его бак бензином, в нем не работает (более того, вообще отсутствует) коробка передач, но как модель эта игрушка свои функции вполне выполняет: она дает ребенку представление об автомобиле, поскольку отображает его характерные черты - наличие четырех колес, кузова, дверей, окон, способность ехать и т. д.
В ходе медицинских исследований опыты на животных часто предшествуют клиническим испытаниям медицинских препаратов на людях. В таком случае животное выступает в роли материальной естественной модели человека.
Диаграмма - это графическое представление множества элементов. Обычно изображается в виде графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями). Примеров диаграмм можно привести множество. Это и знакомая нам всем со школьных лет блок-схема, и схемы монтажа различного оборудования, которые мы можем видеть в руководствах пользователя, и дерево файлов и каталогов на диске, которое мы можем увидеть, выполнив в консоли Windows команду tree, и многое-многое другое. В повседневной жизни диаграммы окружают нас со всех сторон, ведь рисунок воспринимается нами легче, чем текст...
Но вернемся к проектированию ПО (и не только). В этой отрасли с помощью диаграмм можно визуализировать систему с различных точек зрения. Одна из диаграмм, например, может описывать взаимодействие пользователя с системой, другая - изменение состояний системы в процессе ее работы, третья - взаимодействие между собой элементов системы и т. д. Сложную систему можно и нужно представить в виде набора небольших и почти независимых моделей-диаграмм, причем ни одна из них не является достаточной для описания системы и получения полного представления о ней, поскольку каждая из них фокусируется на каком-то определенном аспекте функционирования системы и выражает разный уровень абстракции. Другими словами, каждая модель соответствует некоторой определенной, частной точке зрения на проектируемую систему.
Виды диаграмм
UML 1.5 определял двенадцать типов диаграмм, разделенных на три группы:
- четыре типа диаграмм представляют статическую структуру приложения;
- пять представляют поведенческие аспекты системы;
- три представляют физические аспекты функционирования системы (диаграммы реализации).
Итак, мы кратко рассмотрим такие виды диаграмм, как:
- диаграмма прецедентов;
- диаграмма классов;
- диаграмма объектов;
- диаграмма последовательностей;
- диаграмма взаимодействия;
- диаграмма состояний;
- диаграмма активности;
- диаграмма развертывания.
Диаграмма прецедентов (use case diagram)
Любые (в том числе и программные) системы проектируются с учетом того, что в процессе своей работы они будут использоваться людьми и/или взаимодействовать с другими системами. Сущности, с которыми взаимодействует система в процессе своей работы, называются экторами, причем каждый эктор ожидает, что система будет вести себя строго определенным, предсказуемым образом. Попробуем дать более строгое определение эктора. Для этого воспользуемся замечательным визуальным словарем по UML Zicom Mentor:
Эктор (actor) - это множество логически связанных ролей, исполняемых при взаимодействии с прецедентами или сущностями (система, подсистема или класс). Эктором может быть человек или другая система, подсистема или класс, которые представляют нечто вне сущности.
Графически эктор изображается либо " человечком ", подобным тем, которые мы рисовали в детстве, изображая членов своей семьи, либо символом класса с соответствующим стереотипом, как показано на рисунке. Обе формы представления имеют один и тот же смысл и могут использоваться в диаграммах. "Стереотипированная" форма чаще применяется для представления системных экторов или в случаях, когда эктор имеет свойства и их нужно отобразить.
Внимательный читатель сразу же может задать вопрос: а почему эктор, а не актер? Согласны, слово "эктор" немного режет слух русского человека. Причина же, почему мы говорим именно так, проста - эктор образовано от слова action, что в переводе означает действие. Дословный же перевод слова "эктор" - действующее лицо - слишком длинный и неудобный для употребления. Поэтому мы будем и далее говорить именно так.
Прецедент (use-case) - описание отдельного аспекта поведения системы с точки зрения пользователя (Буч).
Прецедент (use case) - описание множества последовательных событий (включая варианты), выполняемых системой, которые приводят к наблюдаемому эктором результату. Прецедент представляет поведение сущности, описывая взаимодействие между экторами и системой. Прецедент не показывает, "как" достигается некоторый результат, а только "что" именно выполняется.
Прецеденты обозначаются очень простым образом - в виде эллипса, внутри которого указано его название. Прецеденты и экторы соединяются с помощью линий. Часто на одном из концов линии изображают стрелку, причем направлена она к тому, у кого запрашивают сервис, другими словами, чьими услугами пользуются. Это простое объяснение иллюстрирует понимание прецедентов как сервисов, пропагандируемое компанией IBM.
Прецеденты могут включать другие прецеденты, расширяться ими, наследоваться и т. д. Все эти возможности мы здесь рассматривать не будем. Как уже говорилось выше, цель этого обзора - просто научить читателя выделять диаграмму прецедентов, понимать ее назначение и смысл обозначений, которые на ней встречаются.
Кстати, к этому моменту мы уже потратили достаточно много времени на объяснение понятий и их условных обозначений. Наверное, пора уже, наконец, привести пример диаграммы прецедентов. Как вы думаете, что означает эта диаграмма
Цели создания диаграмм прецедентов:
- определение границы и контекста моделируемой предметной области на ранних этапах проектирования;
- формирование общих требований к поведению проектируемой системы;
- разработка концептуальной модели системы для ее последующей детализации;
- подготовка документации для взаимодействия с заказчиками и пользователями системы.
Диаграмма классов (class diagram)
Класс (class) - категория вещей, которые имеют общие атрибуты и операции.
Продолжая тему, скажем, что классы - это строительные блоки любой объектно-ориентированной системы. Они представляют собой описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, отношениями и семантикой. При проектировании объектно-ориентированных систем диаграммы классов обязательны.
Классы используются в процессе анализа предметной области для составления словаря предметной области разрабатываемой системы. Это могут быть как абстрактные понятия предметной области, так и классы, на которые опирается разработка и которые описывают программные или аппаратные сущности.
Диаграмма классов - это набор статических, декларативных элементов модели. Диаграммы классов могут применяться и при прямом проектировании, то есть в процессе разработки новой системы, и при обратном проектировании - описании существующих и используемых систем. Информация с диаграммы классов напрямую отображается в исходный код приложения - в большинстве существующих инструментов UML-моделирования возможна кодогенерация для определенного языка программирования (обычно Java или C++). Таким образом, диаграмма классов - конечный результат проектирования и отправная точка процесса разработки.
Примеры:
Диаграмма последовательностей (sequence diagram)
В UML взаимодействие объектов понимается как обмен информацией между ними. При этом информация принимает вид сообщений. Кроме того, что сообщение несет какую-то информацию, оно некоторым образом также влияет на получателя. Как видим, в этом плане UML полностью соответствует основным принципам ООП, в соответствии с которыми информационное взаимодействие между объектами сводится к отправке и приему сообщений.
Диаграмма последовательностей относится к диаграммам взаимодействия UML, описывающим поведенческие аспекты системы, но рассматривает взаимодействие объектов во времени. Другими словами, диаграмма последовательностей отображает временные особенности передачи и приема сообщений объектами.
Объекты обозначаются прямоугольниками с подчеркнутыми именами (чтобы отличить их от классов), сообщения (вызовы методов) - линиями со стрелками, возвращаемые результаты - пунктирными линиями со стрелками. Прямоугольники на вертикальных линиях под каждым из объектов показывают "время жизни" (фокус) объектов. Впрочем, довольно часто их не изображают на диаграмме, все это зависит от индивидуального стиля проектирования.
Пример диаграммы последовательностей
Диаграмма взаимодействия (кооперации, collaboration diagram)
Диаграммы последовательностей - это отличное средство документирования поведения системы, детализации логики сценариев использования; но есть еще один способ - использовать диаграммы взаимодействия. Диаграмма взаимодействия показывает поток сообщений между объектами системы и основные ассоциации между ними и по сути, как уже было сказано выше, является альтернативой диаграммы последовательностей. Внимательный читатель, возможно, скажет, что диаграмма объектов делает то же самое, - и будет не прав. Диаграмма объектов показывает статику, некий снимок системы, связи между объектами в данный момент времени, диаграмма же взаимодействия, как и диаграмма последовательностей, показывает взаимодействие (извините за невольный каламбур) объектов во времени, т. е. в динамике.
Следует отметить, что использование диаграммы последовательностей или диаграммы взаимодействия - личный выбор каждого проектировщика и зависит от индивидуального стиля проектирования. Мы, например, чаще отдаем предпочтение диаграмме последовательностей. На обозначениях, применяемых на диаграмме взаимодействия, думаем, не стоит останавливаться подробно. Здесь все стандартно: объекты обозначаются прямоугольниками с подчеркнутыми именами (чтобы отличить их от классов, помните?), ассоциации между объектами указываются в виде соединяющих их линий, над ними может быть изображена стрелка с указанием названия сообщения и его порядкового номера.
Необходимость номера сообщения объясняется очень просто - в отличие от диаграммы последовательностей, время на диаграмме взаимодействия не показывается в виде отдельного измерения. Поэтому последовательность передачи сообщений можно указать только с помощью их нумерации. В этом и состоит вероятная причина пренебрежения этим видом диаграмм многими проектировщиками.
Диаграмма состояний (statechart diagram)
Объекты характеризуются поведением и состоянием, в котором находятся. Например, человек может быть новорожденным, младенцем, ребенком, подростком или взрослым. Другими словами, объекты что-то делают и что-то "знают". Диаграммы состояний применяются для того, чтобы объяснить, каким образом работают сложные объекты. Несмотря на то что смысл понятия "состояние" интуитивно понятен, все же приведем его определение в таком виде, в каком его дают классики и Zicom Mentor:
Состояние (state) - ситуация в жизненном цикле объекта, во время которой он удовлетворяет некоторому условию, выполняет определенную деятельность или ожидает какого-то события. Состояние объекта определяется значениями некоторых его атрибутов и присутствием или отсутствием связей с другими объектами.
Диаграмма состояний показывает, как объект переходит из одного состояния в другое. Очевидно, что диаграммы состояний служат для моделирования динамических аспектов системы (как и диаграммы последовательностей, кооперации, прецедентов и, как мы увидим далее, диаграммы деятельности). Часто можно услышать, что диаграмма состояний показывает автомат, но об этом мы поговорим подробнее чуть позже. Диаграмма состояний полезна при моделировании жизненного цикла объекта (как и ее частная разновидность - диаграмма деятельности, о которой мы будем говорить далее).
От других диаграмм диаграмма состояний отличается тем, что описывает процесс изменения состояний только одного экземпляра определенного класса - одного объекта, причем объекта реактивного, то есть объекта, поведение которого характеризуется его реакцией на внешние события. Понятие жизненного цикла применимо как раз к реактивным объектам, настоящее состояние (и поведение) которых обусловлено их прошлым состоянием. Но диаграммы состояний важны не только для описания динамики отдельного объекта. Они могут использоваться для конструирования исполняемых систем путем прямого и обратного проектирования. И они действительно с успехом применяются в таком качестве, вспомним существующие варианты "исполняемого UML", такие как UNIMOD, FLORA и др.
Но поговорим об обозначениях на диаграммах состояний. Скругленные прямоугольники представляют состояния, через которые проходит объект в течение своего жизненного цикла. Стрелками показываются переходы между состояниями, которые вызваны выполнением методов описываемого диаграммой объекта. Существует также два вида псевдосостояний: начальное, в котором находится объект сразу после его создания (обозначается сплошным кружком), и конечное, которое объект не может покинуть, если перешел в него (обозначается кружком, обведенным окружностью).
Приведем пример простейшей диаграммы состояний
Диаграмма активности (деятельности, activity diagram)
Когда-то на уроках информатики в школе мы рисовали блок-схемы, чтобы наглядно изобразить алгоритм решения некоторой задачи. Действительно, моделируя поведение проектируемой системы, часто недостаточно изобразить процесс смены ее состояний, а нужно также раскрыть детали алгоритмической реализации операций, выполняемых системой. Как мы уже говорили, для этой цели традиционно использовались блок-схемы или структурные схемы алгоритмов. В UML для этого существуют диаграммы деятельности, являющиеся частным случаем диаграмм состояний. Диаграммы деятельности удобно применять для визуализации алгоритмов, по которым работают операции классов.
Алгоритм - последовательность определенных действий или элементарных операций, выполнение которых приводит к получению желаемого результата.
Алгоритмы окружают нас повсюду, хоть мы и редко задумываемся об этом. Вспомните кулинарные рецепты или руководства по эксплуатации бытовых приборов! Конечно, отечественный потребитель привык жить по принципу "если ничего не помогает, прочтите, наконец, инструкцию", но факт остается фактом: чем сложнее устройство или система, тем важнее строго следовать алгоритму.
Обозначения на диаграмме активности также напоминают те, которые мы встречали на блок-схеме, хотя есть, как мы увидим далее, и некоторые существенные отличия. С другой стороны, нотация диаграмм активности очень похожа на ту, которая используется в диаграммах состояний. Но, наверное, лучше будет просто показать пример.
Диаграмма развертывания (deployment diagram)
Когда мы пишем программу, мы пишем ее для того, чтобы запускать на компьютере, который имеет некоторую аппаратную конфигурацию и работает под управлением некоторой операционной системы. Корпоративные приложения часто требуют для своей работы некоторой ИТ-инфраструктуры, хранят информацию в базах данных, расположенных где-то на серверах компании, вызывают веб-сервисы, используют общие ресурсы и т. д. В таких случаях неплохо бы иметь графическое представление инфраструктуры, на которую будет развернуто приложение. Вот для этого-то и нужны диаграммы развертывания, которые иногда называют диаграммами размещения.
Какую пользу можно извлечь из диаграмм развертывания? Во-первых, графическое представление ИТ-инфраструктуры может помочь более рационально распределить компоненты системы по узлам сети, от чего, как известно, зависит в том числе и производительность системы. Во-вторых, такая диаграмма может помочь решить множество вспомогательных задач, связанных, например, с обеспечением безопасности.
Диаграмма развертывания показывает топологию системы и распределение компонентов системы по ее узлам, а также соединения - маршруты передачи информации между аппаратными узлами. Это единственная диаграмма, на которой применяются "трехмерные" обозначения: узлы системы обозначаются кубиками. Все остальные обозначения в UML - плоские фигуры. Но приведем пример
