http://www.ebook.edu.vn Chơng 3. Khung nhìn và các biểu đồ trong UML 3.1. Cấu trúc UML Một hệ thống đợc phân tích dới các góc độ khác nhau: yêu cầu chức năng, yêu cầu phi chức năng, cách tổ chức hệ thống. Vì vậy để mô hình hoá hệ thống một cách chi tiết, UML định nghĩa cấu trúc khung nhìn (view). Mỗi khung nhìn là cách nhìn hệ thống dới những góc độ khác nhau, bao gồm những biểu đồ khác nhau. Khung nhìn ngời dùng (User model view, Use case view, Scenario view ) Khung nhìn cấu trúc (Logical View, Structure model view, Static view) Khung nhìn động thái (Behavioral model view, Dynamic hoặc Process ) Khung nhìn thực thi (Implementation model, Component view) Khung nhìn triển khai (Deployment View, Environment model view) Khung nhìn ngời dùng Biểu đồ các trờng hợp sử dụng Khung nhìn ngời dùng Biểu đồ các lớp Biểu đồ các đối tợng Khung nhìn thực thi Biểu đồ thành phần Khung nhìn động thái Biểu đồ diễn tiến Biểu đồ trạng thái dịch chuyển Biểu đồ hoạt động Khung nhìn triển khai Biểu đồ phân bổ Hình 3.1. Cấu trúc khung nhìn Khung nhìn ngời dùng là cách nhìn hệ thống đứng về phía ngời sử dụng. Nó bao gồm các vấn đề và cách giải quyết các vấn đề theo từng ngời sử dụng hay nhóm ngời sử dụng riêng lẻ. Khung nhìn này bao gồm biểu đồ các trờng hợp sử dụng. Khung nhìn cấu trúc là cách nhìn hệ thống và giải quyết các vấn đề theo cấu trúc tĩnh. Khung nhìn này có thể xem là cách nhìn hệ thống theo cách nhìn tĩnh hay vật lý. Khung nhìn này bao gồm các biểu đồ lớp và biểu đồ các đối tợng. Khung nhìn động thái là cách nhìn hệ thống và giải quyết theo hành vi, giao lu ứng xử của các đối tợng hay là cách nhìn động. Khung nhìn này gồm các cách nhìn động, các quá trình, sự đồng thời, hợp tác. Khung nhìn này 43 http://www.ebook.edu.vn bao gồm biểu đồ diễn tiến, biểu đồ hợp tác, biểu đồ trạng thái, biểu đồ hoạt động. Khung nhìn thực thi là cách nhìn hệ thống theo các mô đun, chơng trình con, hệ con (cách nhìn theo cấu trúc) và các hành vi (các luồng thực hiện). Khung nhìn này bao gồm biểu đồ các thành phần. Khung nhìn triển khai là cách nhìn hệ thống theo sự phân bổ các cấu trúc và hành vi vào các thành phần vật lý nh thế nào. Khung nhìn này bao gồm biểu đồ phân bổ. 3.2. Các loại biểu đồ và ký hiệu Trong UML định nghĩa chín loại biểu đồ - Biểu đồ các trờng hợp sử dụng - Biểu đồ lớp - Biểu đồ đối tợng - Biểu đồ diễn tiến - Biểu đồ cộng tác - Biểu đồ trạng thái - Biểu đồ hoạt động - Biểu đồ thành phần - Biểu đồ phân bổ 3.2.1. Biểu đồ lớp Biểu đồ lớp là biểu đồ dùng để mô hình hoá cấu trúc tĩnh của hệ thống. Nó miêu tả các lớp, các giao tiếp (interface), sự cộng tác và các mối quan hệ giữa các thành phần trong mô hình. Biểu đồ này dùng để mô tả sự cộng tác, các mối quan hệ giữa các lớp. Một biểu đồ lớp gồm các thành phần: lớp, quan hệ Lớp đại diện cho một tập các đối tợng có đặc tính tơng tự nhau, ký hiệu lớp nh sau Tên lớp Các thuộc tính Các thao tác Hình 3.2. Ký hiệu lớp Quan hệ gồm các loại quan hệ kết hợp, quan hệ kết tập, quan hệ tổng quát hoá. 44 http://www.ebook.edu.vn Quan hệ kết hợp là quan hệ về mặt cấu trúc giữa hai hoặc giữa một và nhiều lớp hoặc đối tợng. Trên quan hệ kết hợp có thể có hai tên theo hai hớng ngợc chiều nhau. Bản số (multiplicity) đợc mô tả trong quan hệ kết hợp ví dụ (0 1). Quan hệ kết hợp đợc ký hiệu nh sau. Trờng Ngời Sinh viên Giáo viên Cơ quan sử dụng 0 1 Hình 3.3. Quan hệ kết hợp Quan hệ kết tập là trờng hợp riêng của quan hệ kết hợp. Nó phản ánh quan hệ toàn thế, bộ phận. Quan hệ kết tập đợc biểu diễn Ô tô 1 Động cơ Bánh xe 1 4 1 Hình 3.4. Quan hệ kết tập Quan hệ tổng quát hoá là quan hệ giữa lớp đặc biệt hơn và lớp khái quát hơn, quan hệ tổng quát hoá còn đợc hiểu nh quan hệ kế thừa. 3.2.2. Biểu đồ các trờng hợp sử dụng. Biểu đồ các trờng hợp sử dụng đợc tạo nên từ ba yếu tố các tác nhân, các trờng hợp sử dụng và các quan hệ. Tác nhân đợc biểu diễn bằng một hình nhân nhỏ, diễn tả cho một vai trò của một ngời hay một vậy có tơng tác với hệ thống. Tác nhân Hình 3.5. Ký hiệu tác nhân Trờng hợp sử dụng đợc biểu diễn bằng một hình oval, đó là diễn tả khái quát của những kịch bản mà hệ thống có thể tơng tác với một tác nhân. 45 http://www.ebook.edu.vn Tên trờng hợp sử dụng Hình 3.6.Ký hiệu trờng hợp sử dụng Quan hệ biểu diễn bằng một mũi tên nối một tác nhân với một trờng hợp sử dụng hoặc nối một trờng hợp sử dụng với một trờng hợp sử dụng khác. Các quan hệ đợc sử dụng là quan hệ trao đổi, quan hệ dùng, quan hệ mở rộng. Quan hệ trao đổi (kết hợp) nối một tác nhân với một trờng hợp sử dụng khởi phát bởi đầu mối đó. tác nhân Trờng hợp sử dụng k hởi ph át Hình 3.7. Quan hệ trao đổi Quan hệ sử dụng (phụ thuộc) nối hai trờng hợp sử dụng, biểu diễn một trờng hợp sử dụng này bao gồm hành vi của trờng hợp sử dụng kia. Trờng hợp sử dụng A Trờng hợp sử dụng B < < d ùng> > Hình 3.8.Quan hệ sử dụng Quan hệ mở rộng (tổng quát hoá) nối hai trờng hợp sử dụng biểu diễn trờng hợp sử dụng này là sự mở rộng hành vi của trờng hợp sử dụng kia. Biểu đồ các trờng hợp sử dụng thực chất là môt hình hoá chức năng của hệ thống nhìn từ phơng diện ngời sử dụng, ở đây chỉ mô tả khái quát các hành động của hệ thống cần có để đáp ứng nhu cầu của ngời sử dụng mà không phân tích sâu hơn. 3.2.3. Biểu đồ diễn tiến Biểu đồ diễn tiến là biểu đồ tơng tác giữa các đối tợng theo thời gian. Biểu đồ diễn tiến bao gồm các đối tợng, lifeline thể hiện sự tồn tại của đối tợng theo trục thời gian, focus of control thể hiện thời gian đối tợng tồn tại để thực hiện một số hành động nào đó, các thông điệp thể hiện sự liên lạc giữa các đối tợng. Có các dạng thông điệp: thông điệp đơn, thông điệp đồng bộ, thông điệp không đồng bộ, thông điệp hạn định thời gian,thông điệp đệ quy. 46 http://www.ebook.edu.vn Thông điệp đơn thích hợp với các hệ thống chỉ có một luồng điều khiển duy nhất, tại một thời điểm chỉ có một đối tợng hoạt động. Một thông điệp đơn đợc gửi từ một đối tợng hoạt động sang một đối tợng không hoạt động thì sẽ kích hoạt đối tợng này. Thông điệp đơn đợc ký hiệu bằng một hình mũi tên. Đối tợng gửi Đối tợng nhận chuyển giao đơn Hình 3.9.Ký hiệu thông điệp đơn Thông điệp đồng bộ sẽ khởi động thao tác ở đối tợng nhận chỉ khi đối tợng nhận tiếp nhận thông điệp. Khi một thông điệp đợc gửi đi đối tợng gửi bị phong toả cho đến khi đối tợng nhận tiếp nhận thông điệp. Thông điệp đồng bộ đợc ký hiệu bằng một hình mũi tên có gạch chéo. Đối tợng gửi Đối tợng nhận chuyển giao đồng bộ Hình 3.10.Ký hiệu thông điệp đồng bộ Thông điệp không đồng bộ: Một đối tợng gửi một thông điệp không đồng bộ nó không đợi thông điệp tả lời mà tiếp tục quá trình thực hiện. Ký hiệu bằng hình nửa mũi tên. Đối tợng gửi Đối tợng nhận chuyển giao không đồng bộ Hình 3.11.Ký hiệu thông điệp không đồng bộ Thông điệp hạn định thời gian : Khi một đối tợng gửi một thông điệp này đến đối tợng nhận, đối tợng nhận bị phong toả trong một thời gian định trớc nếu đối tợng nhận không tiếp nhận thông điệp thì đối tợng gửi sẽ đợc giải phóng. Đây là một trờng hợp riêng của thông điệp không đồng bộ. Ký hiệu bằng một hình mũi tên có vòng tròn. 47 http://www.ebook.edu.vn Đối tợng gửi Đối tợng nhận chuyển giao hạn định thời gian Hình 3.12.Ký hiệu thông điệp hạn định thời gian Thông điệp đệ quy: khi một đối tợng gửi một thông điệp cho chính nó, thông điệp này phải là thông điệp đồng bộ. Một loại biểu đồ liên quan đến biểu đồ diễn tiến là biểu đồ hợp tác. Biểu đồ này cũng diễn tả sự tơng tác giữa một nhóm các đối tợng nhng trong biểu đồ diễn tiến dàn trải các thông điệp theo trục thời gian, còn trong biểu đồ hợp tác đựoc biểu diễn theo không gian. 3.2.4. Biểu đồ trạng thái Trong các biểu đồ diễn tiến và hợp tác chỉ mô tả các tơng tác giữa các đối tợng nhìn từ bên ngoài, ở đây sẽ mô tả ứng xử, hành vi của đối tợng khi tiếp nhận các thông điệp. Có hai loại đối tợng là đối tợng bị động và đối tợng chủ động. Đối tợng bị động là loại đối tợng có hành vi không đổi. Khi các đối tợng này tiếp nhận một thông điệp nó sẽ phản ứng giống nhau không phụ thuộc vào thời gian và trạng thái của đối tợng. Đối tợng này phản ứng các thông điệp và nó cũng có thể gửi các thông điệp đến các đối tọng khác. Các đối tợng này không có đời sống thực sự. Đối tợng chủ động là các đối tợng có hành vi thay đổi. Khi một thông điệp đợc tiếp nhận các đối tợng này phản ứng lại các thông điệp đó khác nhau tuỳ theo trạng thái của nó lúc đó. Các đối tợng này là các đối tợng có đời sống thực sự. Khi một thông điệp gửi đến đối tợng sẽ làm thay đổi trạng thái của đối tợng và một số thao tác đợc kích hoạt để đáp ứng lại thông điệp đó. Biểu đồ trạng thái sẽ mô tả hành vi ứng xử của các đối tợng chủ động. Biểu đồ trạng thái gồm các trạng thái, các dịch chuyển và các sự kiện. Trạng thái của một đối tợng có đặc tính kéo dài trong thời gian và tính ổn định, nghĩa là tại một thời điểm đối tợng phải có một trạng thái nhất định không tồn tại trạng thái không xác định và trạng thái đó tồn tại trong một khoảng thời gian, trong khoảng thời gian đó hành vi của đối tợng là không đổi. Số các trạng thái của một đối tợng phải là hữu hạn. Có ba loại trạng thái là trạng thái đầu, trạng thái kết thúc và các trạng thái trung gian. Mỗi biểu đồ trạng thái có một trạng thái đầu, không hoặc nhiều trạng thái kết thúc. Trạng thái trung gian Trạng thái kết thúcTrạng thái đầu 48 http://www.ebook.edu.vn Hình 3.13. Ký hiệu các trạng thái Các hoạt động của đối tợng bên trong một trạng thái đợc biểu diễn ở các trạng thái, có ba loại hoạt động : entry, exit, on, do. Trạng thái A entry: on Sự kiện: exit Hình 3.14. Biểu diễn các hoạt động bên trong trạng thái Hoạt động biểu diễn bằng từ khoá entry là hoạt động vào trạng thái. Ví dụ trạng thái nhập mật khẩu, hoạt động vào trạng thái là hoạt động định dạng các ký tự nhập vào dới dạng ẩn. Hoạt động biểu diễn bàng từ khoá exit là hoạt động ra khỏi trạng thái. Trong trạng thái ở ví dụ trên trớc khi ra khỏi trạng thái nhập mật khẩu phải định lại chuẩn thông thờng cho việc nhập ký từ bàn phím không hiển thị dới dạng ẩn nữa. Các hoạt động biểu diễn bằng từ khoá on: sự kiện là các hoạt động của đối tợng khi tiếp nhận một sự kiện nhng không làm thay đổi trạng thái. Hoạt động biễu diễn bằng từ khoá do là các hoạt động khi đối tợng đang ở trạng thái đã cho. Các hoạt động này có thể bị ngắt khi có sự kiện làm dịch chuyển trạng thái. Các hoạt động này có thể là tuần tự và đợc kích hoạt ngay khi hoạt động vào trạng thái hoàn thành. Khi kết thúc đối tợng ra khổi trạng thái mà không có sự kiện bên ngoài. Bớc dịch chuyển nh thế gọi là dịch chuyển tự động. Mỗi trạng thái có thể có nhiều trạng thái con và đợc gọi là trạng thái kép. Trong mỗi trạng thái kép có thể có trạng thái bắt đầu giả. History Indicator dùng để ghi nhớ trạng thái đợc dùng trong các trạng thái kép. Ký hiệu bằng vòng tròn nhỏ và chữ H bên trong. Nó đợc dùng khi có một sự kiện xảy ra làm thay đổi trạng thái, trạng thái hiện tại sẽ đợc gửi đến History Indicator khi khôi phục lại trạng thái sẽ đợc khôi phục lại đúng trạng thái trớc khi sự kiện xảy ra. Các dịch chuyển biểu diễn sự thay đổi trạng thái, các bớc dịch chuyển là tức thời vì đối tợng luôn phải ở trong một trạng thái xác định A B Hình 3.15. Ký hiệu bớc dịch chuyển 49 http://www.ebook.edu.vn Các sự kiện xẩy ra trong hệ thống và gây nên sự dịch chuyển trạng thái. Đối với đối tợng sự tiếp nhận một thông điệp là một sự kiện, cũng có thể có nhiều thông điệp khác nhau nhng có cùng hiệu quả về hành vi của đối tợng đợc xem là một sự kiện, cũng có thể một sự kiện đợc thực hiện bằng cách tiếp nhận một số thông điệp. Các ràng buộc là điều kiện để xác định dịch chuyển có xẩy ra hay không khi có sự kiện. 3.2.5. Biểu đồ hoạt động Biểu đồ hoạt động mô tả hành vi bên trong của một phơng thức hay một trờng hợp sử dụng. Biểu đồ hoạt động là một tập hợp các hoạt động liên kết với nhau bằng các dịch chuyển. Biểu đồ hoạt động cũng có thể xem là một dạng của biểu đồ trạng thái, ở đây tất cảc các dịch chuyển đều là dịch chuyển tự động Trong biểu đồ hoạt động các hoạt động đợc đặt trong các swimlane (phân luồng công việc). Một swimlane là một nhóm các hoạt động đợc tổ chức theo những mục đích khác nhau ví dụ là nhóm hoạt động thực hiện bởi cùng một đối tợng, hay cùng một nhóm các đối tợng hay nhóm đối tợng đợc thực hiện cùng một nơi. Một biểu đồ hoạt động có nhiều mục đích khác nhau nh mô tả các hoạt động của một thao tác, mô tả các hoạt động bên trong đối tợng. 3.2.6. Biểu đồ các thành phần Biểu đồ các thành phần diễn tả kiến trúc logic của hệ thống làm cơ sở cho việc thực hiện. Biểu đồ thành phần ba gồm các mô đun, các quá trình nhiệm vụ, chơng trình chính, các chơng trình con, các hệ con. Các mô đun biểu diễn cho một loại phần tử vật lý tham gia trong việc xây dựng hệ thống tin học. Nó có thể là một tệp, một th viên tải động. Thông thờng mỗi lớp trong mô hình đợc thực hiện bằng hai mô đun là đặc tả (chứa giao diện lớp) và thân (chứa phần thực hiện của lớp đó). Thân Khái lợcĐặc tả Hình 3.16. Ký hiệu mô đun Giữa các mô đun này có các quan hệ, đó là quan hệ khách hàng/ cung ứng. Quan hệ này đợc biểu diễn bằng mũi tên đứt quãng. Các nhiệm vụ là các thành phần có luồng điều khiển riêng. Các nhiệm vụ có thể chứa trong các thành phần khác. 50 http://www.ebook.edu.vn Các chơng trình chính là điểm vào của các ứng dụng. Hình 3.17. Ký hiệu chơng trình chính Các chơng trình con là nhóm của các thủ tục và các hàm không thuộc vào các lớp Các thành phần của hệ thống có thể đợc nhóm lại và một nhóm nh vậy đợc gọi là hệ thống con. Hệ thống con chứa các thành phần hay các hệ thống con khác. <<Hệ thống con>> Hình 3.18 Ký hiệu hệ thống con 3.2.7. Biểu đồ phân bổ Biểu đồ phân bổ cho thấy các loại thiết bị vật lý khác nhau tham gia vào hệ thống và sự phân bổ các chơng trình thực hiện đợc lên các thiết bị đó. Trong biểu đồ phân bổ các thiết bị và bộ xử lý đợc biểu diễn bằng một nút. Giữa các nút có các kết nối, các kết nối này thờng là hai chiều. 51 . Trong UML định nghĩa chín loại biểu đồ - Biểu đồ các trờng hợp sử dụng - Biểu đồ lớp - Biểu đồ đối tợng - Biểu đồ diễn tiến - Biểu đồ cộng tác - Biểu đồ trạng thái - Biểu đồ hoạt động - Biểu. Hình 3. 3. Quan hệ kết hợp Quan hệ kết tập là trờng hợp riêng của quan hệ kết hợp. Nó phản ánh quan hệ toàn thế, bộ phận. Quan hệ kết tập đợc biểu diễn Ô tô 1 Động cơ Bánh xe 1 4 1 Hình 3. 4 con 3. 2.7. Biểu đồ phân bổ Biểu đồ phân bổ cho thấy các loại thiết bị vật lý khác nhau tham gia vào hệ thống và sự phân bổ các chơng trình thực hiện đợc lên các thiết bị đó. Trong biểu đồ phân