Giáo trình Phân tích thiết kế phần mềm hướng đối tượng và hướng thành phần

Software Engineering Departmnet – Hanoi University of Technology Faculty of Information Technology UML – OOAD phân tích thiết kế phần mềm h−ớng đối t−ợng và h−ớng thành phần 1. Đỗ Văn Uy 2. Nguyễn Ngọc Bình 3. Thạc Bình C−ờng 4. L−ơng Mạnh Bá 5. Huỳnh Quyết Thắng 6. Bùi Thị Hoà 7. Lê Tấn Hùng 8. Lê Đức Trung Các nghiên cứu đ−ợc hỗ trợ kinh phí từ đề tài nghiên cứu khoa học cơ bản KHCB 230701 LUu HANH NOI BO Hà nội 2001 Ch−ơng 1. Tổng quan về UML 1.1. Giới thiệu Trong thập kỷ vừa qua có nhiều ph−ơng pháp và ngôn ngữ phân tích và thiết kế h−ớng đối t−ợng đã đ−ợc pháp triển. Mặc dù các ph−ơng pháp này đều có một mục đích chung tuy nhiên chúng đều có thuật ngữ và ký hiệu khác nhau nên gây nhiều khó khăn khi so sánh các mô hình và dùng lại các thiết kế. Các ph−ơng pháp này không có ph−ơng pháp nào nổi bật hơn những ph−ơng pháp khác. Trong tình hình đó UML ra đời, và đ−a ra một ngôn ngữ chuẩn cho mô hình hoá h−ớng đối t−ợng. UML - Unified Modeling Language - là ngôn ngữ mô hình hợp nhất. Nó là một ph−ơng tiện giúp cho các tổ chức có thể nhận thức một cách tốt nhất lợi thế cạnh tranh thông qua việc nắm bắt, truyền đạt, trao đổi và nâng cao tri thức trong lĩnh vực công nghệ phần mềm. Chính xác hơn UML là một ngôn ngữ mô hình hóa dùng để đặc tả, trực quan hóa, xây dựng và làm s−u liệu cho các hệ thống phần mềm Unified (hợp nhất) UML đ−ợc đ−a ra lần đầu tiên bởi hãng Rational và ba chuyên gia về ph−ơng pháp luận hàng đầu trong lĩnh vực hệ thống thông tin/ kỹ thuật công nghệ Grady Booch, James. Rumbaugh, Ivar Jacobson. Nó là sự hợp nhất giữa những ph−ơng pháp cũ (Booch, OMT, OOSE ), kết hợp với những kinh nghiệm, những kiến thức thực tế. Modeling (mô hình hóa) giúp chúng ta hiểu đ−ợc thế giới thực, mô hình hóa thế giới thực để có thể hiểu đ−ợc những đặc tr−ng, tính toán các thông số và dự đoán kết quả sẽ đạt đ−ợc. Language (ngôn ngữ) chức năng của UML nh− là một ph−ơng tiện để bày tỏ và trao đổi tri thức. Nó có bốn đặc điểm chủ yếu có thể phân biệt với các ngôn ngữ mô hình hóa khác • General-purpose - đa mục đích • Broadly applicable - có thể ứng dụng rộng rãi • Tool-supported - đ−ợc hỗ trợ bởi các công cụ • Industry standardized - chuẩn công nghiệp UML là một ngôn ngữ mô hình hóa chuẩn nh−ng không phải là một qui trình phát triển phần mềm chuẩn. Mặc dù UML phải đ−ợc áp dụng trong phạm vi một qui trình cụ thể, các qui trình phát triển này th−ờng khác nhau ở các tổ chức phát triển phần mềm, ở các vấn đề thuộc các lĩnh vực khác nhau. Do đó, các nhà phát triển UML đã cố gắng tập trung vào định nghĩa mức siêu mô hình (metamodel) để thống nhất các khái niệm về ngữ nghĩa và ký hiệu, có thể hỗ trợ cho nhiều ngôn ngữ lập trình và qui trình phát triển phần mềm khác nhau. UML là tổng hợp các ph−ơng pháp của Booch, OMT và OOSE tạo thành một ngôn ngữ mô hình hóa chung và có thể sử dụng rộng rãi cho những ng−ời tr−ớc đây đã quen với ba ph−ơng pháp trên hay các ph−ơng pháp khác. Ngoài ra, UML 2 mở rộng phạm vi mô hình hóa của các ph−ơng pháp hiện có và có thể mô hình hóa đầy đủ các hệ thống đồng thời hay phân tán. UML là ngôn ngữ có thể đ−ợc sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. UML cung cấp cơ chế tổ chức và phân loại tri thức theo ngữ cảnh của vấn đề cần giải quyết. Các tri thức này đ−ợc nắm bắt đầy đủ bởi mô hình bao gồm nhiều thành phần và đ−ợc thể hiện qua tập các biểu đồ khác nhau có liên hệ chặt chẽ với nhau. Hơn nữa, mỗi biểu đồ nắm bắt vấn đề ở những khía cạnh khác nhau qua các khái niệm, cấu trúc, các thành phần mô hình thể hiện những ngữ nghĩa và tri thức khác nhau. Các biểu đồ này mô tả nội dung giao tiếp giữa các thành viên trong qui trình phát triển phần mềm và đ−ợc tích hợp với nhau để tạo nên tri thức mô tả hệ thống, những vấn đề cũng nh− cách thức thực hiện để giải quyết chúng. Các lợi ích của UML • Có thể mô hình hóa nhiều loại hệ thống, có thể dùng trong những giai đoạn khác nhau của qui trình phát triển phần mềm. UML là sự thống nhất các khái niệm mô hình hóa của những nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ h−ớng đối t−ợng. UML cung cấp một số tính năng sau ) Đầy đủ ngữ nghĩa và ký hiệu để giải quyết trực tiếp các vấn đề hiện tại trong mô hình hóa. ) Đầy đủ ngữ nghĩa để giải quyết một số khó khăn t−ơng lai trong mô hình hóa đặc biệt có liên quan đến công nghệ thành phần, xử lý phân tán, framework và executability. ) Cơ chế mở rộng siêu mô hình cho mô hình hóa các ứng dụng đặc biệt. Cơ chế này cũng khiến cho các h−ớng tiếp cận mô hình hóa t−ơng lai có thể phát triển dựa trên nền tảng UML. ) Đầy đủ ngữ nghĩa để dễ dàng chuyển đổi mô hình giữa các công cụ hỗ trợ phân tích thiết kế khác nhau cũng nh− định rõ giao tiếp với các repository để l−u trữ và chia xẻ các thành phần mô hình. • Đối với ng−ời sử dụng UML cung cấp một ngôn ngữ mô hình hóa trực quan mang tính diễn đạt cao để phát triển và trao đổi giữa các mô hình. Một ngôn ngữ mô hình hóa nói chung đ−ợc cấu trúc dựa trên các thành phần cơ bản nhất ở mức siêu-siêu mô hình. Nếu cấu trúc này thay đổi theo một tập các khái niệm mô hình hóa khác nhau theo các ph−ơng pháp khác nhau thì việc chuyển đổi giữa các mô hình sẽ không tránh khỏi mất thông tin. Để khắc phục vấn đề này, UML đã tập hợp các khái niệm mô hình hóa cốt lõi (core modeling concepts) đ−ợc sử dụng trong nhiều ph−ơng pháp và công cụ mô hình hóa khác nhau. Các khái niệm này có thể hỗ trợ cho phạm vi lớn các ứng dụng. Ngoài ra, các khái niệm mô hình hóa ở mức thấp hơn và cụ thể hơn cho việc giao tiếp cũng đ−ợc định nghĩa cho ng−ời sử dụng để mô hình hóa một hệ thống cụ thể. • UML cung cấp cơ chế mở rộng và đặc biệt hóa để mở rộng các khái niệm cơ sở. • Dựa trên những khái niệm đã đ−ợc định nghĩa này, OMG mong đợi ở UML khả năng biến đổi để đáp ứng các yêu cầu mới của những phạm vi 3 ứng dụng đặc biệt. Các nhà phát triển UML không muốn rằng mỗi khi có thay đổi. thì các khái niệm cốt lõi phải đ−ợc định nghĩa lại. Vì vậy, họ tin rằng việc đ−a ra cơ chế mở rộng cho UML sẽ hỗ trợ những xu h−ớng phát triển mới. Ng−ời sử dụng có thể khai thác các tính năng sau của UML ) Xây dựng mô hình bằng cách sử dụng những thành phần cơ bản đã đ−ợc định nghĩa không sử dụng cơ chế mở rộng cho hầu hết các ứng dụng thông th−ờng. ) Thêm các khái niệm và ký hiệu mới cho những v−ớng mắc không giải quyết đ−ợc với các khái niệm cơ bản. ) Đặc biệt hóa các khái niệm, ký hiệu và ràng buộc cho một phạm vi ứng dụng (application domain) cụ thể. • UML đẩy mạnh tái sử dụng trong nền công nghệ phần mềm. Tái sử dụng là một trong những vấn đề đ−ợc quan tâm hàng đầu trong công nghệ phần mềm. Nguyên tắc của tái sử dụng là dựa trên các thành phần hiện có đã đ−ợc kiểm chứng về chất l−ợng và chỉ xây dựng các thành phần mới khi thực sự cần thiết. Điều này không những giúp đ−ơng đầu với mức độ phức tạp ngày càng cao của ứng dụng mà còn giảm chi phí, giảm thời gian phát triển và tăng khả năng cạnh tranh của nhà phát triển phần mềm. UML cho phép tái sử dụng hiệu quả các thành phần của một hệ thống vì đ−ợc xây dựng trên nền tảng h−ớng đối t−ợng. Ngoài ra, UML còn hỗ trợ các khái niệm phát triển phần mềm mức cao nh− collabarations, frameworks, patterns và components. Ngữ nghĩa của chúng đ−ợc định nghĩa rất rõ ràng và điều này giúp đạt đ−ợc những giá trị thực sự đầy đủ của h−ớng đối t−ợng và tái sử dụng. 1.2. Kiến trúc của UML Siêu mô hình UML định nghĩa các ngữ nghĩa đầy đủ để biểu diễn các mô hình sử dụng UML. Nó sử dụng tập con khái niệm của UML và các ngữ nghĩa để xác định bản thân nó. siêu mô hình UML đ−ợc định nghĩa nh− là một trong các tầng của kiến trúc siêu mô hình bốn tầng, đ−ợc minh hoạ trong hình 4.1. Tầng Mô tả Ví dụ Siêu-siêu mô hình (meta-metamode) Là cơ sở để mô hình hoá kiến trúc. Định nghĩa ngôn ngữ xác định các siêu mô hình MetaClass, MetaAttribute Siêu mô hình (metamode) Một thể hiện của siêu- siêu mô hình. Định nghĩa ngôn ngữ để xác định mô hình. Class, Attribute Mô hình (model) Một thể hiện của siêu mô hình. Định nghĩa ngôn ngữ để mô tả loại thông tin. 4 Đối t−ợng ng−ời sử dụng (User object) Một thể hiện của mô hình. Định nghĩa một loại thông tin cụ thể. Hình 4.1. Kiến trúc UML • Tầng siêu-siêu mô hình gồm có các thành phần cơ bản nhất trên đó UML dựa vào khái niệm “Thing” để biểu diễn bất cứ những gì có thể định nghĩa. Mức trừu t−ợng này đ−ợc sử dụng để hình thức hoá khái niệm và định nghĩa một ngôn ngữ để xác định các siêu mô hình. • Tầng siêu mô hình gồm những thành phần cấu tạo nên UML, bao gồm các khái niệm từ các biểu đồ h−ớng đối t−ợng và h−ớng thành phần. Mỗi khái niệm trong tầng này đều là một thể hiện của khái niệm siêu - siêu mô hình “Thing”. Tầng trừu t−ợng này đ−ợc sử dụng để hình thức hoá các khái niệm của biểu đồ và định nghĩa ra một ngôn ngữ để xác định các mô hình. • Tầng mô hình gồm có các mô hình UML. Đây là tầng mà tại đó việc mô hình hoá các bài toán, các lời giải hay các hệ thống đ−ợc thực hiện. Mỗi khái niệm trong tầng này là một thể hiện của khái niệm trong tầng siêu mô hình. Tầng trừu t−ợng này đ−ợc sử dụng để hình thức hoá các khái niệm và định nghĩa một ngôn ngữ để trao đổi các từ ngữ về một chủ để cho tr−ớc. Các mô hình trong tầng này th−ờng đ−ợc gọi là các mô hình lớp hay mô hình kiểu. • Tầng các đối t−ợng ng−ời sử dụng bao gồm các thành phần để minh hoạ các mô hình UML. Mỗi khái niệm trong tầng này là một thể hiện của khái niệm trong tầng mô hình. Tầng trừu t−ợng này đ−ợc sử dụng để hình thức hoá các từ ngữ cụ thể về một chủ đề cho tr−ớc. Các mô hình trong tầng này th−ờng đ−ợc gọi là các mô hình đối t−ợng hay mô hình thể hiện. Trong ngữ cảnh này, khái niệm “siêu” đ−ợc sử dụng để biểu thị mối quan hệ giữa một tập các phi-siêu khái niệm (non-metaconcepts) và siêu khái niệm của chúng. Khái niệm “siêu” không phải là đặc tính của mô hình, nh−ng lại có vai trong trong mối quan hệ giữa các mô hình: một siêu - siêu mô hình quan hệ với một siêu mô hình theo cách giống nh− một siêu mô hình quan hệ với một mô hình và cũng giống nh− cách mà một mô hình quan hệ với đối t−ợng ng−ời sử dụng. Về cơ bản thì biểu diễn siêu khái niệm của siêu khái niệm trong đó khái niệm trừu t−ợng bao gồm việc đ−a vào siêu khái niệm và biểu diễn bao gồm thí dụ minh hoạ (hay dẫn chứng cụ thể) một siêu khái niệm là sự trừu t−ợng một tập các phi - siêu khái niệm. 5 6