UML

UML (сокр. от англ. Unified Modeling Language — унифицированный язык моделирования) — язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения. UML является языком широкого профиля, это открытый стандарт, использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, которая называется UML моделью. UML был создан для определения, визуализации, проектирования и документирования по большей части программных систем.

Использование UML не ограничивается моделированием программного обеспечения. Его также используют для моделирования бизнес-процессов, системного проектирования и отображения организационных структур.

UML позволяет разработчикам ПО достигнуть консенсуса в графических обозначениях для представления общих понятий (таких как класс, компонент, обобщение (generalization), объединение (aggregation) и поведение) и больше сконцентрироваться на проектировании и архитектуре.

История

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, разработанные Бучем (Booch) и Рамбо (Object Modeling Technique — OMT). OMT был ориентирован на анализ, а Booch — дизайн программных систем. В октябре 1995 года была выпущена предварительная версия 0.8 унифицированного метода (англ. Unified Method). Осенью 1995 года к компании Rational присоединился Айвар 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, выпустила спецификации UML версий 0.9 и 0.91 в июне и октябре 1996 года.

На волне растущего интереса к UML к разработке новых версий языка 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.

Формальная спецификация последней версии UML 2.0 опубликована в августе 2005 года. Семантика языка была значительно уточнена и расширена для поддержки методологии Model Driven Development — MDD (англ.).

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

Диаграммы

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

Structure Diagrams: Class diagram Component diagram Composite structure diagram Collaboration (UML2.0) Deployment diagram Object diagram Package diagram 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: Классов Компонентов Композитной/составной структуры Кооперации (UML2.0) Развёртывания Объектов Пакетов Диаграммы поведения: Деятельности Конечных автоматов (состояний) Прецедентов Диаграммы взаимодействия: Коммуникации (UML2.0) / Кооперации (UML1.x) Обзора взаимодействия (UML2.0) Последовательности Синхронизации (UML2.0)

Диаграмма классов

Диаграмма классов, Class diagram — статическая структурная диаграмма, описывающая структуру системы, она демонстрирует классы системы, их атрибуты и зависимости между классами.

Диаграмма компонентов

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

Диаграмма композитной/составной структуры

Шаблон проектирования Адаптер 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 — 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 — вложенный видов деятельности и отдельных действий (англ. action), соединённых между собой потоками, которые идут от выходов одного узла ко входам другого.

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

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.

Диаграмма прецедентов

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

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 изображено упорядоченное во времени взаимодействие объектов. В частности, на ней изображаются участвующие во взаимодействии объекты и последовательность сообщений, которыми они обмениваются.

Диаграмма обзора взаимодействия

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

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 ОО-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 расширяем и позволяет вводить собственные текстовые и графические стереотипы, что позволяет применять 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, т.к. более новые ревизии включают больше "разработанных-комитетом" компромиссов.
• Неточная семантика. Т.к. 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, проводя 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 (статья ACM на англ. содержит занимательное повествование о количестве таких случаев.)
• Только код отражает код. Другая перспектива, которая соответствует мнению, что важны рабочие системы, а не красивые модели. Как лаконично выразился Джек Ривс, "The code is the design." (англ. "Код и есть проект")[1][2] Следуя за этой идеей 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, т.к. 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 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

• Бизнес-моделирование
• Инструменты UML-моделирования
• Шаблоны проектирования
• Блок-схема
• SysML
• IDEF
• DFD

Ссылки

• Сайт ресурсов UML, поддерживаемый Object Management Group
• IBM > UML Resource Center (на английском)
• IBM > developerWorks > Unified Modeling Language, версия 2.0
• UML2.ru - сообщество IT-аналитиков, архитекторов и консультантов
• [3]

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. — С. 736. — ISBN 0-13-148906-2^{о книге}
• Джозеф Шмуллер Освой самостоятельно UML 2 за 24 часа. Практическое руководство = Sams Teach Yourself UML in 24 Hours, Complete Starter Kit ‭. — М.: «Вильямс», 2005. — С. 416. — ISBN 0-672-32640-X^{о книге}
• Буч Г., Якобсон А., Рамбо Дж. UML. Классика CS. 2-е изд./ Пер. с англ.; Под общей редакцией проф. С. Орлова —СПб.: Питер, 2006. —736 с. ISBN 5-469-00599-2