UML

UML (ang. Unified Modeling Language czyli Ujednolicony Język Modelowania) to graficzny język do obrazowania, specyfikowania, tworzenia i dokumentowania elementów systemów informatycznych. Umożliwia standaryzację sposobu opracowywania przekrojów systemu, obejmujących obiekty pojęciowe, takie jak procesy przedsiębiorstwa i funkcje systemowe, a także obiekty konkretne, takie jak klasy zaprogramowane w ustalonym języku, schematy baz danych i komponenty programowe nadające się do ponownego użycia. UML wspomaga specyfikowanie wszystkich ważnych decyzji analitycznych, projektowych i implementacyjnych, które muszą być podejmowane w trakcie wytwarzania i wdrażania systemu informatycznego. Modele zapisane w języku UML są jednakowo interpretowane przez wszystkie osoby zaangażowane w dany preces.

TL;DR

UML to graficzny język do obrazowania i dokumentowania elementów systemów informatycznych. Prace nad UML rozpoczęły się w 1994 roku, a ostateczna wersja została opublikowana w 1997 roku. UML znajduje zastosowanie w wielu branżach, głównie w projektowaniu systemów informatycznych. UML składa się z różnych diagramów, takich jak diagramy klas, diagramy przypadków użycia, czy diagramy sekwencji. Może być używany w połączeniu z różnymi językami programowania. Istnieje wiele narzędzi wspomagających tworzenie diagramów UML, zarówno darmowych, jak i komercyjnych. UML definiuje różne rodzaje związków między klasami, takie jak zależność, asocjacja, agregacja i generalizacja.

Geneza

Języki modelowania obiektowego pojawiły się między połową lat siedemdziesiątych a końcem lat osiemdziesiątych. Opracowanych zostało wiele metod obiektowych, z których jednymi z najważniejszych były: metoda Boocha, metoda OOSE Jacobsona (Object - Oriented Software Engineering) i metoda OMT Rumbaugha (Object Modeling Technique).

Oficjalny początek prac nad UML datuje się na październik 1994 roku. Wynikiem współpracy kilku firm, m.in. Rational, IBM, Hewlett-Packard, Texas Instruments, Unisys, Microsoft, był UML 1.0 - precyzyjnie zdefiniowany język modelowania. W styczniu 1997 roku UML 1.0 został przekazany Object Management Group (OMG) w odpowiedzi na zapotrzebowanie na propozycję standardu języka modelowania obiektowego. Do współpracy włączyły się kolejne firmy, w wyniku czego powstała poprawiona wersja UML (numer 1.1), przyjęta ostatecznie przez OMG 14 listopada 1997. OMG Revision Task Force (RTF) przejął zadanie pielęgnacji standardu UML. Dokonał redakcyjnych poprawek i w czerwcu 1998 roku przedstawił wersję UML 1.2, a jesienią 1999 roku opublikował UML 1.3.

Zastosowania

Głównym przeznaczeniem UML jest budowa systemów informatycznych.Z powodzeniem stosowano go już w:

• tworzeniu systemów informacyjnych przedsiębiorstw,
• usługach bankowych i finansowych,
• przemyśle obronnym i lotniczym,
• rozproszonych usługach internetowych,
• telekomunikacji,
• transporcie,
• sprzedaży detalicznej,
• elektronice w medycynie,
• nauce.

Służy do modelowania dziedziny problemu - w przypadku stosowania go do analizy oraz do modelowania rzeczywistości, która ma dopiero powstać - tworzy się w nim głównie modele systemów informatycznych. UML jest głównie używany wraz z jego reprezentacją graficzną - jego elementom przypisane są symbole, które wiązane są ze sobą na diagramach. Uniwersalnym formatem zapisu języka UML jest XMI - język służący do zapisywania modeli UML za pomocą XML'a.

Elementy składowe==W najnowszej wersji 2.0 języka UML wyróżnia się 13 diagramów głównych, oraz 4 abstrakcyjne (struktur, dynamiki, wdrożeniowe, interakcji)===Diagramy struktury=

• Klas (class),
• Obiektów (object),
• Pakietów,
• Struktur połączonych.

Diagramy wdrożeniowe (abstrakcyjne)

• Komponentów,
• Rozlokowania.

Diagramy dynamiki

• Przypadków użycia (use case),
• Czynności (activity),
• Maszyny stanowej (state).

Diagramy interakcji

• Sekwencji,
• Komunikacji,
• Harmonogramowania (lub Zależności czasowych),
• Sterowania interakcją.

Zastosowania w projektowaniu systemów informatycznych

Projektując system informatyczny, rozpoczyna się przeważnie od tworzenia diagramów w następującej kolejności:

• Przypadków użycia,
• Klas,
• Czynności,
• Sekwencji.

Są to najczęściej wykorzystywane diagramy. Pozostałe z nich bywają pomijane, zwłaszcza przy budowaniu niedużych systemów informatycznych.

UML nie jest językiem programowania graficznego, jednak modele w nim zapisane mogą być wprost powiązane z wieloma językami programowania. Model utworzony w języku UML można przekształcić w taki język, jak Java, C++ czy Visual Basic, albo w tabele relacyjnej bazy danych. To przekształcenie umożliwia inżynierię do przodu, to znaczy generowanie kodu w języku programowania na podstawie modelu UML. Możliwe jest także odwrotne przekształcenie, czyli rekonstrukcja modelu na podstawie implementacji (inżynieria wstecz). Przy przejęciu od modelu do kodu każda informacja niezakodowana w implementacji jest tracona, dlatego inżynieria wstecz wymaga odpowiednich narzędzi i udziału człowieka. UML jest na tyle wyrazisty i jednoznaczny, że umożliwia nie tylko bezpośrednie przekształcanie modeli, ale także symulację systemów oraz dostrajanie elementów wdrożonych systemów.

Wybrane aplikacje wspomagające tworzenie diagramów

Darmowe:

• ArgoUML - napisany w Javie, zaawansowane generowanie kodu i podpowiedzi, ciągle tworzony,
• Dia - ogólne narzędzie do rysowania diagramów,
• UML Sculptor - prosty, łatwy w użyciu program do tworzenia diagramów klas,
• Umbrello - program dla Linuksa, część KDE,
• UMLpad,
• JUDE Community.

Narzędzia komercyjne:

• Borland Together - rodzina programów integrujących się z różnymi IDE, jest wersja darmowa,
• Poseidon for UML - zaawansowane narzędzie bazujące na ArgoUML, darmowa edycja Community,
• Enterprise Architect - Profesjonalne narzędzie w przystępnej cenie o wygodnym interfejsie działające na platformach Windows i Linux. Wspiera UML 2.0,
• Rodzina programów iGrafx - narzędzia począwszy od iGrafx FlowCharter wspierają tworzenie diagramów UML. Wersja testowa na witrynie iGrafx,
• Visual Paradigm for UML,
• IBM Rational Rose,
• Telelogic Tau G2.

Rodzaje związków między klasami

Rys. 1. Rodzaje zależności

1. Zależność. Oznaczana przez przerywaną linią i kończąca się strzałką wskazującą kierunek zależności. Relacja ta oznacza, że jedna klasa (A) w jakiś sposób korzysta z drugiej klasy (B). Przykładowo klasa A może wywoływać różne działania w klasie B bądź też może wymagać jej do poprawnego stworzenia swojej instancji. W przypadku zmian w klasie A, klasa B zwykle też musi być zmieniona. Obie klasy są wymagane do poprawnego działania.

Przykład: Sklep i płatności internetowe.

2. Asocjacja. Oznaczona linią ciągłą, zakończoną strzałką wskazującą kierunek zależności. Może być jedno - i dwukierunkowa, ale także nieokreślona. W tym przypadku klasy nie wpływają na siebie i mogą istnieć oraz działać oddzielnie. Asocjacje zachodzą zwykle między większą ilością klas.

Przykład: człowiek i firma, gdzie firma może zatrudniać wielu ludzi, ale może się zdarzyć, że jedna osoba pracuje w kilku firmach.

3. Agregacja częściowa. Oznaczana ciągłą linią z pustym rombem umieszczonym przy klasie określającej całość. Jest to połączenie dwóch klas w relacji całość - część, czyli klasa całościowa dobiera sobie do działania klasy częściowe. Jeśli jedna z klas zostanie usunięta, druga może bez niej funkcjonować. Dodatkowo jedna klasa częściowa może być zawierana przez wiele innych klas całościowych, ponieważ żadna z nich nie tworzy i nie używa jej na wyłączność.

Przykład: samochód i wypożyczający.

4. Agregacja całkowita. Oznaczana linią ciągłą z wypełnionym rombem, który jest umieszczony przy klasie całościowej. Jest bardzo podobna do agregacji częściowej, z tą różnicą, że po usunięciu klasy głównej, przestają istnieć także klasy częściowe. Dzieje się tak, ponieważ to klasa całościowa tworzy klasy częściowe.

Przykład: faktura i pozycje faktury.

5. Generalizacja. Oznaczana przez linię ciągłą zakończoną niewypełnionym trójkątem skierowanym z klasy pochodnej do klasy bazowej. Wyodrębnia wspólne cechy dla kilku klas i przenosi je do klasy bardziej ogólnej. Klasy pochodne dziedziczą cechy i zachowania klasy bazowej, ale też zwykle dodają własne lub nadpisując istniejące.

Przykład: pies i kot dziedziczące po klasie zwierzę. Wspólną cechą będzie ilość nóg, a zachowaniem chodzenie, natomiast różnić się mogą odpowiednio ulubionym jedzeniem oraz wydawanymi dźwiękami.

UML — artykuły polecane

SQL — Wzorce projektowe — Behavior driven development — SmallTalk (język programowania) — XML — Pascal (język programowania) — COBOL (język programowania) — Perl (język programowania) — ASP.NET — Model PERFORM

Bibliografia

• Górski T., Sowa M. (2016), Konstrukcja diagramu klas UML z zastosowaniem Model-Driven Development, Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Cybernetyki, Instytut Systemów Informatycznych
• Plebaniak R. (2013), Modelowanie i analiza systemów informatycznych
• Stevens P. (2007), UML. Inżynieria oprogramowania, Helion, Gliwice
• Szlenk M. (2005), Formalna semantyka i wnioskowanie o pojęciowym diagramie klas w UML, praca doktorska, Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
• Szmuc W. (2007), Modelowanie konstrukcji obiektowych języka UML z zastosowaniem kolorowanych sieci Petriego, tom 11
• Trzaska M. (2008), Modelowanie i implementacja systemów informatycznych, Wydawnictwo Polsko-Japońskiej Wyższej Szkoły Technik Komputerowych, Warszawa
• Wrycza S, Marcinkowski B., Wyrzykowski K. (2006), Język UML 2.0 w modelowaniu systemów informatycznych, Wydawnictwo Helion, Gliwice

Autor: Magdalena Adamczyk, Mateusz Bembenek, Aleksandra Zembaty