UML (UML)

Запрос «Язык моделирования»^[d] перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью.

UML
Создатель	Object Management Group
Создан	1995
Официальный сайт	uml.org (англ.)
Медиафайлы на Викискладе

 

UML (англ. Unified Modeling Language — унифицированный язык моделирования) — язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения, для моделирования бизнес-процессов, системного проектирования и отображения организационных структур.

Описание

UML является языком широкого профиля, это — открытый стандарт, использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, называемой UML-моделью. UML был создан для определения, визуализации, проектирования и документирования, в основном, программных систем. UML не является языком программирования, но на основании UML-моделей возможна генерация кода.

Использование

UML позволяет также разработчикам программного обеспечения достигнуть соглашения в графических обозначениях для представления общих понятий (таких как класс, компонент, обобщение (англ. generalization), агрегация (англ. aggregation) и поведение) и больше сконцентрироваться на проектировании и архитектуре.

История

История объектно-ориентированных методов и нотации.

Предпосылки появления языка моделирования UML обозначились в связи с бурным развитием во второй половине XX века объектно-ориентированных языков программирования (Simula 67, Smalltalk, Objective C, C++ и др). Вследствие непрекращающегося усложнения создаваемых программных продуктов возникла нужда в учёте всё новых и новых возможностей языков и средств разработки при анализе, формулировании требований и в процессе проектирования программных приложений. Например, в короткий промежуток времени с 1989 года по 1994 год количество объектно-ориентированных инструментов выросло с десятка до более чем полусотни. Однако многие разработчики затруднялись подобрать язык моделирования, который бы полностью отвечал всем их потребностям. В результате выделилось новое поколение методов разработки, среди которого особую популярность приобрели метод Буча, созданный Якобсоном Object-Oriented Software Engineering (OOSE) и разработанный Рамбо Object Modeling Technique (OMT). Помимо них существовали и другие завершённые технологии, например Fusion, Shlaer-Mellor и Coad-Yourdon, однако всем из них были присущи не только преимущества, но и существенные недостатки.

До UML 1.x

В 1994 году Гради Буч и Джеймс Рамбо, работавшие в компании Rational Software, объединили свои усилия для создания нового языка объектно-ориентированного моделирования. За основу языка ими были взяты методы моделирования Object-Modeling Technique и Booch. OMT был ориентирован на анализ, а Booch — на проектирование программных систем. В октябре 1995 года была выпущена предварительная версия 0.8 унифицированного метода (англ. Unified Method). Осенью 1995 года к компании Rational присоединился Ивар Якобсон, автор метода Object-Oriented Software Engineering — OOSE. OOSE обеспечивал превосходные возможности для спецификации бизнес-процессов и анализа требований при помощи сценариев использования. OOSE был также интегрирован в унифицированный метод.

На этом этапе основная роль в организации процесса разработки UML перешла к консорциуму OMG (Object Management Group). Группа разработчиков в OMG, в которую также входили Буч, Рамбо и Якобсон («три амиго»), выпустила спецификации UML версий 0.9 и 0.91 в июне и октябре 1996 года.

UML 1.x

Версия	Дата принятия
1.1	ноябрь 1997
1.3	март 2000
1.4	сентябрь 2001
1.4.2	июль 2004
1.5	март 2003
2.0	июль 2005
2.1	формально не была принята
2.1.1	август 2007
2.1.2	ноябрь 2007
2.2	февраль 2009
2.3	май 2010
2.4 beta 2	март 2011
2.5	июнь 2015
2.5.1	декабрь 2017

На волне растущего интереса к UML к разработке новых версий языка в рамках консорциума UML Partners присоединились такие компании, как Digital Equipment Corporation, Hewlett-Packard, i-Logix, IntelliCorp, IBM, ICON Computing, MCI Systemhouse, Microsoft, Oracle Corporation, Rational Software, Texas Instruments и Unisys. Результатом совместной работы стала спецификация UML 1.0, вышедшая в январе 1997 года. В ноябре того же года за ней последовала версия 1.1, содержавшая улучшения нотации, а также некоторые расширения семантики.

Последующие релизы UML включали версии 1.3, 1.4 и 1.5, опубликованные, соответственно, в июне 1999, сентябре 2001 и марте 2003 года.

UML 1.4.2 принят в качестве международного стандарта ISO/IEC 19501:2005.

UML 2.x

Формальная спецификация версии UML 2.0 опубликована в августе 2005 года. Семантика языка была значительно уточнена и расширена для поддержки методологии Model Driven Development — MDD. Последняя версия UML 2.5 опубликована в июне 2015 года.

UML 2.4.1 принят в качестве международного стандарта ISO/IEC 19505-1, 19505-2.

Диаграммы

В UML используются следующие виды диаграмм (для исключения неоднозначности приведены также обозначения на английском языке):

Structure Diagrams: Class diagram Component diagram Composite structure diagram Collaboration (UML2.0) Deployment diagram Object diagram Package diagram Profile diagram (UML2.2) Behavior Diagrams: Activity diagram State Machine diagram Use case diagram Interaction Diagrams: Communication diagram (UML2.0) / Collaboration (UML1.x) Interaction overview diagram (UML2.0) Sequence diagram Timing diagram (UML2.0)

Структурные диаграммы: Диаграмма классов Диаграмма компонентов Диаграмма композитной/составной структуры Диаграмма кооперации (UML2.0) Диаграмма развёртывания Диаграмма объектов Диаграмма пакетов Диаграмма профилей (UML2.2) Диаграммы поведения: Диаграмма деятельности Диаграмма состояний Диаграмма прецедентов (диаграмма вариантов использования) Диаграммы взаимодействия: Диаграмма коммуникации (UML2.0) / Диаграмма кооперации (UML1.x) Диаграмма обзора взаимодействия (UML2.0) Диаграмма последовательности Диаграмма синхронизации (UML2.0)

Структуру диаграмм UML 2.3 можно представить на диаграмме классов UML:

Диаграмма классов

Диаграмма классов (Class diagram) — статическая структурная диаграмма, описывающая структуру системы, демонстрирующая классы системы, их атрибуты, методы и зависимости между классами.

Существуют разные точки зрения на построение диаграмм классов в зависимости от целей их применения:

• концептуальная точка зрения — диаграмма классов описывает модель предметной области, в ней присутствуют только классы прикладных объектов;
• точка зрения спецификации — диаграмма классов применяется при проектировании информационных систем;
• точка зрения реализации — диаграмма классов содержит классы, используемые непосредственно в программном коде (при использовании объектно-ориентированных языков программирования).

Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов (Component diagram) — статическая структурная диаграмма, показывает разбиение программной системы на структурные компоненты и связи (зависимости) между компонентами. В качестве физических компонентов могут выступать файлы, библиотеки, модули, исполняемые файлы, пакеты и т. п.

Диаграмма композитной/составной структуры

Шаблон проектирования Декоратор на диаграмме кооперации

Диаграмма композитной/составной структуры (Composite structure diagram) — статическая структурная диаграмма, демонстрирует внутреннюю структуру классов и, по возможности, взаимодействие элементов (частей) внутренней структуры класса.

Подвидом диаграмм композитной структуры являются диаграммы кооперации (Collaboration diagram, введены в UML 2.0), которые показывают роли и взаимодействие классов в рамках кооперации. Кооперации удобны при моделировании шаблонов проектирования.

Диаграммы композитной структуры могут использоваться совместно с диаграммами классов.

Диаграмма развёртывания

Диаграмма развёртывания (Deployment diagram, диаграмма размещения) — служит для моделирования работающих узлов (аппаратных средств, англ. node) и артефактов, развёрнутых на них. В UML 2 на узлах разворачиваются артефакты (англ. artifact), в то время как в UML 1 на узлах разворачивались компоненты. Между артефактом и логическим элементом (компонентом), который он реализует, устанавливается зависимость манифестации.

Диаграмма объектов

Диаграмма объектов (Object diagram) — демонстрирует полный или частичный снимок моделируемой системы в заданный момент времени. На диаграмме объектов отображаются экземпляры классов (объекты) системы с указанием текущих значений их атрибутов и связей между объектами.

Диаграмма пакетов

Диаграмма пакетов (Package diagram) — структурная диаграмма, основным содержанием которой являются пакеты и отношения между ними. Жёсткого разделения между разными структурными диаграммами не проводится, поэтому данное название предлагается исключительно для удобства и не имеет семантического значения (пакеты и диаграммы пакетов могут присутствовать на других структурных диаграммах). Диаграммы пакетов служат, в первую очередь, для организации элементов в группы по какому-либо признаку с целью упрощения структуры и организации работы с моделью системы.

Диаграмма деятельности

Диаграмма деятельности (Activity diagram) — диаграмма, на которой показано разложение некоторой деятельности на её составные части. Под деятельностью (англ. activity) понимается спецификация исполняемого поведения в виде координированного последовательного и параллельного выполнения подчинённых элементов — вложенных видов деятельности и отдельных действий (англ. action), соединённых между собой потоками, которые идут от выходов одного узла к входам другого.

Диаграммы деятельности используются при моделировании бизнес-процессов, технологических процессов, последовательных и параллельных вычислений.

Аналогом диаграмм деятельности являются схемы алгоритмов по ГОСТ 19.701-90 и дракон-схемы.

Диаграмма автомата

Диаграмма автомата (State Machine diagram, диаграмма конечного автомата, диаграмма состояний) — диаграмма, на которой представлен конечный автомат с простыми состояниями, переходами и композитными состояниями.

Конечный автомат (англ. State machine) — спецификация последовательности состояний, через которые проходит объект или взаимодействие в ответ на события своей жизни, а также ответные действия объекта на эти события. Конечный автомат прикреплён к исходному элементу (классу, кооперации или методу) и служит для определения поведения его экземпляров.

Аналогом диаграмм автомата (диаграмм состояний) являются дракон-схемы.

Диаграмма прецедентов (Диаграмма вариантов использования)

Диаграмма прецедентов или диаграмма вариантов использования (Use case diagram) — диаграмма, на которой отражены отношения, существующие между акторами и вариантами использования.

Основная задача — представлять собой единое средство, дающее возможность заказчику, конечному пользователю и разработчику совместно обсуждать функциональность и поведение системы.

Диаграммы коммуникации и последовательности

Диаграммы коммуникации и последовательности транзитивны, выражают взаимодействие, но показывают его различными способами и с достаточной степенью точности могут быть преобразованы одна в другую.

Диаграмма коммуникации (Communication diagram, в UML 1.x — диаграмма кооперации, collaboration diagram) — диаграмма, на которой изображаются взаимодействия между частями композитной структуры или ролями кооперации. В отличие от диаграммы последовательности, на диаграмме коммуникации явно указываются отношения между элементами (объектами), а время как отдельное измерение не используется (применяются порядковые номера вызовов).

Диаграмма последовательности (Sequence diagram) — диаграмма, на которой показаны взаимодействия объектов, упорядоченные по времени их проявления. В частности, на ней изображаются участвующие во взаимодействии объекты и последовательность сообщений, которыми они обмениваются.

Диаграмма сотрудничества — Этот тип диаграмм позволяет описать взаимодействия объектов, абстрагируясь от последовательности передачи сообщений. На этом типе диаграмм в компактном виде отражаются все принимаемые и передаваемые сообщения конкретного объекта и типы этих сообщений.

По причине того, что диаграммы Sequence и Collaboration являются разными взглядами на одни и те же процессы, Rational Rose позволяет создавать из Sequence диаграммы диаграмму Collaboration и наоборот, а также производит автоматическую синхронизацию этих диаграмм.

Диаграмма обзора взаимодействия

Диаграмма обзора взаимодействия — разновидность диаграммы деятельности, включающая фрагменты диаграммы последовательности и конструкции потока управления.

Этот тип диаграмм включает в себя диаграммы Sequence diagram (диаграммы последовательностей действий) и Collaboration diagram (диаграммы сотрудничества). Эти диаграммы позволяют с разных точек зрения рассмотреть взаимодействие объектов в создаваемой системе.

Диаграмма синхронизации

Диаграмма синхронизации (Timing diagram) — альтернативное представление диаграммы последовательности, явным образом показывающее изменения состояния на линии жизни с заданной шкалой времени. Может быть полезна в приложениях реального времени.

Преимущества UML

• UML объектно-ориентированный, в результате чего методы описания результатов анализа и проектирования семантически близки к методам программирования на современных объектно-ориентированных языках;
• UML позволяет описать систему практически со всех возможных точек зрения и разные аспекты поведения системы;
• Диаграммы UML сравнительно просты для чтения после достаточно быстрого ознакомления с его синтаксисом;
• UML расширяет и позволяет вводить собственные текстовые и графические стереотипы, что способствует его применению не только в сфере программной инженерии;
• UML получил широкое распространение и динамично развивается.

Критика

Несмотря на то, что UML — достаточно широко распространённый и используемый стандарт, его часто критикуют из-за следующих недостатков:

• Избыточность языка. UML часто критикуется как неоправданно большой и сложный. Он включает много избыточных или практически неиспользуемых диаграмм и конструкций. Чаще это можно услышать в отношении UML 2.0, чем UML 1.0, так как более новые ревизии включают больше «разработанных комитетом» компромиссов.
• Неточная семантика. Так как UML определён комбинацией себя (абстрактный синтаксис), OCL (языком описания ограничений — формальной проверки правильности) и английского (подробная семантика), то он лишен скованности, присущей языкам, точно определённым техниками формального описания. В некоторых случаях абстрактный синтаксис UML, OCL и английский противоречат друг другу, в других случаях они неполные. Неточность описания самого UML одинаково отражается на пользователях и поставщиках инструментов, приводя к несовместимости инструментов из-за уникального трактования спецификаций.
• Проблемы при изучении и внедрении. Вышеописанные проблемы делают проблематичным изучение и внедрение UML, особенно когда руководство насильно заставляет использовать UML инженеров при отсутствии у них предварительных навыков.
• Только код отражает код. Ещё одно мнение — что важны рабочие системы, а не красивые модели. Как лаконично выразился Джек Ривс, «The code is the design» («Код и есть проект»). В соответствии с этим мнением, существует потребность в лучшем способе написания ПО; UML ценится при подходах, которые компилируют модели для генерирования исходного или выполнимого кода. Однако этого всё же может быть недостаточно, так как UML не имеет свойств полноты по Тьюрингу и любой сгенерированный код будет ограничен тем, что может разглядеть или предположить интерпретирующий UML инструмент.
• Кумулятивная нагрузка/Рассогласование нагрузки (Cumulative Impedance/Impedance mismatch). Рассогласование нагрузки — термин из теории системного анализа для обозначения неспособности входа одной системы воспринять выход другой. Как в любой системе обозначений UML может представить одни системы более кратко и эффективно, чем другие. Таким образом, разработчик склоняется к решениям, которые более комфортно подходят к переплетению сильных сторон UML и языков программирования. Проблема становится более очевидной, если язык разработки не придерживается принципов ортодоксальной объектно-ориентированной доктрины (не старается соответствовать традиционным принципам ООП).
• Пытается быть всем для всех. UML — это язык моделирования общего назначения, который пытается достигнуть совместимости со всеми возможными языками разработки. В контексте конкретного проекта, для достижения командой проектировщиков определённой цели, должны быть выбраны применимые возможности UML. Кроме того, пути ограничения области применения UML в конкретной области проходят через формализм, который не полностью сформулирован, и который сам является объектом критики.

См. также

• SysML
• IDEF
• DFD
• ДРАКОН

Литература

• Крэг Ларман. Применение UML 2.0 и шаблонов проектирования = Applying UML and Patterns : An Introduction to Object-Oriented Analysis and Design and Iterative Development. — 3-е изд. — М.: Вильямс, 2006. — 736 с. — ISBN 0-13-148906-2.
• Джозеф Шмуллер. Освой самостоятельно UML 2 за 24 часа. Практическое руководство = Sams Teach Yourself UML in 24 Hours, Complete Starter Kit. — М.: Вильямс, 2005. — 416 с. — ISBN 0-672-32640-X.
• Грейди Буч, Джеймс Рамбо, Айвар Джекобсон. Язык UML. Руководство пользователя = The Unified Modeling Language user guide. — 2-е изд. — М., СПб.: ДМК Пресс, Питер, 2004. — 432 с. — ISBN 5-94074-260-2.
• Буч Г., Якобсон А., Рамбо Дж. UML. Классика CS / С. Орлов. — 2-е изд.. — СПб.: Питер, 2006. — 736 с. — ISBN 5-46900-599-2.
• Леоненков А. В. Самоучитель UML 2. — СПб.: БХВ-Петербург, 2007. — 576 с.: ил.ISBN 978-5-94157-878-8

Ссылки

• Спецификация текущей версии UML
• Сайт ресурсов UML (англ.), поддерживаемый Object Management Group
• UML Resource Center (англ.) IBM
• Unified Modeling Language, версия 2.0 IBM / developerWorks
• UML 2.2 — заготовки и шаблоны для MS Visio
• Простые UML диаграммы для вставки на веб-страницы