Ujednolicony język modelowania (UML) jest językiem modelowania ogólnego przeznaczenia. Głównym celem UML jest zdefiniowanie standardowego sposobu wyobrażać sobie sposób, w jaki system został zaprojektowany. Jest dość podobny do planów stosowanych w innych dziedzinach inżynierii. UML jest nie jest językiem programowania , jest to raczej język wizualny.

Ważne tematy dotyczące diagramów ujednoliconego języka modelowania (UML).

wzór projektowy konstruktora

• Co to jest UML?
• Dlaczego potrzebujemy UML-a?
• Różne typy diagramów UML
• Strukturalne diagramy UML
• Behawioralne diagramy UML
• Koncepcje obiektowe stosowane w diagramach UML
• Narzędzia do tworzenia diagramów UML
• Kroki tworzenia diagramów UML
• Najlepsze praktyki dotyczące diagramów UML
• UML i zwinny rozwój
• Typowe wyzwania w modelowaniu UML
• Korzyści ze stosowania diagramów UML

1. Co to jest UML?

Unified Modeling Language (UML) to ustandaryzowany język modelowania wizualnego używany w inżynierii oprogramowania w celu zapewnienia ogólnego, rozwojowego i intuicyjnego sposobu wizualizacji projektu systemu. UML pomaga w określaniu, wizualizacji, konstruowaniu i dokumentowaniu artefaktów systemów oprogramowania.

• Używamy diagramów UML do przedstawiania zachowanie i struktura systemu.
• UML pomaga inżynierom oprogramowania, biznesmenom i architektom systemów w modelowaniu, projektowaniu i analizie.
• W 1997 roku grupa Object Management Group (OMG) przyjęła jako standard ujednolicony język modelowania. Od tego czasu jest on zarządzany przez OMG.
• Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) opublikowała UML jako zatwierdzony standard w 2005 roku. UML był przez lata poprawiany i poddawany okresowym przeglądom.

2. Dlaczego potrzebujemy UML-a?

• Złożone aplikacje wymagają współpracy i planowania wielu zespołów, dlatego też wymagają jasnego i zwięzłego sposobu komunikacji między nimi.
• Biznesmeni nie rozumieją kodu. Dlatego UML staje się niezbędny do komunikowania się z nieprogramistami na temat podstawowych wymagań, funkcjonalności i procesów systemu.
• Dzięki wizualizacji procesów, interakcji użytkowników i statycznej struktury systemu zespoły mogą zaoszczędzić dużo czasu.

3. Różne typy diagramów UML

UML jest powiązany z zorientowaniem obiektowym projektowanie i analiza. UML wykorzystuje elementy i tworzy powiązania między nimi, tworząc diagramy. Diagramy w języku UML można ogólnie podzielić na:

4. Strukturalne diagramy UML

4.1. Schemat klas

Najpopularniejszym diagramem UML jest diagram klas. Jest to element konstrukcyjny wszystkich systemów oprogramowania zorientowanego obiektowo. Diagramy klas służą do zobrazowania statycznej struktury systemu poprzez pokazanie klas systemu, ich metod i atrybutów. Diagramy klas pomagają nam również zidentyfikować relacje między różnymi klasami lub obiektami.

4.2. Schemat struktury złożonej

Diagramy struktury złożonej służą do przedstawienia wewnętrznej struktury klasy i jej punktów interakcji z innymi częściami systemu.

• Diagram struktury złożonej przedstawia relacje między częściami i ich konfiguracją, które określają zachowanie klasyfikatora (klasy, komponentu lub węzła wdrażania).
• Reprezentują wewnętrzną strukturę klasyfikatora strukturalnego wykorzystującego części, porty i złącza.
• Możemy również modelować współpracę za pomocą diagramów struktury złożonej.
• Są podobne do diagramów klas, z tą różnicą, że szczegółowo przedstawiają poszczególne części w porównaniu z całą klasą.

4.3. Schemat obiektu

Diagram obiektów można określić jako zrzut ekranu instancji w systemie i relacji istniejących między nimi. Ponieważ diagramy obiektów przedstawiają zachowanie po utworzeniu instancji obiektów, możemy badać zachowanie systemu w określonym momencie.

• Diagram obiektowy jest podobny do diagramu klas, z tą różnicą, że pokazuje instancje klas w systemie.
• Za pomocą diagramów klas przedstawiamy rzeczywiste klasyfikatory i ich relacje.
• Z drugiej strony diagram obiektowy reprezentuje określone instancje klas i relacje między nimi w danym momencie.

4.4. Schemat komponentów

Diagramy komponentów służą do przedstawienia sposobu zorganizowania fizycznych komponentów systemu. Wykorzystujemy je do modelowania szczegółów implementacji.

• Diagramy komponentów przedstawiają strukturalne powiązania pomiędzy elementami systemu oprogramowania i pomagają nam zrozumieć, czy wymagania funkcjonalne zostały uwzględnione w planowanym rozwoju.
• Diagramy komponentów stają się niezbędne podczas projektowania i budowania złożonych systemów.
• Interfejsy służą komponentom systemu do wzajemnej komunikacji.

4,5. Schemat wdrożenia

Diagramy wdrożeniowe służą do przedstawienia sprzętu systemowego i jego oprogramowania. Mówią nam, jakie komponenty sprzętowe istnieją i jakie komponenty oprogramowania na nich działają.

• Ilustrujemy architekturę systemu jako dystrybucję artefaktów oprogramowania w rozproszonych celach.
• Artefakt to informacja wygenerowana przez oprogramowanie systemowe.
• Są one używane głównie wtedy, gdy oprogramowanie jest używane, dystrybuowane lub wdrażane na wielu komputerach o różnych konfiguracjach.

4.6. Schemat pakietu

Diagramy pakietów służą do przedstawienia sposobu zorganizowania pakietów i ich elementów. Diagram pakietu po prostu pokazuje nam zależności pomiędzy różnymi pakietami i ich wewnętrzną kompozycję.

• Pakiety pomagają nam organizować diagramy UML w znaczące grupy i sprawiają, że diagram jest łatwy do zrozumienia.
• Są one używane głównie do organizowania diagramów klas i przypadków użycia.

5. Behawioralne diagramy UML

5.1. Diagramy maszyn stanowych

Diagram stanu służy do przedstawienia stanu systemu lub jego części w skończonych momentach czasu. Jest to diagram behawioralny i reprezentuje zachowanie przy użyciu skończonych przejść stanu.

operator warunkowy w Javie

• Diagramy stanu nazywane są także diagramami stanów Maszyny stanu I Diagramy stanów
• Terminy te są często używane zamiennie. Mówiąc najprościej, diagram stanu służy do modelowania dynamicznego zachowania klasy w odpowiedzi na czas i zmieniające się bodźce zewnętrzne.

5.2. Diagramy aktywności

Diagramy aktywności służą do zilustrowania przepływu kontroli w systemie. Możemy również użyć diagramu aktywności, aby odnieść się do kroków związanych z wykonaniem przypadku użycia.

• Modelujemy działania sekwencyjne i współbieżne za pomocą diagramów aktywności. Zasadniczo przedstawiamy przepływy pracy wizualnie za pomocą diagramu działań.
• Diagram aktywności koncentruje się na stanie przepływu i kolejności, w jakiej następuje.
• Opisujemy lub przedstawiamy, co powoduje określone zdarzenie, za pomocą diagramu aktywności.

5.3. Użyj diagramów przypadków

Diagramy przypadków użycia służą do przedstawienia funkcjonalności systemu lub jego części. Są szeroko stosowane do zilustrowania wymagań funkcjonalnych systemu i jego interakcji z czynnikami zewnętrznymi (aktorami).

• Przypadek użycia to w zasadzie diagram przedstawiający różne scenariusze, w których można zastosować system.
• Diagram przypadków użycia daje nam ogólny pogląd na to, co robi system lub jego część, bez wchodzenia w szczegóły implementacji.

5.4. Diagram sekwencyjny

Diagram sekwencji po prostu przedstawia interakcję między obiektami w kolejności sekwencyjnej, tj. Porządku, w jakim te interakcje zachodzą.

• W odniesieniu do diagramu sekwencji możemy również użyć terminów diagramy zdarzeń lub scenariusze zdarzeń.
• Diagramy sekwencji opisują, jak i w jakiej kolejności funkcjonują obiekty w systemie.
• Diagramy te są szeroko stosowane przez przedsiębiorców i twórców oprogramowania do dokumentowania i zrozumienia wymagań dla nowych i istniejących systemów.

5.5. Schemat komunikacji

Diagram komunikacji (znany jako diagram współpracy w UML 1.x) służy do pokazywania sekwencyjnych komunikatów wymienianych między obiektami.

• Diagram komunikacji koncentruje się przede wszystkim na obiektach i ich relacjach.
• Podobne informacje możemy przedstawić za pomocą diagramów sekwencji, natomiast diagramy komunikacyjne przedstawiają obiekty i łącza w dowolnej formie.

5.6. Schemat rozrządu

Diagramy czasowe to specjalna forma diagramów sekwencji, które służą do przedstawiania zachowania obiektów w określonym przedziale czasowym. Używamy ich do pokazania ograniczeń czasowych i trwania, które rządzą zmianami stanów i zachowaniem obiektów.

5.7. Diagram przeglądu interakcji

Diagram przeglądu interakcji modeluje sekwencję działań i pomaga nam upraszczać złożone interakcje w prostsze zdarzenia. Jest to mieszanina diagramów aktywności i sekwencji.

statyczny w c

6. Pojęcia obiektowe stosowane w diagramach UML

1. Klasa: Klasa definiuje schemat, czyli strukturę i funkcje obiektu.
2. Obiekty : Obiekty pomagają nam rozkładać duże systemy i pomagają nam modularyzować nasz system. Modułowość pomaga podzielić nasz system na zrozumiałe komponenty, dzięki czemu możemy budować nasz system kawałek po kawałku.
3. Dziedzictwo: Dziedziczenie to mechanizm, dzięki któremu klasy potomne dziedziczą właściwości swoich klas nadrzędnych.
4. Abstrakcja: Abstrakcja w języku UML odnosi się do procesu podkreślania istotnych aspektów systemu lub obiektu przy jednoczesnym pomijaniu nieistotnych szczegółów. Abstrakcja, usuwając niepotrzebne zawiłości, ułatwia lepsze zrozumienie i komunikację między zainteresowanymi stronami.
5. Kapsułkowanie: Łączenie danych i ochrona ich przed światem zewnętrznym nazywa się enkapsulacją.
6. Wielopostaciowość: Mechanizm, dzięki któremu funkcje lub byty mogą istnieć w różnych formach.

6.1. Dodatki w UML 2.0

• Uwzględniono metodologie tworzenia oprogramowania, takie jak zwinne, a zakres oryginalnej specyfikacji UML został poszerzony.
• Pierwotnie UML określał 9 diagramów. UML 2.x zwiększył liczbę diagramów z 9 do 13. Cztery dodane diagramy to: diagram czasowy, diagram komunikacji, diagram przeglądu interakcji i diagram struktury złożonej. W UML 2.x zmieniono nazwę diagramów stanu na diagramy maszyny stanów.
• UML 2.x dodał możliwość dekompozycji systemu oprogramowania na komponenty i podkomponenty.

7. Narzędzia do tworzenia diagramów UML

Dostępnych jest kilka narzędzi do tworzenia diagramów w języku Unified Modeling Language (UML), które są powszechnie używane przy tworzeniu oprogramowania do wizualnego przedstawiania architektury, projektu i implementacji systemu. Oto kilka popularnych narzędzi do tworzenia diagramów UML:

• Przejrzysty wykres: Lucidchart to internetowe narzędzie do tworzenia diagramów obsługujące diagramy UML. Jest przyjazny dla użytkownika i umożliwia współpracę, umożliwiając wielu użytkownikom pracę nad diagramami w czasie rzeczywistym.
• Rysuj.io: Draw.io to bezpłatne, internetowe narzędzie do tworzenia diagramów, które obsługuje różne typy diagramów, w tym UML. Integruje się z różnymi usługami przechowywania w chmurze i może być używany w trybie offline.
• Paradygmat wizualny: Visual Paradigm zapewnia kompleksowy zestaw narzędzi do tworzenia oprogramowania, w tym do tworzenia diagramów UML. Oferuje wersje online i stacjonarną oraz obsługuje szeroką gamę diagramów UML.
• GwiazdaUML: StarUML to narzędzie do modelowania UML typu open source z przyjaznym dla użytkownika interfejsem. Obsługuje standardowe diagramy UML 2.x i pozwala użytkownikom dostosowywać i rozszerzać jego funkcjonalność za pomocą wtyczek.
• Papirus: Papyrus to narzędzie do modelowania UML typu open source, które jest częścią projektu Eclipse Modeling Project. Zapewnia konfigurowalne środowisko do tworzenia, edytowania i wizualizacji diagramów UML.
• RoślinUML: PlantUML to narzędzie tekstowe, które umożliwia tworzenie diagramów UML przy użyciu prostej i czytelnej dla człowieka składni. Jest często używany w połączeniu z innymi narzędziami i obsługuje różne typy diagramów.

8. Kroki tworzenia diagramów UML

Tworzenie diagramów w języku UML (Unified Modeling Language) to systematyczny proces, który zazwyczaj obejmuje następujące kroki:

• Krok 1: Określ cel:
  • Określ cel tworzenia diagramu UML. Różne typy diagramów UML służą różnym celom, takim jak przechwytywanie wymagań, projektowanie architektury systemu lub dokumentowanie relacji klas.
• Krok 2: Zidentyfikuj elementy i relacje:
  • Zidentyfikuj kluczowe elementy (klasy, obiekty, przypadki użycia itp.) i ich relacje, które należy przedstawić na diagramie. Ten krok obejmuje zrozumienie struktury i zachowania modelowanego systemu.
• Krok 3: Wybierz odpowiedni typ diagramu UML:
  • Wybierz typ diagramu UML, który najlepiej odpowiada Twoim potrzebom w zakresie modelowania. Typowe typy obejmują diagramy klas, diagramy przypadków użycia, diagramy sekwencji, diagramy aktywności i inne.
• Krok 4: Utwórz zgrubny szkic:
  • Przed użyciem narzędzia do modelowania UML pomocne może być utworzenie przybliżonego szkicu na papierze lub tablicy. Może to pomóc w wizualizacji układu i połączeń między elementami.
• Krok 5: Wybierz narzędzie do modelowania UML:
  • Wybierz narzędzie do modelowania UML, które odpowiada Twoim preferencjom i wymaganiom. Dostępne są różne narzędzia, zarówno online, jak i offline, które oferują funkcje tworzenia i edytowania diagramów UML.
• Krok 6: Utwórz diagram:
  • Otwórz wybrane narzędzie do modelowania UML i utwórz nowy projekt lub diagram. Rozpocznij dodawanie elementów (np. klas, przypadków użycia, aktorów) do diagramu i łączenie ich odpowiednimi relacjami (np. skojarzeniami, zależnościami).
• Krok 7: Zdefiniuj właściwości elementu:
  • Dla każdego elementu na diagramie określ odpowiednie właściwości i atrybuty. Może to obejmować atrybuty i metody klas, szczegóły przypadków użycia lub inne informacje specyficzne dla typu diagramu.
• Krok 8: Dodaj adnotacje i komentarze:
  • Zwiększ przejrzystość diagramu, dodając adnotacje, komentarze i objaśnienia. Pomaga to każdemu przeglądającemu diagram zrozumieć decyzje projektowe i logikę za nimi stojącą.
• Krok 9: Sprawdź i przejrzyj:
  • Przejrzyj diagram pod kątem dokładności i kompletności. Upewnij się, że relacje, ograniczenia i elementy dokładnie odzwierciedlają zamierzony system lub proces. Sprawdź poprawność diagramu pod kątem wymagań i dokonaj niezbędnych korekt.
• Krok 10: Udoskonalaj i powtarzaj:
  • Dopracuj diagram w oparciu o opinie i dodatkowe spostrzeżenia. Diagramy UML są często tworzone iteracyjnie w miarę ewolucji zrozumienia systemu.
• Krok 11: Wygeneruj dokumentację:
  • Niektóre narzędzia UML umożliwiają generowanie dokumentacji bezpośrednio na podstawie diagramów. Może to obejmować dokumentację zajęć, opisy przypadków użycia i inne istotne informacje.

Notatka: Pamiętaj, że poszczególne kroki mogą się różnić w zależności od typu diagramu UML i używanego narzędzia.

kod Fibonacciego w Javie

9. Najlepsze praktyki w zakresie diagramów UML

Unified Modeling Language (UML) to potężne narzędzie do wizualizacji i dokumentowania projektu systemu. Aby tworzyć efektywne i znaczące diagramy UML, konieczne jest przestrzeganie najlepszych praktyk. Oto kilka najlepszych praktyk UML:

1. Zrozum publiczność: Tworząc diagramy UML, weź pod uwagę swoich odbiorców. Dostosuj poziom szczegółowości i wybór diagramów, aby dopasować je do zrozumienia i potrzeb odbiorców, niezależnie od tego, czy są to programiści, architekci czy interesariusze.
2. Staraj się, aby diagramy były proste i skoncentrowane: Dąż do prostoty na swoich diagramach. Każdy diagram powinien koncentrować się na konkretnym aspekcie systemu lub określonym zestawie relacji. Unikaj bałaganu i niepotrzebnych szczegółów, które mogą odwrócić uwagę od głównego przekazu.
3. Używaj spójnych konwencji nazewnictwa: Zastosuj spójne i znaczące nazwy klas, obiektów, atrybutów, metod i innych elementów UML. Jasne i przemyślane konwencje nazewnictwa zwiększają zrozumiałość diagramów.
4. Postępuj zgodnie ze standardowymi notacjami UML: Przestrzegaj standardowych notacji i symboli UML. Spójność w stosowaniu konwencji UML gwarantuje, że Twoje diagramy będą łatwo zrozumiałe dla innych osób zaznajomionych z UML.
5. Zachowaj wyraźne relacje: Jasno zdefiniuj i oznacz relacje pomiędzy elementami. Użyj odpowiednich strzałek, notacji krotności i nazw asocjacji, aby przekazać charakter połączeń między klasami, obiektami lub przypadkami użycia.

10. UML i zwinny rozwój

Ujednolicony język modelowania (UML) i zwinne tworzenie oprogramowania to dwa różne podejścia do tworzenia oprogramowania, które można skutecznie zintegrować w celu usprawnienia ogólnego procesu tworzenia oprogramowania. Oto kilka kluczowych punktów na temat związku pomiędzy UML i programowaniem Agile:

10.1. UML w zwinnym rozwoju

• Wizualizacja i komunikacja: Diagramy UML umożliwiają wizualne przedstawienie architektury, projektu i zachowania systemu. W programowaniu Agile, gdzie komunikacja jest kluczowa, diagramy UML mogą służyć jako skuteczne narzędzia komunikacji pomiędzy członkami zespołu, interesariuszami, a nawet odbiorcami nietechnicznymi.
• Historie użytkowników i przypadki użycia: Diagramy przypadków użycia UML można wykorzystać do przechwytywania i modelowania historii użytkowników w programowaniu Agile. Przypadki użycia pomagają zrozumieć system z perspektywy użytkownika końcowego i przyczyniają się do tworzenia historii użytkownika.
• Modelowanie iteracyjne: Metodologie zwinne kładą nacisk na rozwój iteracyjny, a UML można dostosować do wspierania tego podejścia. Modele UML można tworzyć i udoskonalać stopniowo w miarę ewolucji zrozumienia systemu podczas każdej iteracji.
• Techniki modelowania zwinnego: Zwinne techniki modelowania, takie jak mapowanie historii użytkownika i mapowanie wpływu, uzupełniają UML, zapewniając lekkie sposoby wizualizacji i komunikowania wymagań i projektu. Techniki te są zgodne z zasadą Agile, według której przedkłada się działające oprogramowanie nad obszerną dokumentację.

10.2. Równowaga zwinności i modelowania

• Modelowanie adaptacyjne: Przyjmij podejście do modelowania adaptacyjnego, w którym UML jest używany w zakresie niezbędnym do skutecznej komunikacji i zrozumienia. Należy skupić się na dostarczaniu wartości poprzez działające oprogramowanie, a nie wyczerpującą dokumentację.
• Wzmocnienie zespołu: Daj zespołowi programistów możliwość wyboru odpowiedniego poziomu modelowania w oparciu o potrzeby projektu. Członkowie zespołu powinni czuć się komfortowo, używając języka UML jako narzędzia komunikacji, bez poczucia obciążenia nadmiernymi wymaganiami dotyczącymi modelowania.

11. Typowe wyzwania w modelowaniu UML

1. Czasochłonne: Modelowanie UML może być postrzegane jako czasochłonne, szczególnie w dynamicznych środowiskach Agile, w których kładzie się nacisk na szybki rozwój. Zespoły mogą mieć trudności z nadążaniem za potrzebą częstych aktualizacji diagramów UML.
2. Nadmierna dokumentacja: Zasady Agile cenią działające oprogramowanie ponad obszerną dokumentację. Podczas korzystania z UML istnieje ryzyko nadmiernej dokumentacji, ponieważ zespoły mogą spędzać zbyt dużo czasu na szczegółowych diagramach, które nie przyczyniają się bezpośrednio do dostarczania wartości.
3. Zmieniające się wymagania: Projekty Agile często stają w obliczu zmieniających się wymagań, a diagramy UML mogą szybko stać się nieaktualne. Nadążanie za tymi zmianami i zapewnienie, że modele UML odzwierciedlają bieżący stan systemu, może być wyzwaniem.
4. Problemy ze współpracą: Agile kładzie nacisk na współpracę między członkami zespołu, a czasami diagramy UML są postrzegane jako artefakty, które rozumieją tylko niektórzy członkowie zespołu. Zapewnienie każdemu możliwości wnoszenia wkładu w modele UML i korzystania z nich może być wyzwaniem.

12. Korzyści ze stosowania diagramów UML

1. Normalizacja: UML zapewnia ustandaryzowany sposób reprezentowania modeli systemów, zapewniając programistom i interesariuszom możliwość komunikacji przy użyciu wspólnego języka wizualnego.
2. Komunikacja: Diagramy UML stanowią potężne narzędzie komunikacji między zainteresowanymi stronami, w tym programistami, projektantami, testerami i użytkownikami biznesowymi. Pomagają w przekazywaniu złożonych idei w bardziej zrozumiały sposób.
3. Wyobrażanie sobie: Diagramy UML ułatwiają wizualizację komponentów systemu, relacji i procesów. Ta wizualna reprezentacja pomaga w zrozumieniu i projektowaniu złożonych systemów.
4. Dokumentacja: Diagramy UML mogą być wykorzystywane jako skuteczne narzędzia dokumentacji. Zapewniają ustrukturyzowany i zorganizowany sposób dokumentowania różnych aspektów systemu, takich jak architektura, projekt i zachowanie.
5. Analiza i projekt: UML wspiera zarówno fazy analizy, jak i projektowania rozwoju oprogramowania. Pomaga w modelowaniu wymagań systemu, a następnie przekształcaniu ich w projekt, który można wdrożyć.