UML2 и ER диаграммы

UML2 и ER диаграммы Программирование 27.05.2013

Язык UML — это графический язык моделирования общего назначения, предназначенный для спецификации, визуализации, проектирования и документирования всех артефактов, создаваемых при разработке программных систем.

Существует много хороших книг в которых описано в деталях про UML (местами даже очень подробно), мне хотелось бы собрать в одном месте основные понятия про диаграммы, сущности и связи между ними для быстрого вспоминания, что-то наподобие шпаргалки.

В заметке используется материалы из книжек: Иванов Д. Ю., Новиков Ф. А. Унифицированный язык моделирования UML и Леоненков. Самоучитель по UML.

Для начала определимся с редактором. Под Linux я перепробовал разные UML-редакторы, больше всего мне понравился UMLet, хоть он и написан на Java но шевелится весьма проворно и большинство заготовок сущностей в нем есть. Еще есть ArgoUML кроссплатформенный UML-редактор, написан тоже на Java, функционально-богат но подтормаживает больше.

Я остановился на UMLet, установим его под Arch Linux и Ubuntu:

# под Arch Linux
yaourt -S umlet

# под Ubuntu 
sudo apt-get install umlet

Содержание

Коротко о главном
Диаграмма использования
Диаграмма классов
Диаграмма автомата
Диаграмма деятельности
Диаграмма последовательности
Диаграмма коммуникации
Диаграмма компонентов
Диаграмма размещения
Диаграмма объектов
Диаграмма внутренней структуры
Обзорная диаграмма взаимодействия
Диаграмма синхронизации
Диаграмма пакетов
Модель сущность-связь (ER-модель)
Словарь основных понятий по UML
Дополнительное чтиво

Коротко о главном

В UML все сущности можно разбить на такие типы:

структурные;
поведенческие;
группирующие;
аннотационные;

В UML используются четыре основных типа отношений:

Зависимость (dependency) - указывает на то, что изменение независимой сущности каким-то образом влияет на зависимую сущность. Графически отношение зависимости изображается в виде пунктирной линии со стрелкой, направленной от зависимой сущности к независимой.

Ассоциация (association) - имеет место, если одна сущность непосредственно связана с другой (или с другими — ассоциация может быть не только бинарной). Графически ассоциация изображается в виде сплошной линии с различными дополнениями, соединяющей связанные сущности.

Обобщение (generalization) - это отношение между двумя сущностями, одна из которых является частным (специализированным) случаем другой. Графически обобщение изображается в виде линии с треугольной не закрашенной стрелкой на конце, направленной от частного (подкласса) к общему (суперклассу).

Реализации - отношение реализации указывает, что одна сущность является реализацией другой. Графически реализация изображается в виде пунктирной линии с треугольной не закрашенной стрелкой на конце, направленной от реализующей сущности к реализуемой.

В UML 2 определено 13 типов диаграмм. По стандартам каждая диаграмма должна иметь рамку с прямоугольником (правый нижний угол скошенный) в левом верхнем углу, в котором указывается идентификатор диаграммы (тег) и название.

Диаграммы для изображения структуры системы:

Диаграмма компонентов (component diagram, тег component);
Диаграмма размещения (deployment diagram, тег deployment);
Диаграмма классов (class diagram, тег class);
Диаграмма объектов (object diagram, тег object);
Диаграмма структуры внутренней (composite structure diagram, тег class);

Диаграммы для изображения поведения системы:

Диаграмма синхронизации (interaction diagram, тег timing);
Диаграмма деятельности (activity diagram, тег activity);
Диаграмма последовательности (sequence diagram, тег sd);
Диаграмма коммуникации (communication diagram, тег comm);
Диаграмма автомата (state machine diagram, тег state machine);
Обзорная диаграмма взаимодействия (interaction overview diagram, тег interaction);

Особняком стоят диаграммы:

Диаграмма использования(use case diagram, тег use case);
Диаграмма пакетов (package diagram, тег package);

Диаграмма использования

Диаграмма использования (use case diagram) — это наиболее общее представление функционального назначения системы.

Рассматривая диаграмму вариантов использования в качестве модели системы, можно ассоциировать ее с моделью черного ящика. Каждый вариант использования определяет последовательность действий, которые должны быть выполнены проектируемой системой при взаимодействии ее с соответствующим актером.

На диаграмме использования применяются два типа основных сущностей: варианты использования и действующие лица, между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений.

Отношение ассоциации - это отношение устанавливает, какую конкретную роль играет актер при взаимодействии с экземпляром варианта использования. Отношение ассоциации обозначается сплошной линией между актером и вариантом использования. Эта линия может иметь дополнительные условные обозначения, такие, например, как имя и кратность.

Отношение расширения - определяет взаимосвязь экземпляров отдельного варианта использования с более общим вариантом, свойства которого определяются на основе способа совместного объединения данных экземпляров. Так, если имеет место отношение расширения от варианта использования А к варианту использования В, то это означает, что свойства экземпляра варианта использования В могут быть дополнены благодаря наличию свойств у расширенного варианта использования А.

Отношение расширения между вариантами использования обозначается пунктирной линией со стрелкой (вариант отношения зависимости), направленной от того варианта использования, который является расширением для исходного варианта использования.

Отношение обобщения служит для указания того факта, что некоторый вариант использования А может быть обобщен до варианта использования В. В этом случае вариант А будет являться специализацией варианта В. При этом В называется предком или родителем по отношению А, а вариант А - потомком по отношению к варианту использования В.

Графически данное отношение обозначается сплошной линией со стрелкой в форме не закрашенного треугольника, которая указывает на родительский вариант использования.

Отношение обобщения между вариантами использования применяется в том случае, когда необходимо отметить, что дочерние варианты использования обладают всеми атрибутами и особенностями поведения родительских вариантов.

Отношение включения между двумя вариантами использования указывает, что некоторое заданное поведение для одного варианта использования включается в качестве составного компонента в последовательность поведения другого варианта использования.

Отношение включения, направленное от варианта использования А к варианту использования В, указывает, что каждый экземпляр варианта А включает в себя функциональные свойства, заданные для варианта В.

Графически данное отношение обозначается пунктирной линией со стрелкой (вариант отношения зависимости), направленной от базового варианта использования к включаемому.

Диаграмма классов

Диаграмма классов (class diagram) — основной способ описания статической структуры системы.

На диаграмме классов применяется один основной тип сущностей: классы (включая многочисленные частные случаи классов: интерфейсы, примитивные типы, классы-ассоциации и т.д.), между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений: зависимости,, ассоциации, обобщения, реализации.

Отношение зависимости в общем случае указывает некоторое семантическое отношение между двумя элементами модели или двумя множествами таких элементов, которое не является отношением ассоциации, обобщения или реализации. Отношение зависимости используется в такой ситуации, когда некоторое изменение одного элемента модели может потребовать изменения другого зависимого от него элемента модели.

Отношение зависимости графически изображается пунктирной линией между соответствующими элементами со стрелкой на одном из ее концов, при этом стрелка направлена от класса-клиента зависимости к независимому классу или классу-источнику.

Над стрелкой могут находится специальные ключевые слова (стереотипы):

"access" - служит для обозначения доступности открытых атрибутов и операций класса-источника для классов-клиентов;
"bind" - класс-клиент может использовать некоторый шаблон для своей последующей параметризации;
"derive" - атрибуты класса-клиента могут быть вычислены по атрибутам класса-источника;
"import" - открытые атрибуты и операции класса-источника становятся частью класса-клиента, как если бы они были объявлены непосредственно в нем;
"refine" - указывает, что класс-клиент служит уточнением класса-источника в силу причин исторического характера, когда появляется дополнительная информация в ходе работы над проектом.

Отношение ассоциации соответствует наличию некоторого отношения между классами. Данное отношение обозначается сплошной линией с дополнительными специальными символами, которые характеризуют отдельные свойства конкретной ассоциации. В качестве дополнительных специальных символов могут использоваться имя ассоциации, а также имена и кратность классов-ролей ассоциации. Имя ассоциации является необязательным элементом ее обозначения.

Отношение агрегации имеет место между несколькими классами в том случае, если один из классов представляет собой некоторую сущность, включающую в себя в качестве составных частей другие сущности. Применяется для представления системных взаимосвязей типа "часть-целое".

Отношение композиции является частным случаем отношения агрегации. Это отношение служит для выделения специальной формы отношения "часть-целое", при которой составляющие части в некотором смысле находятся внутри целого. Специфика взаимосвязи между ними заключается в том, что части не могут выступать в отрыве от целого, т. е. с уничтожением целого уничтожаются и все его составные части.

Отношение обобщения является отношением между более общим элементом (родителем или предком) и более частным или специальным элементом (дочерним или потомком). Применительно к диаграмме классов данное отношение описывает иерархическое строение классов и наследование их свойств и поведения. При этом предполагается, что класс-потомок обладает всеми свойствами и поведением класса-предка, а также имеет свои собственные свойства и поведение, которые отсутствуют у класса-предка.

Диаграмма автомата

Диаграмма автомата (state machine diagram) или диаграмма состояний в UML 1 (state chart diagram) — это один из способов детального описания поведения в UML. В сущности, диаграммы автомата, как это следует из названия, представляют собой граф состояний и переходов конечного автомата нагруженный множеством дополнительных деталей и подробностей.

Диаграмма состояний описывает процесс изменения состояний только одного класса, а точнее - одного экземпляра определенного класса, т. е. моделирует все возможные изменения в состоянии конкретного объекта. При этом изменение состояния объекта может быть вызвано внешними воздействиями со стороны других объектов или извне. Именно для описания реакции объекта на подобные внешние воздействия и используются диаграммы состояний.

На диаграмме автомата применяют один основной тип сущностей — состояния, и один тип отношений — переходы, но и для тех и для других определено множество разновидностей, специальных случаев и дополнительных обозначений. Автомат представляет динамические аспекты моделируемой системы в виде ориентированного графа, вершины которого соответствуют состояниям, а дуги - переходам.

Начальное состояние представляет собой частный случай состояния, которое не содержит никаких внутренних действий (псевдосостояния). В этом состоянии находится объект по умолчанию в начальный момент времени. Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, от которой начинается процесс изменения состояний.

Конечное (финальное) состояние представляет собой частный случай состояния, которое также не содержит никаких внутренних действий (псевдосостояния). В этом состоянии будет находиться объект по умолчанию после завершения работы автомата в конечный момент времени.

Диаграмма деятельности

При моделировании поведения проектируемой или анализируемой системы возникает необходимость не только представить процесс изменения ее состояний, но и детализировать особенности алгоритмической и логической реализации выполняемых системой операций.

Диаграмма деятельности (activity diagram) — еще один способ описания поведения, который визуально напоминает старую добрую блок-схему алгоритма. Используется для моделирования процесса выполнения операций.

Основным направлением использования диаграмм деятельности является визуализация особенностей реализации операций классов, когда необходимо представить алгоритмы их выполнения.

На диаграмме деятельности применяют один основной тип сущностей — действие, и один тип отношений — переходы (передачи управления). Также используются такие конструкции как развилки, слияния, соединения, ветвления. Рекомендуется в качестве имени простого действия использовать глагол с пояснительными словами.

Диаграмма последовательности

Диаграмма последовательности (sequence diagram) — это способ описания поведения системы "на примерах".

Фактически, диаграмма последовательности — это запись протокола конкретного сеанса работы системы (или фрагмента такого протокола). В объектно-ориентированном программировании самым существенным во время выполнения является пересылка сообщений между взаимодействующими объектами. Именно последовательность посылок сообщений отображается на данной диаграмме, отсюда и название.

На диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей — экземпляры взаимодействующих классификаторов (в основном классов, компонентов и действующих лиц), и один тип отношений — связи, по которым происходит обмен сообщениями.

Возможные виды сообщений (изображение взято у larin.in):

Диаграмма коммуникации

Диаграмма коммуникации (communication diagram) — способ описания поведения, семантически эквивалентный диаграмме последовательности. Фактически, это такое же описание последовательности обмена сообщениями взаимодействующих экземпляров классификаторов, только выраженное другими графическими средствами.

Таким образом, на диаграмме коммуникации также как и на диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей — экземпляры взаимодействующих классификаторов и один тип отношений — связи. Однако здесь акцент делается не на времени, а на структуре связей между конкретными экземплярами.

Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов (component diagram) — показывает взаимосвязи между модулями (логическими или физическими), из которых состоит моделируемая система.

Основной тип сущностей на диаграмме компонентов — это сами компоненты, а также интерфейсы, посредством которых указывается взаимосвязь между компонентами. На диаграмме компонентов применяются следующие отношения:

реализации между компонентами и интерфейсами (компонент реализует интерфейс);
зависимости между компонентами и интерфейсами (компонент использует интерфейс);

Диаграмма размещения

Диаграмма размещения (deployment diagram) наряду с отображением состава и связей элементов системы показывает, как они физически размещены на вычислительных ресурсах во время выполнения.

На диаграмме размещения, по сравнению с диаграммой компонентов, добавляется два типа сущностей: артефакт, который является реализацией компонента и узел (может быть как классификатор, описывающий тип узла, так и конкретный экземпляр), а также отношение ассоциации между узлами, показывающее, что узлы физически связаны во время выполнения.

Диаграмма объектов

Диаграмма объектов (object diagram) — является экземпляром диаграммы классов.

На диаграмме объектов применяют один основной тип сущностей: объекты (экземпляры классов), между которыми указываются конкретные связи (чаще всего экземпляры ассоциаций). Диаграммы объектов имеют вспомогательный характер — по сути это примеры (можно сказать, дампы памяти), показывающие, какие имеются объекты и связи между ними в некоторый конкретный момент функционирования системы.

Диаграмма внутренней структуры

Диаграмма внутренней структуры (composite structure diagram) используется для более подробного представления структурных классификаторов, прежде всего классов и компонентов.

Структурный классификатор изображается в виде прямоугольника, в верхней части которого находится имя классификатора. Внутри находятся части (parts). Частей может быть несколько. Части могут взаимодействовать друг с другом. Это обозначается с помощью соединителей (connectors) различных видов. Место на внешней границе части, к которому присоединяется соединитель, называется портом (port). Порты располагаются также на внешней границе структурного классификатора.

Обзорная диаграмма взаимодействия

Обзорная диаграмма взаимодействия (interaction overview diagram) является разновидностью диаграммы деятельности с расширенным синтаксисом: в качестве элементов обзорной диаграммы взаимодействия могут выступать ссылки на взаимодействия (interaction use), определяемые диаграммами последовательности.

Диаграмма синхронизации

Диаграмма синхронизации (timing diagram) представляет собой особую форму диаграммы последовательности, на которой особое внимание уделяется изменению состояний различных экземпляров классификаторов и их временной синхронизации.

Диаграмма пакетов

Диаграмма пакетов (package diagram) — единственное средство, позволяющее управлять сложностью самой модели.

Основные элементы нотации — пакеты и зависимости с различными стереотипами.

Модель сущность-связь (ER-модель)

Аналогом диаграммы классов (UML) может быть ER-модель, которая используется при проектировании баз-данных (реляционной модели).

Модель сущность-связь (ER-модель) — модель данных, позволяющая описывать концептуальные схемы предметной области. ER-модель используется при высокоуровневом (концептуальном) проектировании баз данных. С её помощью можно выделить ключевые сущности и обозначить связи, которые могут устанавливаться между этими сущностями. wikipedia

Любой фрагмент предметной области может быть представлен как множество сущностей, между которыми существует некоторое множество связей.

Основные понятия:

Сущность (entity) - это объект, который может быть идентифицирован неким способом, отличающим его от других объектов, например, КЛИЕНТ 777. Сущность фактически представляет из себя множество атрибутов.

Набор сущностей (entity set) - множество сущностей одного типа (обладающих одинаковыми свойствами).

Связь (relationship) - это ассоциация, установленная между несколькими сущностями.

Домен (domain) - множество значений (область определения) атрибута.

Существует три типа бинарных связей:

один к одному - одиночный экземпляр сущности одного класса связан с одиночным экземпляром сущности другого класса, напимер, НАЧАЛЬНИК - ОТДЕЛ;
1 к N или один ко многим - одиночный экземпляр сущности одного класса связан со многими экземплярами сущности другого класса, например, ОТДЕЛ - СОТРУДНИК;
N к M или многие ко многим - многие экземпляры сущности одного класса связаны со многими экземплярами сущности другого класса, например, СОТРУДНИК - ПРОЕКТ;

Существует разные способы записи ER-диаграмм (источник):

Стиль Information Engineering

Стиль Chen

Стиль Bachman

Стиль Martin

Для проектирования ER-диаграмм можно воспользоваться:

Установка MySQL Workbench

# под Arch Linux
yaourt -S mysql-workbench-gpl

# под Ubuntu 
sudo apt-get install mysql-workbench

Дополнительное чтиво по ER-моделям:

Словарь основных понятий по UML

Объект (object) — сущность, обладающая уникальностью и инкапсулирующая в себе состояние и поведение.

Класс (class) — описание множества объектов с общими атрибутами, определяющими состояние, и операциями, определяющими поведение.

Интерфейс (interface) — именованное множество операций, определяющее набор услуг, которые могут быть запрошены потребителем и предоставлены поставщиком услуг.

Кооперация (collaboration) — совокупность объектов, которые взаимодействуют для достижения некоторой цели.

Действующее лицо (actor) — сущность, находящаяся вне моделируемой системы и непосредственно взаимодействующая с ней.

Компонент (component) — модульная часть системы с четко определенным набором требуемых и предоставляемых интерфейсов.

Артефакт (artifact) — элемент информации, который используется или порождается в процессе разработки программного обеспечения. Другими словами, артефакт — это физическая единица реализации, получаемая из элемента модели (например, класса или компонента).

Узел (node) — вычислительный ресурс, на котором размещаются и при необходимости выполняются артефакты.

Поведенческие сущности предназначены для описания поведения. Основных поведенческих сущностей всего две: состояние и действие.

Состояние (state) — период в жизненном цикле объекта, находясь в котором объект удовлетворяет некоторому условию и осуществляет собственную деятельность или ожидает наступления некоторого события.

Деятельность (activity) можно считать частным случаем состояния, который характеризуется продолжительными (по времени) не атомарными вычислениями.

Действие (action) — примитивное атомарное вычисление.

Автомат является пакетом, в котором определено множество понятий, необходимых для представления поведения моделируемой сущности в виде дискретного пространства с конечным числом состояний и переходов.

Классификатор (classifier) — это дескриптор множества однотипных объектов.

Дополнительное чтиво

Леоненков. Самоучитель по UML
Фаулер М. UML. Основы, 3-е издание
Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя

UML2 и ER диаграммы Программирование 27.05.2013

Цитата

Категории

Архив ↓