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統一建模語言UML

軟件工程領域在1995年至1997年取得了前所未有的進展,其成果超過軟件工程領域過去15年來的成就總和。其中最重要的、具有劃時代重大意義的成果之一就是統一建模語言(UML:Unified Modeling Language)的出現。

在世界范圍內,至少在近10年內,UML將是面向對象技術領域內占主導地位的標準建模語言。采用UML作為我國統一的建模語言是完全必要的:首先,過去數十種面向對象的建模語言都是相互獨立的,而UML可以消除一些潛在的不必要的差異,以免用戶混淆;其次,通過統一語義和符號表示,能夠穩定我國的面向對象技術市場,使項目根植于一個成熟的標準建模語言,從而可以大大拓寬所研制與開發的軟件系統的適用范圍,并大大提高其靈活程度。

統一建模語言（UML）是用來對軟件密集系統進行描述、構造、視化和文檔編制的一種語言。

首先，也是最重要的一點，統一建模語言融合了Booch、OMT和OOSE方法中的概念，它是可以被上述及其他方法的使用者廣泛采用的一門簡單、一致、通用的建模語言。

其次，統一建模語言擴展了現有方法的應用范圍。特別值得一提的是，UML的開發者們把并行分布式系統的建模作為UML的設計目標，也就是說，UML具有處理這類問題的能力。

第三，統一建模語言是標準的建模語言，而不是一個標準的開發流程。雖然UML的應用必然以系統的開發流程為背景，但根據我們的經驗，不同的組織，不同的應用領域需要不同的開發過程。舉個例子來說，開發錯綜復雜的軟件是非常有趣的工作，但開發這種軟件與構造嚴格實時的航空電子系統是大不一樣的，后者是性命攸關的大事。因此我們首先把精力集中在設計通用的元模型上（統一不同方法的語義），其次是建立通用的表示法（提供對這些語義的形象化的表達）。雖然UML的開發者們將繼續倡導從用例驅動到體系結構為中心最后反復改進、不斷添加的軟件開發過程，但實際上設計標準的開發流程并不是非常必要的。

UML是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的建模語言。它溶入了軟件工程領域的新思想、新方法和新技術。它的作用域不限于支持面向對象的分析與設計,還支持從需求分析開始的軟件開發的全過程。

面向對象技術和UML的發展過程可用上圖來表示,標準建模語言的出現是其重要成果。在美國,截止1996年10月,UML獲得了工業界、科技界和應用界的廣泛支持,已有700多個公司表示支持采用UML作為建模語言。1996年底,UML已穩占面向對象技術市場的85%,成為可視化建模語言事實上的工業標準。1997年11月17日,OMG采納UML 1.1作為基于面向對象技術的標準建模語言。UML代表了面向對象方法的軟件開發技術的發展方向,具有巨大的市場前景,也具有重大的經濟價值和國防價值。

標準建模語言UML的內容

首先,UML融合了Booch、OMT和OOSE方法中的基本概念,而且這些基本概念與其他面向對象技術中的基本概念大多相同,因而,UML必然成為這些方法以及其他方法的使用者樂于采用的一種簡單一致的建模語言;其次,UML不僅僅是上述方法的簡單匯合,而是在這些方法的基礎上廣泛征求意見,集眾家之長,幾經修改而完成的,UML擴展了現有方法的應用范圍;第三,UML是標準的建模語言,而不是標準的開發過程。盡管UML的應用必然以系統的開發過程為背景,但由于不同的組織和不同的應用領域,需要采取不同的開發過程。

作為一種建模語言,UML的定義包括UML語義和UML表示法兩個部分。

(1) UML語義 描述基于UML的精確元模型定義。元模型為UML的所有元素在語法和語義上提供了簡單、一致、通用的定義性說明,使開發者能在語義上取得一致,消除了因人而異的最佳表達方法所造成的影響。此外UML還支持對元模型的擴展定義。

(2) UML表示法 定義UML符號的表示法,為開發者或開發工具使用這些圖形符號和文本語法為系統建模提供了標準。這些圖形符號和文字所表達的是應用級的模型,在語義上它是UML元模型的實例。

標準建模語言UML的重要內容可以由下列五類圖(共9種圖形)來定義:

·第一類是用例圖,從用戶角度描述系統功能,并指出各功能的操作者。

·第二類是靜態圖(Static diagram),包括類圖、對象圖和包圖。其中類圖描述系統中類的靜態結構。不僅定義系統中的類,表示類之間的聯系如關聯、依賴、聚合等,也包括類的內部結構(類的屬性和操作)。類圖描述的是一種靜態關系,在系統的整個生命周期都是有效的。對象圖是類圖的實例,幾乎使用與類圖完全相同的標識。他們的不同點在于對象圖顯示類的多個對象實例,而不是實際的類。一個對象圖是類圖的一個實例。由于對象存在生命周期,因此對象圖只能在系統某一時間段存在。包由包或類組成,表示包與包之間的關系。包圖用于描述系統的分層結構。

·第三類是行為圖(Behavior diagram),描述系統的動態模型和組成對象間的交互關系。其中狀態圖描述類的對象所有可能的狀態以及事件發生時狀態的轉移條件。通常,狀態圖是對類圖的補充。在實用上并不需要為所有的類畫狀態圖,僅為那些有多個狀態其行為受外界環境的影響并且發生改變的類畫狀態圖。而活動圖描述滿足用例要求所要進行的活動以及活動間的約束關系,有利于識別并行活動。

·第四類是交互圖(Interactive diagram),描述對象間的交互關系。其中順序圖顯示對象之間的動態合作關系,它強調對象之間消息發送的順序,同時顯示對象之間的交互;合作圖描述對象間的協作關系,合作圖跟順序圖相似,顯示對象間的動態合作關系。除顯示信息交換外,合作圖還顯示對象以及它們之間的關系。如果強調時間和順序,則使用順序圖;如果強調上下級關系,則選擇合作圖。這兩種圖合稱為交互圖。

·第五類是實現圖( Implementation diagram )。其中構件圖描述代碼部件的物理結構及各部件之間的依賴關系。一個部件可能是一個資源代碼部件、一個二進制部件或一個可執行部件。它包含邏輯類或實現類的有關信息。部件圖有助于分析和理解部件之間的相互影響程度。

配置圖定義系統中軟硬件的物理體系結構。它可以顯示實際的計算機和設備(用節點表示)以及它們之間的連接關系,也可顯示連接的類型及部件之間的依賴性。在節點內部,放置可執行部件和對象以顯示節點跟可執行軟件單元的對應關系。

從應用的角度看,當采用面向對象技術設計系統時,首先是描述需求;其次根據需求建立系統的靜態模型,以構造系統的結構;第三步是描述系統的行為。其中在第一步與第二步中所建立的模型都是靜態的,包括用例圖、類圖(包含包)、對象圖、組件圖和配置圖等五個圖形,是標準建模語言UML的靜態建模機制。其中第三步中所建立的模型或者可以執行,或者表示執行時的時序狀態或交互關系。它包括狀態圖、活動圖、順序圖和合作圖等四個圖形,是標準建模語言UML的動態建模機制。因此,標準建模語言UML的主要內容也可以歸納為靜態建模機制和動態建模機制兩大類。