Новиков Ф.А. Учебно-методическое пособие по дисциплине Анализ и проектирование на UML
Подождите немного. Документ загружается.
например, в программе есть несколько оператор присваивания для
одной переменной, то история изменения значения переменной (т. е.
поток данных) определяется тем, в каком порядке выполняются
присваивания (т. е. потоком управления). Но это зависимость по
данным между операторами непосредственно в тексте программы
отражается далеко не так явно, как зависимость по управлению.
115
Довольно давно была предложен двойственный способ определения
программы: явно указывается зависимость по данным, т. е. поток
данных, а поток управления определяется потоком данных. Например,
самый простой способ определить поток управления по потоку данных
такой: для всех шагов алгоритма известно, какие данные являются
входными (какие переменные используются), а какие данные являются
выходными (какие переменные вычисляются). Поток управления
определяется так: шаг алгоритма выполняется, как только все его
входные данные определены (см. для сравнения врезку "Диаграммы
потоков данных" в разд. 2.2.6).
При объектно-ориентированном подходе к моделированию поток данных — это
изменение состояний объектов во времени, и описание такого изменения
существенным образом характеризует поведение. Для описания данной
характеристики поведения в UML используются понятия траектория объекта и
объект в состоянии.
Объект в состоянии — это объект некоторого класса, про который известно, что
он находится в определенном состоянии в данной точке вычислительного
процесса.
Синтаксически объект в состоянии изображается, как обычно, в виде
прямоугольника и его имя подчеркивается, но дополнительно после имени объекта
в квадратных скобках пишется имя состояния, в котором в данной точке
вычислительного процесса находится объект. В некоторых случаях состояние
объекта не важно, например, если достаточно указать, что в данной точке
вычислительного процесса создается новый объект данного класса, и в этом случае
применяется обычная нотация для изображения объектов. Важно подчеркнуть, что
объект в состоянии на диаграммах деятельности "по определению" считается
состоянием, т. е. вершиной графа модели, которая может быть инцидентна
переходам, правда переходам особого рода
Траектория объекта
116
— это переход особого рода, исходным и/или целевым
состоянием которого является объект в состоянии.
115
Это обстоятельство является источником болезненных ошибок в программах. Например,
типичная ошибка: использование неинициализированной переменной, т. е. использование в
вычислениях значения переменной до того, как это значение было определено.
116
Некоторые авторы предпочитают использовать слово "поток", поскольку словосочетания "поток
данных" и "поток управления" являются давно и хорошо устоявшимися терминами. Мы все-таки
остановились на термине "траектория объекта", поскольку "поток объекта" по-русски звучит уж
очень нескладно, хотя и соответствует устоявшейся традиции.
Траектория объекта изображается в виде пунктирной стрелки (в отличии от
сплошной стрелки обычного перехода). Семантически траектория объекта,
проведенная от состояния деятельности к объекту в состоянии означает, что
результатом деятельности является переход указанного объекта в данное состояние
(или может быть, создание нового объекта в указанном состоянии, что является
частным случаем изменения состояния). Траектория объекта, проведенная от
объекта в состоянии к состоянию деятельности к означает, что объект в данном
состоянии является необходимым входным данным указанной деятельности.
Таким образом объекты в состоянии и траектории позволяют показать на
диаграмме деятельности не только зависимость по управлению, но и зависимость
по данным между состояниями деятельности на диаграмме. А именно, чтобы
показать, что одна деятельность использует результаты другой деятельности,
достаточно показать траекторию передаваемого объекта.
Рассмотрим это на примере диаграммы деятельности, описывающей процесс найма
сотрудника в информационной системы отдела кадров. Рис. 4.43 в основном
повторяет рис. 4.21 и 4.42, но здесь представлена траектория объекта класса
Person, хранящего данные о принимаемом сотруднике. На диаграмме хорошо
видно, что именно является входными и выходными данными каждого из
состояний деятельности: в результате деятельности Interview создается новый
объект, который далее обрабатывается, меняя свою состояние.
Рис. 4.43. Траектория объекта
Some DptHR Dpr
Interview Approve
Fill Forms
Refuse
[reject]
[accept]
: Person
[Empty]
: Person
[Approved]
: Person
[Accepted]
: Person
[Rejected]
Нетрудно заметить, что в данном случае мы фактически повторяемся, описывая
поведение системы. Из диаграммы на рис. 4.43 следует, что деятельность Approve
выполняется после деятельность Interview причем это указано дважды: один раз с
помощью перехода по завершении из Interview в Approve и второй раз с помощью
траектории объекта, показывающей, что для выполнения деятельности
Approve
необходим объект, создаваемый деятельностью
Interview. Разумеется, UML
позволяет не говорить лишнего: диаграмма на рис. 4.44 описывает то же самое
поведение, что и диаграмма на рис. 4.43.
Рис. 4.44. Использование траекторий объектов вместо переходов по завершении
4.3.5. Отправка и прием сигналов
В UML имеется довольно много обозначений, которые не несут самостоятельной
семантической нагрузки, а являются "синтаксическим сахаром", применяемым для
повешения наглядности, сокращения записи и просто для украшения диаграмм.
Особенно много таких украшений предусмотрено для диаграмм деятельности, что
не удивительно, учитывая их близкое родство с блок-схемами. Часть таких
вспомогательных обозначений мы уже рассмотрели в предыдущих разделах,
например обозначение для ветвления сегментированных переходов (ромбик, см.
разд. 4.3.2), другие рассматриваются ниже, в более подходящем контексте
(например, развилки и слияния, разд. 4.4.4). Здесь мы рассмотрим специальную
нотацию, применяемую для обозначения действий по отправке и получению
сигналов на переходах.
HR Dpr Some Dpt
Interview Approve
Fill Forms
Refuse
: Person
[Empty]
: Person
[Approved]
: Person
[Accepted]
: Person
[Rejected]
[accept]
[reject]
Вернемся еще раз к примеру с наймом на работу и допустим, что мы хотим
отразить в модели несколько иной вариант поведения. В диаграммах на рис. 4.41–
4.44 процесс происходящий в приемной отдела кадров приостанавливается на то
время, пока не будут завершена деятельность по оценке кандидата и принятию
решения, которая фактически происходит в другом месте. Такое вынужденное
ожидание может быть психологически неприятно кандидату (равно как и
менеджеру по персоналу).
117
Допустим, что в проектируемой информационной
системы отдела кадров требуется обеспечить асинхронное проведение процесса
приема: после сбора сведений о кандидате менеджер по персоналу отправляет
сигнал в соответствующие инстанции и в ожидании ответного сигнала с решением
переводит себя и кандидата в состояние ожидания с внутренней активностью —
угощает чаем, рассказывает о миссии организации и т. п. В рамках уже
рассмотренных обозначений такая ситуация может быть описана диаграммой
деятельности (с использованием простого состояния), как показано на рис. 4.45.
Здесь мы предполагаем, что в не отображаемых на диаграмме "инстанциях"
принимается сигнал Request с аргументом person и в ответ отправляется сигнал
Answer с аргументом decision.
Рис. 4.45. Асинхронный процесс принятия решения при найме
117
Распространенный выход из этой ситуации — "зайдите за ответом завтра после обеда" — не
соответствует современному стилю общения.
Interview
Bla-bla-bla
/ send Request(person)
Answer(desicion)
Fill Forms Refuse
[decision = reject]
[decision = accept]
Состояние
деятельности
Переход по
завешении
с действием
отправка сигнала
Простое
состояние
Переход
по событию
сигнала
Сегменты перехода
со сторожевыми условиями
Приведенная на рис. 4.45 диаграмма точно описывает желаемое поведение, но
может показаться не слишком наглядной: читатель должен знать синтаксические
детали обозначений UML, чтобы понять описание процесса с первого взгляда.
Между тем имеется хорошо знакомая очень многим наглядная система
обозначений для передачи и приема сигналов (см. рис. 4.1). Эта система
обозначений также включена в UML. Суть состоит в том, что действие по отправке
и приему сигнала изображаются в виде фигур, сегментирующих соответствующие
переходы. Применение данных обозначений приводит нас к диаграмме на
рис. 4.46.
Рис. 4.46. Специальные обозначения для отправки и приема сигналов
4.3.6. Применение диаграмм деятельности
Подводя итоги описания диаграмм деятельности в UML, мы хотим вернуться к
обсуждению области применения этих диаграмм.
С одной стороны, диаграммы деятельности — общее и мощное средство описания
алгоритмов. Причем не обязательно программно реализованных алгоритмов:
диаграммы деятельности с успехом можно применять для моделирования
поведения людей, устройств и организаций при выполнении бизнес-процессов.
Обратите внимание, что в наших примерах про процесс приема на работу (см.
рис. 4.41–4.46) никакой программной реализации, вообще говоря, не
подразумевается. Скорее всего, деятельности, обозначенные на этих диаграммах,
должны иметь некоторую программную поддержку, но они не могут выполняться
Interview
Bla-bla-bla
Fill Forms Refuse
[decision = reject]
[decision = accept]
Состояние
деятельности
Отправка
сигнала
Простое
состояние
Прием
сигнала
Сегменты перехода
со сторожевыми условиями
Request
Answer
полностью автоматически — в них вовлечены люди. Если мы рассматриваем
диаграммы деятельности как средство описания бизнесс-процессов, то их
естественное место в рамках UML — послужить первым шагом при реализации
вариантов использования.
С другой стороны, диаграммы деятельности, равно как и блок-схемы, можно
применять практически как средство визуального структурного программирования.
Посмотрите еще раз рис. 4.33, 4.36-4.37 и особенно рис. 4.39 — это готовый к
выполнению код.
118
В качестве средства программирования диаграммы
деятельности целесообразно применять для реализации операций (что, фактически,
и сделано нами в упомянутых примерах — реализована операция удаления
подразделения).
Таким образом, диаграммы деятельности применяются для описания поведения на
самом высоком уровне абстракции, наиболее удаленном от программной
реализации и на самом низком уровне, практически на уровне программного
кода.
Данное наблюдение дает нам повод дать следующую рекомендацию. Если при
проектировании выявляется операция, выполнение которой непосредственно
реализует вариант использования (как в случае операции удаления подразделения),
то составление диаграммы деятельности является наилучшим способом
моделирования поведения.
На рис. 4.47 приведен наш вариант метамоделей элементов диаграммы
деятельности в UML. Поскольку диаграмма деятельности является частным
случаем
машины состояний, метаклассы, соответствующие элементам диаграммы
деятельности определяются как подклассы метаклассов машины состояний.
118
К сожалению, анализируя возможности инструментов, доступных автору в момент написания
книги, приходится констатировать, что диаграммы деятельности для генерации кода не
используются (или используются не в полной мере), хотя даже авторы языка в [1] указали на
возможность и желательность такого применения.
-entry : Action
-exit : Action
-do : Action
State
Simple State
-isConcurrent : Boolean
Composite State
Activity State Action State
-state : State
Object Flow State
Classifier
1
+type*
{has entry action
has not do activity
has not exit action}
{has not entry action
has not exit action
has do activity}
Рис. 4.47. Метамодель элементов диаграммы деятельности
4.4. Диаграммы взаимодействия
Диаграммы взаимодействия предназначены для моделирования поведения путем
описания взаимодействия объектов для выполнения некоторой задачи или
достижения определенной цели. Взаимодействие происходит путем обмена
сообщениями. Диаграммы взаимодействия применяются на разных уровнях
моделирования: как для описания поведения отдельных операций, так и целых
вариантов использования. Данный тип диаграмм позволяет описывать не только
взаимодействие программных объектов (экземпляров классов), но и
взаимодействие экземпляров иных классификаторов: действующих лиц, вариантов
использования, подсистем, компонентов, узлов. Диаграммы взаимодействия
графически изображаются в двух формах: диаграммы последовательности и
диаграммы кооперации.
Мы уже отмечали, что диаграммы кооперации и диаграммы последовательности
семантически эквиваленты, хотя графически выглядят совсем по-разному.
Семантически эти диаграммы эквиваленты потому, что
описывают одно и то же:
последовательность передачи сообщений между объектами в процессе
взаимодействия объектов. А выглядят по-разному они потому, что в диаграмме
последовательности графически подчеркивается упорядоченность во времени
передаваемых сообщений, в то время как в диаграмме кооперации на передний
графический план выдвигается структура связей между объектами, по которым
передаются сообщения
.
Сразу подчеркнем главное: оба типа диаграмм моделируют поведение "по
индукции", от частного к общему, путем описания конкретного протокола
передачи сообщений (т. е. сценария). В этом и сила и слабость данного способа
описания поведения. Сильная сторона состоит в том, что в объектно-
ориентированной парадигме обмен сообщениями — это и есть само выполнение
программы, поэтому протокол передачи сообщений является наиболее точной
моделью поведения. Диаграммы взаимодействия находятся "ближе" к реальному
выполнению программы, чем другие средства описания поведения. Слабость
диаграмм взаимодействия состоит в том, что это диаграммы описывают поведение
на уровне объектов, а не классов, на уровне протоколов выполнения алгоритма, а
не самого алгоритма. Диаграммы взаимодействия менее "алгоритмичны", чем
машины состояний и диаграммы деятельности.
На диаграммах обоих типов основными сущностями являются объекты:
экземпляры классификаторов — классов и действующих лиц. Отношениями же
являются связи, т. е. экземпляры ассоциаций, по которым передаются сообщения.
Наряду с основными сущностями и отношениями на диаграммах
последовательности и кооперации применяется множество дополнительных
элементов нотации, которые рассматриваются в разд. 4.4.2 и 4.4.3, соответственно.
Но прежде чем переходить к особенностям нотации, необходимо рассмотреть
основные элементы, используемые на этих диаграммах — сообщения.
4.4.1. Сообщения
Сообщение — это передача управления и информации от одного объекта
(отправителя) к другому (получателю). Отправка сообщения является действием
(см. разд. 4.3.1), а получение сообщения — событием (см. разд. 4.2.4).
Не все действия связаны с передачей информации и отправкой сообщений. В UML
таковыми считаются:
• вызов операции;
• создание объекта;
• уничтожение объекта;
• возврат значения;
• посылка сигнала.
Действие записывается в виде текста над (или рядом со) стрелкой,
символизирующей сообщение. Если действие имеет параметры (вызов операции,
создание объекта, посылка сигнала), то аргументы, соответствующие параметрам
по числу и типам, записываются справа от имени действия в круглых скобках. Если
действием является вызов операции, возвращающей значения, то слева от имени
записывается список переменных для возвращаемых значений (их может быть
несколько в случае широковещательного вызова) знак присваивания
:=. Таком
образом, та часть нотации сообщений, которая относится у выполняемому
действию, имеет следующий синтаксис.
переменные := ИМЯ ( аргументы )
Сообщение имеет отправителя и получателя. Получателей может быть несколько,
такое сообщение называется широковещательным. Все получатели
широковещательного сообщения получают одно и то же сообщение.
Поскольку получение сообщения является событием, то получатель сообщения
вместе с информацией получает и управление (для того, чтобы иметь возможность
выполнить действия, инициируемые полученным сообщением). В UML
различается несколько типов тип передачи управления с помощью сообщения.
Чтобы отличить тип передачи сообщения, в UML применяется специальная
графическая нотация, а именно, различаются виды стрелок, которыми
обозначаются сообщения. Хотя на диаграммах кооперации и последовательности
сообщения обозначаются различным образом, принципы изображения одинаковы и
перечислены в табл. 4.4.
Таблица 4.4. Типы передачи сообщений
Вид стрелки Тип передачи сообщения
Вложенный поток управления. Данный тип передачи сообщения
подразумевает, что отправитель может отправить следующее сообщение
только после того, как завершиться выполнение всех действий,
инициированных данным сообщением. Обычно применяется при вызове
операций.
Простой поток управления. Данный тип передачи подразумевает, что
управление передается от отправителя сообщения получателю (возможно,
безвозвратно). Обычно применяется при моделировании поведения на уровне
действующих лиц и вариантов использования.
Асинхронный поток управления. Данный тип передачи подразумевает, что
сообщение асинхронно передается от отправителя получателю, при этом у
отправителя сохраняется свой поток управления, независящий от потока
управления получателя. Обычно применяется при отправке сигналов.
Возврат управления. Данный тип передачи подразумевает возврат управления
после выполнения всех действий, инициированных передачей сообщения с
вложенным поток управления. При этом могут быть указаны возвращаемые
значения. Данный тип передачи сообщения можно не отображать на
диаграмме, поскольку он подразумевается по умолчанию при вызове
операций.
не определяется Допускается использование при моделировании других, не
определяемых в
UML, типов передачи управления, например, передача управления по
истечении времени.
Для того, чтобы сообщение могло быть передано от отправителя к получателю,
отправитель должен "знать" получателя. Другими словами, должна существовать
ассоциация между классами отправителя и получателя, экземпляр которой (связь) и
служит тем путем, по которому передается сообщение. На диаграмме кооперации
эта связь всегда изображается в явном виде, на диаграмме последовательности она
подразумевается.
Однако поведение определяется не только и не столько тем, какие объекты
посылают какие сообщения, но прежде всего тем, в каком порядке это происходит.
UML позволяет определить относительный порядок сообщений во взаимодействии,
причем это делается несколькими различными способами.
•
На диаграмме последовательности порядок сообщений определяется временем
их отправки, а время считается текущим на диаграмме сверху вниз. Таким
образом, сообщения, изображенные выше, предшествуют сообщениям,
изображенным ниже.
119
• Порядок можно задать с помощью последовательного номера сообщения,
правила формирования которого описаны в разд. 4.4.3. Данные номера
уникальны и обладают тем свойством, что сообщения с меньшими номерами
предшествуют сообщениям с большими.
• Наконец, порядок можно указать, перечислив (через запятую) номера
сообщений, предшествующих данному.
Чуть выше мы утверждали, что диаграммы почти не позволяют выйти за пределы
описания протоколов выполнения алгоритмов (т. е. линейных программ). Здесь
необходимо уточнить, что же все-таки можно сделать. UML позволяет задать
повторность сообщения, т. е. либо задать сторожевое условие (см. разд. 4.2.2),
либо повторитель (см. разд. 4.3.1). Семантика этих конструкций очевидна:
сообщение посылается только при условии истинности сторожевого условия, а
повторитель определяет, сколько раз нужно послать данное сообщение (возможно,
разным объектам). Синтаксис такой же, как и для диаграмм состояний.
Таким образом, вообще говоря, сообщение может быть довольно сложной
синтаксической конструкцией. Сразу отметим, что абсолютно все возможные части
описания сообщения, как правило, нет нужды использовать — обязательным
является только имя. Общий синтаксис текста описания сообщения следующий.
предшественники / повторность номер : переменные := ИМЯ (
аргументы )
На рис. 4.48 приведена метамодель сообщений.
-name : String
ModelElement
Message Instance
ClassifierAction
Link
Association
*
+base1
*
+type1
*
+action1
*+sender1
*
+receiver
1
0..1
+message
*
+successor
*
+predecessor *
Рис. 4.48. Метамодель сообщений
119
Это единственный случай в UML, когда взаимное положение элементов на диаграмме имеет
значение. Во всех остальных случаях взаимное положение элементов не важно: все определяется
только инцидентностью элементов.