2006.07.14 來(lái)自：swain 周曉光 原洪濤 蘇志遠
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UML0 引言
面向對象的軟件分析與設計(OOA&D) 方法得到的是 OO(Object-Oriented) 的模型 ,OOA&D 方法從模型開(kāi)始 , 就是識別對象、不斷細化的過(guò)程 , 開(kāi)發(fā)過(guò)程就是不斷的迭代過(guò)程 [1] 。簡(jiǎn)明準確的建模是把握復雜系統的關(guān)鍵，是一個(gè)優(yōu)秀系統開(kāi)發(fā)中的重要的核心部分，其目的是把所要設計的結構和系統的行為溝通起來(lái)，對系統的體系結構進(jìn)行可視化和控制，建?？梢愿玫睦斫庹跇嬙斓南到y，并提供簡(jiǎn)化和和復用的機會(huì )。因此面向對象的分析和設計應該從建模開(kāi)始。
本文在 并在 RUP(Rational Unified Process ) 指導下 , 把面向對象的設計方法運用于 B/ S 結構的 軟件系統中 , 利用 Rational ROSE 工具完成 B/ S 結構的信息管理系統的 UML建模 ; 通過(guò)這種基于 UML的內聚式、迭代式的建模設計 , 清晰展現系統的邏輯和框架結構 ,設計 出一套 B/ S 模式系統建模的方案。 實(shí)踐證明，筆者用這套方案可以很好地為管理信息系統處理需求和技術(shù)風(fēng)險、進(jìn)行軟件質(zhì)量控制，大大縮短開(kāi)發(fā)周期，使得開(kāi)發(fā)出來(lái)的系統功能強大、易維護、可擴展。
1 UML(統一建模語(yǔ)言)及RUP（統一軟件過(guò)程）簡(jiǎn)介
1.1 UML簡(jiǎn)介
統一建模語(yǔ)言 UML（Unified Modeling Language） 融合了 Booch、OMT和OOSE方法中的基本概念，是國際上標準的建模語(yǔ)言，是面向對象的分析和設計方法發(fā)展的產(chǎn)物，能夠產(chǎn)生和長(cháng)期其他技術(shù)學(xué)科的藍圖相似的草圖。 UML 有統一語(yǔ)義和符號表示 , 可使項目根植于一個(gè)成熟的標準建模語(yǔ)言 , 從而可以拓寬軟件系統的適用范圍 , 并提高其靈活程度 。
UML 是一種通用的可視化建模語(yǔ)言 , 用于對軟件進(jìn)行描述、可視化處理、構造和建立軟件系統的文檔。 UML融合了許多面向對象開(kāi)發(fā)方法的基本概念和優(yōu)點(diǎn)，具有 一致的圖形表示法和語(yǔ)義，同時(shí)也出現了許多 UML工具，能夠很好地支持軟件開(kāi)發(fā)，例如 UML 的開(kāi)發(fā)工具 Rational Rose 提供了面向對象的分析和設計 (OOA 和 OOD) 到面向對象編程 (OOP) 的平滑過(guò)渡機制 , 完整地體現了面向對象的軟件工程思想 [2] 。
1.2 UML的靜態(tài)建模機制和動(dòng)態(tài)建模機制
在應用中，當采用面向對象技術(shù)設計系統時(shí)，首先是描述需求，其次根據需求建立系統的靜態(tài)模型，以構造系統的結構。這兩步所建立的模型都是靜態(tài)的，包括用例圖、類(lèi)圖（包含包）、對象圖、組件圖和配置圖等五個(gè)圖形，是標準建模語(yǔ)言 UML 的靜態(tài)建模機制。第三步是描述系統的行為，所建立的模型或者可以執行，或者表示執行時(shí)的時(shí)序狀態(tài)或交互關(guān)系。它包括狀態(tài)圖、活動(dòng)圖、順序圖和合作圖等四個(gè)圖形，是標準建模語(yǔ)言 UML 的動(dòng)態(tài)建模機制。
UML包括靜態(tài)建模機制和動(dòng)態(tài)建模機制兩大類(lèi) 靜態(tài)結構定義了系統中重要對象的屬性和操作以及這些對象之間的相互關(guān)系 ; 動(dòng)態(tài)行為定義了對象的時(shí)間特性和對象為完成目標任務(wù)而相互進(jìn)行通信的機制。 UML定義了9種圖用于系統建模， 分為兩類(lèi)： 靜態(tài)結構圖和動(dòng)態(tài)行為圖。
1)靜態(tài)結構圖 可用于對系統的靜態(tài)方面進(jìn)行可視化、詳述、構造和文檔化?？梢园严到y的靜態(tài)方面看作是對系統的相對穩定的骨架的表示，它由類(lèi)、接口、協(xié)作、構件和節點(diǎn)等事物的布局組成。結構圖包括 :
類(lèi)圖 (Class diagram) 描述系統中類(lèi)的靜態(tài)結構，它定 義了系統中類(lèi)的內部結構以及類(lèi)之間的聯(lián)系，用來(lái)捕獲信息和事件中的對象 ； 對象圖 (Object diagram) 是類(lèi)的實(shí)例化圖 ； 構件圖 (Component diagram)描述程序代碼的物理結構 ； 部署圖 (Deployment diagram) 描述系統中軟、硬件的物 理體系結構，用于捕獲系統硬件和軟件構件的部署關(guān)系。
2)動(dòng)態(tài)行為圖 用于對系統的動(dòng)態(tài)方面進(jìn)行可視化、詳述、 構造和文檔化?？梢园严到y的動(dòng)態(tài)方面看作是對系統變化部 分的表示，它由諸如隨時(shí)間變化的信息流和在網(wǎng)絡(luò )上構件的 物理運動(dòng)之類(lèi)的事物組成。行為圖包括 :
用例圖 (Use Case diagram) 從用戶(hù)的角度描述系統的 功能，并指出各功能的執行者，說(shuō)明執行者與提供的用例之間的某種聯(lián)系 ； 順序圖 (Sequence diagram) 描述幾個(gè)對象之間的動(dòng)作 協(xié)作關(guān)系 ； 協(xié)作圖 (Collaboration diagram) 從另一個(gè)角度展示對象 之間的動(dòng)作協(xié)作關(guān)系。它可以和順序圖相互轉換。在 rational rose中可以由順序圖生成協(xié)作圖 ； 狀態(tài)圖 (State diagram) 描述一類(lèi)對象具有的所有可能的狀態(tài)以及狀態(tài)轉移關(guān)系 ； 活動(dòng)圖 (Active diagram) 描述系統中各種活動(dòng)的執行 順序。
1.3 RUP 簡(jiǎn)介
RUP，即Rational統一過(guò)程， 是一種適應 UML 的軟件生命周期方法， 是一個(gè)通用的過(guò)程框架 , 可用于各種不同類(lèi)型的軟件系統、各種不同的應用領(lǐng)域、各種不同類(lèi)型的組織、各種不同的功能級別以及各種不同的項目規模。 它 基于建模語(yǔ)言 UML 的、以體系結構為中心的、用例驅動(dòng)與風(fēng)險驅動(dòng)相結合的迭代 和增量的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程。 RUP 把軟件的開(kāi)發(fā)周期分為 初始、細化、構造和移交 四個(gè)階段 , 所有開(kāi)發(fā)工作都圍繞需求捕獲、分析、設計、實(shí)現和測試 五 個(gè)核心工作來(lái)組織。構造階段通過(guò)一系列迭代過(guò)程建造系統，每一次迭代都是一個(gè)小項目，需要對所要求的用例進(jìn)行分析、設計、編碼、測試和集成。
UML可視化建模系統支持從系統需求、系統分析到系統設計的整個(gè)建模過(guò)程，如表 1 所示。在需求分析階段， UML 可以用用例來(lái)捕獲用戶(hù)需求。通過(guò)需求建模，描述對系統感興趣的外部角色及其對用例的功能要求。在分析和設計階段，通過(guò) UML 的靜態(tài)建模機制和動(dòng)態(tài)建模機制對問(wèn)題域的對象建模，描述類(lèi)的屬性、類(lèi)之間的關(guān)系、系統動(dòng)態(tài)特征。編碼是一個(gè)獨立的階段，其任務(wù)是用面向對象編程語(yǔ)言將來(lái)自設計階段的類(lèi)轉換成實(shí)際的代碼。 UML 模型還可作為測試階段的依據。同 UML還支持對系統體系結構的建模。
2 外國專(zhuān)家管理信息系統的建模設計
外國專(zhuān)家管理信息系統是專(zhuān)門(mén)用來(lái)管理來(lái)華的外國專(zhuān)家相關(guān)信息的軟件系統。它的基本任務(wù)是管理，它涵蓋了來(lái)華的外國專(zhuān)家從申請來(lái)華及在華期間，到離校的各個(gè)階段所涉及的信息，同時(shí)還管理了外專(zhuān)聘請單位的基本信息、外國專(zhuān)家聘請需求的基本信息。通過(guò)該系統，能夠快捷、方便的對來(lái)華外專(zhuān)的各類(lèi)信息進(jìn)行綜合的科學(xué)的管理，提高了辦公效率 , 簡(jiǎn)化了部門(mén)（企業(yè)）內部的信息管理工作，而且進(jìn)一步提高了部門(mén)（企業(yè)）內部的信息交流程度，達到數據的共享，使管理工作更加規范化、科學(xué)化、全面化。
B/ S 結構的管理信息系統往往具有復雜與高度動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)。運用 UML 建模技術(shù)和 RUP 軟件工程技術(shù) , 就能夠讓開(kāi)發(fā)過(guò)程更加流暢 , 確保 B/ S 結構的系統將來(lái)更容易維護。
2.1 用戶(hù)和角色
系統分析要求接觸用戶(hù),同時(shí)系統還要能夠控制不同的用戶(hù)角色和權限。通過(guò)對用戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)并了解他們的需求,從而確定安全機制、功能限制方案、用戶(hù)界面分組和對具體內容的需求。圖1 顯示了幾組不同的系統用戶(hù)(在UML 中稱(chēng)為Actor , 即參與者) 。普通的用戶(hù)類(lèi)型(“普通用戶(hù)”) 位于圖的頂端,空心箭頭表示generalization(泛化) 關(guān)系,表示“User”又可以具體分成兩類(lèi)用戶(hù): 注冊用戶(hù),未注冊用戶(hù)。而注冊用戶(hù)和未注冊用戶(hù)各自私有的特征則在對應的參與者中說(shuō)明。在本例中,注冊用戶(hù)又可以細分為外國專(zhuān)家、管理員、行管人員三種類(lèi)型,系統對這些用戶(hù)的處理方式應有所不同。
2.2 需求模型
需求建模的過(guò)程就是用例的獲取過(guò)程。用例的獲取是需求分析階段的主要任務(wù)之一，而且是首先要做的工作。大部分用例將在項目的需求分析階段產(chǎn)生，并且隨著(zhù)工作的深入會(huì )發(fā)現更多的用例，這些都應及時(shí)增添到已有的用例集中。用例集中的每個(gè)用例都是一個(gè)潛在的需求。
對系統需求的建模是通過(guò) UML的用例（USE CASE）圖實(shí)現的。用例模型描述的是外部執行者（Actor）所理解的系統功能。首先，它描述了待開(kāi)發(fā)系統的功能需求；其次，它將系統看作黑盒，從外部執行者的角度來(lái)理解系統；第三，它驅動(dòng)了需求分析之后各階段的開(kāi)發(fā)工作，不僅在開(kāi)發(fā)過(guò)程中保證了系統所有功能的實(shí)現，而且被用于驗證和檢測所開(kāi)發(fā)的系統，從而影響到開(kāi)發(fā)工作的各個(gè)階段和UML 的各個(gè)模型。
圖 2 為外國專(zhuān)家管理信息系統用例模型。圖中的橢圓是用例，表示用戶(hù)與計算機之間的一次典型交互作用，圖形化表示的小人是執行者，表示用戶(hù)在系統中所扮演的角色，用例和執行者之間的連線(xiàn)表示兩者之間的關(guān)聯(lián)。 系統所涉及各種模塊的差異較大 ,要描述系統的功能需求,只有將系統劃分為多個(gè)模塊分別描述其功能需求,這就需要多個(gè)用例視圖。 圖中列出了8個(gè)用例，對應系統來(lái)華申請、在華管理、離華管理、文件管理、統計報表、外專(zhuān)聘請需求的管理、外專(zhuān)聘請單位信息的管理、用戶(hù)管理。圖中還列出了3 個(gè)執行者，分別表示外國專(zhuān)家、行管人員、高級用戶(hù)（系統管理員）。通過(guò)用例圖，使得設計者在系統設計的最初階段將主要精力集中在系統的功能上，而不是系統的具體實(shí)現上。對于比較復雜的系統，可以增加活動(dòng)圖顯示活動(dòng)流程和并發(fā)行為，使得建立的需求模型更加完整。
2.3 系統功能分析與設計
為了讓系統設計能夠以結構、組織方式和代碼重用的形式表現出來(lái),要對系統進(jìn)行設計規劃,設計階段應該與分析階段交迭。需求是不斷地發(fā)展,而設計本身也會(huì )推動(dòng)需求的發(fā)展(反之亦然) 。
外國專(zhuān)家管理信息系統功能的建模設計中 ,以下3個(gè)方面的問(wèn)題是要關(guān)注的:業(yè)務(wù)對象的表示、業(yè)務(wù)服務(wù)的實(shí)現、用戶(hù)界面的組織。
(1) 業(yè)務(wù)對象的表示。在外國專(zhuān)家管理信息系統中, 業(yè)務(wù)對象主要是數據庫和解決數據實(shí)體類(lèi)的表示方式。在外國專(zhuān)家管理信息系統的建模中,外專(zhuān)的基本信息和參加學(xué)術(shù)活動(dòng)模塊及學(xué)術(shù)活動(dòng)模塊的靜態(tài)模型可以用類(lèi)圖表示(如圖3所示) ,（圖中只列了一些關(guān)鍵信息）其中的空心箭頭表示了這些實(shí)體類(lèi)對共用實(shí)體(Common Entity) 的泛化關(guān)系, 繼承Common Entity 的公用方法,本圖中沒(méi)有顯示這些實(shí)體的私有屬性和方法;而普通箭頭表示的是實(shí)體類(lèi)的關(guān)聯(lián)或依賴(lài)關(guān)系。
(2) 業(yè)務(wù)服務(wù)的實(shí)現。業(yè)務(wù)服務(wù)的實(shí)現需要完成的功能是各種業(yè)務(wù)規則和邏輯的實(shí)現,如學(xué)術(shù)活動(dòng)模塊的信息錄入、修改、刪除、查詢(xún)。每個(gè)模塊的信息錄入、修改、刪除、查詢(xún),業(yè)務(wù)規則和邏輯的實(shí)現基本相似，沒(méi)有太多的規律可循。采用UML 來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)服務(wù)的建模,可以使用UML 的序列圖、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖。這個(gè)部分的工作,通常通過(guò)一系列的類(lèi)之間的交互來(lái)完成。為了在更動(dòng)態(tài)的層面上描述系統,UML 提供了許多其他類(lèi)型的圖。對于B/ S 系統設計而言,情節圖(Scenario Diagram) 特別有用。例如頁(yè)面如何與驗證用戶(hù)身份的代碼協(xié)作。情節圖分成兩種: 協(xié)作圖(Collaboration Diagram) ,序列圖(Sequence Diagram) 。UML 建模工具Rational Rose 能夠從協(xié)作圖生成次序圖,或者相反。
圖 4 為外國專(zhuān)家管理信息系統中學(xué)術(shù)活動(dòng)信息模塊的信息錄入功能的流程的序列圖,可以直接由它生成相應的協(xié)作圖。
(3) 用戶(hù)界面的組織。用戶(hù)界面布局圖能夠幫助組織系統頁(yè)面、文件、服務(wù)的布局結構。在UML 中,對于頁(yè)面和文件的組織,可以使用構件圖(Component Diagram) 或類(lèi)圖(Class Diagram) 建模型。本系統中使用類(lèi)圖對界面組織建模,頁(yè)面結構以及各種業(yè)務(wù)服務(wù)被捆綁到不同的區域。
2.4 應用部署的規劃
在 UML 中,系統的體系結構使用部署圖(DeploymentDiagram) 來(lái)完成。應用部署的規劃對于規劃整個(gè)B/ S 系統是很有用的。它確定了一種有效的應用部署的規劃組織方式,還可以作為一個(gè)模式在多個(gè)類(lèi)似B/ S 系統上應用。
2.5代碼實(shí)現
在建模完成后，開(kāi)發(fā)人員利用 Rational ROSE 工具可以生成程序代碼框架，并對代碼框架進(jìn)行修改和補充，形成完整代碼；而且，還可根據代碼逆向生成 UML模型。這就較好地保證了模型與代碼的一致性。測試必須在整個(gè)項目周期中進(jìn)行，對每個(gè)階段都要用所建立的模型進(jìn)行測試，這樣才能保證開(kāi)發(fā)的質(zhì)量，減少開(kāi)發(fā)的風(fēng)險。
3 結束語(yǔ)
統一建模語(yǔ)言 UML 是國際軟件工程領(lǐng)域具有劃時(shí)代意義的重要成果，適用于以面向對象技術(shù)來(lái)描述任何類(lèi)型的系統，而且適用于系統開(kāi)發(fā)的不同階段，從需求規格描述直至系統完成后的測試和維護。 軟件系統的規模越來(lái)越大 , 復雜度不斷提高 ,RUP 迭代式增量開(kāi)發(fā)方式可以降低風(fēng)險 ,同時(shí) 可以適應需求變化的需要。 筆者在外國專(zhuān)家管理信息系統的建模和開(kāi)發(fā)中，將 UML 應用于系統開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，建立了系統的需求模型、靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。這種基于UML 建模的迭代式開(kāi)發(fā)方法具有傳統開(kāi)發(fā)方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 UML 建模使系統設計完全面向對象 , 實(shí)現了信息封裝、數據抽象。 UML 能夠幫助人們輕松地構造出 B/ S 結構系統的模型。在一定程度上實(shí)現了軟件開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化，實(shí)現了設計和編碼的無(wú)縫的連接，提高了軟件開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量。
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