基于UML的系統(tǒng)分析方法研究

2019-11-17 04:42:39

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供稿：網(wǎng)友

摘要文章探討了基于UML進行面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析及設(shè)計方法，包括靜態(tài)建模和動態(tài)建模；提出了一種實用的基于UML的需求分析及其建模方法，以活動圖模型來表達業(yè)務(wù)模型，以概念層的對象圖、狀態(tài)圖及交互圖模型表達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)邏輯及行為邏輯，

以應(yīng)用例圖表達系統(tǒng)需求；討論了需求分析及其建模的過程概念，并以高校開放式學(xué)籍治理系統(tǒng)的開發(fā)作為案例示范。

　　要害詞 UML，RUP，開放式學(xué)籍治理

　　引言

　　UML是一種編制系統(tǒng)藍圖的標準化語言，可以實現(xiàn)大型復(fù)雜系統(tǒng)各種成分描述的可視化、說明并構(gòu)造系統(tǒng)模型，以及建立各種所需的文檔，它是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的建模語言。UML的發(fā)展對軟件工程的發(fā)展做出了杰出的貢獻。

　　UML支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程。UML通過三類圖形建立系統(tǒng)模型：用例（Use Case）圖、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（對象類圖、對象圖、組件圖、配置圖）和動態(tài)行為圖（順序圖、協(xié)同圖、狀態(tài)圖、活動圖），這些圖可以從不同的抽象角度實現(xiàn)系統(tǒng)的可視化。

　　URM的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段。

　　最初的階段是專家的聯(lián)合行動，由三位OO（面向?qū)ο螅┓椒▽W(xué)家[8]將他們各自的方法結(jié)合在一起，形成UML 0.9。

　　第二階段是公司的聯(lián)合行動，由十幾家公司組成的"UML伙伴組織"將各自的意見加入UML，形成UML 1.0和1.1，并作為向OMG申請成為建模語言規(guī)范的提案。

　　第三階段是在OMG控制下的修訂與改進，OMG于1997年11月正式采納UML 1.1作為建模語言規(guī)范，然后成立任務(wù)組進行不斷的修訂，并產(chǎn)生了UML 1.2、1.3和1.4版本，其中UML 1.3是較為重要的修訂版。

　　目前正處于UML的重大修訂階段，目標是推出UML 2.0，作為向ISO提交的標準提案。

　　1、UML的特點

　　UML具有以下特點：

　　(1)面向?qū)ο?。UML支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)的主要概念，提供了一批基本的模型元素的表示圖形和方法，能簡潔明了地表達面向?qū)ο蟮母鞣N概念。

　　(2)可視化，表示能力強。通過UML的模型圖能清楚地表示系統(tǒng)的邏輯模型和實現(xiàn)模型?？捎糜诟鞣N復(fù)雜系統(tǒng)的建模。

　　(3)獨立于過程。UML是系統(tǒng)建模語言，獨立于開發(fā)過程。

　　(4)獨立于程序設(shè)計語言。用UML建立的軟件系統(tǒng)模型可以用java、VC++、SmalltaIk等任何一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計來實現(xiàn)。

　　(5)易于把握使用。UML圖形結(jié)構(gòu)清楚，建模簡潔明了，輕易把握使用。

　　使用UML進行系統(tǒng)分析和設(shè)計，可以加速開發(fā)進程，提高代碼質(zhì)量，支持動態(tài)的業(yè)務(wù)需求。UML適用于各種規(guī)模的系統(tǒng)開發(fā)。能促進軟件復(fù)用，方便地集成已有的系統(tǒng)，并能有效處理開發(fā)中的各種風(fēng)險。

　　2、UML的面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計過程

　　運用UML進行面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析設(shè)計，其過程通常由以下3個部份組成：

　　(1)識別系統(tǒng)的用例和角色

　　首先對項目進行需求調(diào)研，依據(jù)項目的業(yè)務(wù)流程圖和數(shù)據(jù)流程圖以及項目中涉及的各級操作人員，通過分析，識別出系統(tǒng)中的所有用例和角色；接著分析系統(tǒng)中各角色和用例間的聯(lián)系，再使用UML建模工具畫出系統(tǒng)的用例圖，同時，勾畫系統(tǒng)的概念層模型，借助UML建模工具描述概念層類圖和活動圖。

　　(2)進行系統(tǒng)分析，并抽取類

　　系統(tǒng)分析的任務(wù)是找出系統(tǒng)的所有需求并加以描述，同時建立特定領(lǐng)域模型。建立域模型有助于開發(fā)人員考察用例，從中抽取出類，并描述類之間的關(guān)系。

　　(3)系統(tǒng)設(shè)計，并設(shè)計類及其行為

　　設(shè)計階段由結(jié)構(gòu)設(shè)計和具體設(shè)計組成。①結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層設(shè)計，其任務(wù)是定義包(子系統(tǒng))，包括包間的依靠關(guān)系和主要通信機制。包有利于描述系統(tǒng)的邏輯組成部分以及各部分之間的依靠關(guān)系。②具體設(shè)計就是要細化包的內(nèi)容，清楚描述所有的類，同時使用UML的動態(tài)模型描述在特定環(huán)境下這些類的實例的行為。 UML面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計在開放式學(xué)籍治理系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　UML是一種建模語言，是系統(tǒng)開發(fā)的一個組成部分，本身并沒有關(guān)于開發(fā)過程概念的定義和表示符號[2]。UML的創(chuàng)始者比Booch 、Jacobson和Rumbaugh在Rational公司的支持下綜合了多種系統(tǒng)開發(fā)過程的優(yōu)點，提出新的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)過程，稱為Rational統(tǒng)一過程(Rational Unified PRocess，RUP)。
RUP過程的核心工作流包括：業(yè)務(wù)建模、需求分析、系統(tǒng)分析與設(shè)計、實現(xiàn)、測試和系統(tǒng)配置。下面通過UML來分析并構(gòu)造學(xué)籍治理模型，并結(jié)合Rational統(tǒng)一過程加以描述，圖形用Rational Rose工具軟件繪制。

　　1、開放式學(xué)籍治理系統(tǒng)概述

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，非凡是Internet/Intranet的出現(xiàn)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，信息革命帶來了全球范圍市場競爭的日益加劇，對傳統(tǒng)的辦公教學(xué)和生活方式產(chǎn)生了巨大的沖擊。辦公自動化就是采用Internet/Intranet技術(shù)，基于工作流的概念，使內(nèi)部人員方便快捷的共享信息，高效的協(xié)同工作；改變過去復(fù)雜，低效的手工辦公方式，實現(xiàn)迅速，全方位的信息采集，信息處理。校園網(wǎng)的建設(shè)，為開放式的學(xué)籍治理系統(tǒng)提供了技術(shù)保障。

　　開放式學(xué)籍治理系統(tǒng)是一個由學(xué)校學(xué)籍治理信息中心監(jiān)控，各教學(xué)系（部）、教研室分級治理，由學(xué)生檔案治理、導(dǎo)師治理、授課教師治理、選課治理、成績查詢治理、打印報表等幾部分組成，選課學(xué)生甚至聯(lián)網(wǎng)的鄰近院校共同參與的治理系統(tǒng)。
學(xué)籍治理由學(xué)校學(xué)籍治理中心監(jiān)控，各教學(xué)系部、教研室分級治理，任課教師，選課學(xué)生共同參與。

　　2、開放式學(xué)籍治理系統(tǒng)的用例和角色

　　業(yè)務(wù)建模和需求分析的目的是對學(xué)籍治理進行評估，采集和分析系統(tǒng)的需求，理解系統(tǒng)要解決的問題，重點是充分考慮系統(tǒng)的實用性。結(jié)果可以用一個U se Case模型表達(圖1)，模型中的活動者代表外部與系統(tǒng)交互的角色，包括學(xué)生、系統(tǒng)治理員，Use Case是對系統(tǒng)需求的描述，表達了系統(tǒng)的功能和所提供的服務(wù)，包括學(xué)生檔案治理子系統(tǒng)、導(dǎo)師檔案治理子系統(tǒng)、課程治理子系統(tǒng)、授課教師治理子系統(tǒng)、選課治理子系統(tǒng)、成績治理子系統(tǒng)、打印報表子系統(tǒng)。

　　圖1中模型元素之間的實線表示二者存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，是學(xué)籍治理系統(tǒng)層的Use Case模型，只包含了最基本的Use Case模型，是系統(tǒng)的高層抽象，在開發(fā)過程中，隨著對系統(tǒng)的熟悉不斷加深，Use Case模型可以自頂向下不斷精化，演化出更為具體的Use Case模型。

　　3、開放式學(xué)籍治理系統(tǒng)分析與設(shè)計

　　系統(tǒng)分析與設(shè)計是研究欲采用的實現(xiàn)環(huán)境和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)果是產(chǎn)生一個對象模型，即設(shè)計模型。設(shè)計模型包含了Use Case的實現(xiàn)，可以表現(xiàn)對象是如何相互通信和運作來實現(xiàn)Use Case流的。對于系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^對象類圖、對象圖、組件圖和配置圖來描述，對于系統(tǒng)的動態(tài)行為，可以通過順序圖、協(xié)同圖、狀態(tài)圖、活動圖描繪。這些圖再加上支持說明文檔就構(gòu)成一個完整的設(shè)計模型。

　　(1)靜態(tài)結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計

　　學(xué)籍治理系統(tǒng)中擁有大量數(shù)字化信息資源，這些資源是多種媒體、多種格式的，而且還是相互關(guān)聯(lián)的。其數(shù)據(jù)量大，信息長度不定。非結(jié)構(gòu)化信息與結(jié)構(gòu)比信息并存。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和信息治理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、用戶接口等方面都虛擬實現(xiàn)對這些數(shù)字化信息資源的治理和操作，這就決定了學(xué)籍治理必須采用面向?qū)ο蟮姆椒▉斫?shù)據(jù)模型和治理模型，建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫。實現(xiàn)面向?qū)ο蟮男畔⒅卫硐到y(tǒng)。使用UML對學(xué)籍治理系統(tǒng)進行基于面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計，可以從開發(fā)的第一步開始，從系統(tǒng)的底層就把握住學(xué)籍治理信息資源的特征，為下一步的具體實現(xiàn)打好基礎(chǔ)。在為學(xué)籍治理系統(tǒng)建立模型時要涉及到處理大量的模型元素，如對象類、接口、組件、節(jié)點、圖等。圖2是學(xué)籍治理系統(tǒng)中的學(xué)生類。

　　在圖2的學(xué)生類圖中，包括學(xué)生類的屬性和方法。例如：studentId是學(xué)生的學(xué)號，且數(shù)據(jù)類型為bigint(8)，且為主碼；selectCourse（courseId : bigint，studentId:bigint）return int，是類的方法，其入口參數(shù)為課程編號courseId和學(xué)生學(xué)號studentId，此方法作用是學(xué)生進行選課。

　　(2)動態(tài)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計

　　學(xué)籍治理館提供的各種服務(wù)都是建立在分布、開放的信息結(jié)構(gòu)之上。依托高速、可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)來完成。每項服務(wù)都可以看成一個事件流，由若干相關(guān)的對象交互合作來完成。對于這種系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)作關(guān)系和過程行為，可以通過繪制順序圖和協(xié)同圖來幫助觀察和理解。
一個對象在雙生存期間所經(jīng)歷的狀態(tài)序列。對于把握對象的行為和狀態(tài)的遷移變化是非常重要的，可以通過狀態(tài)回來了解一個對象的歷史，引起一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件，以及由于狀態(tài)的轉(zhuǎn)移而引發(fā)的動作。

　　此外，描述工作流和并發(fā)處理行為還可以用活動圖，表達從一個活動到另一個活動的控制流，顧序圖和協(xié)同圖適合描述多個對象的協(xié)同行為，而狀態(tài)圖適合描述一個對象穿越多個Use Case的行為。狀態(tài)圖與活動圖的區(qū)別是：狀態(tài)圖描述的是對象類響應(yīng)事件的外部行為?；顒訄D描述的是響應(yīng)內(nèi)部處理的對象類的行為。圖3是學(xué)生查詢成績的活動圖。

　　圖3中，學(xué)生登陸學(xué)籍治理系統(tǒng)，輸入其用戶名和密碼，若用戶名和密碼有誤則返回，否則進入下一步：首先選擇查詢類型（查詢成績），然后輸入查詢要害詞，再進行查詢，系統(tǒng)自動生成了成績單。

　　4、開放式學(xué)籍治理系統(tǒng)的實現(xiàn)、測試和系統(tǒng)配置

　　經(jīng)過系統(tǒng)分折與設(shè)計后．就可以根據(jù)設(shè)計模型在具體的環(huán)境中實現(xiàn)系統(tǒng)，生成系統(tǒng)的源代碼、可執(zhí)行程序和相應(yīng)的軟件文檔，建立一個可執(zhí)行的系統(tǒng)．然后需要對系統(tǒng)送行測試和排錯，保證系統(tǒng)符合預(yù)定的要求。獲得一個無錯的系統(tǒng)實現(xiàn)，調(diào)試的結(jié)果將確認所完成的系統(tǒng)可以真正使用。最后系統(tǒng)配置的任務(wù)是在真實的使用運行環(huán)境中配置，調(diào)試系統(tǒng)，解決系統(tǒng)正式使用前可能存在的任何問題。

　　小結(jié)

　　UML是一種功能強大的、面向?qū)ο蟮目梢暬到y(tǒng)分析的建模語言，它采用一整套成熟的建模技術(shù)，廣泛地適用于各個應(yīng)用領(lǐng)域。它的各個模型可以幫助開發(fā)人員更好地理解業(yè)務(wù)流程，建立更可靠、更完善的系統(tǒng)模型。從而使用戶和開發(fā)人員對問題的描述達到相同的理解，以減少語義差異，保障分析的正確性。

　　通過對學(xué)籍治理系統(tǒng)的開發(fā)可以看到，UML作為軟件工程中的建模語言，代表了面向?qū)ο蠓椒ǖ能浖_發(fā)技術(shù)的發(fā)展方向，具有重大的經(jīng)濟價值和國防價值，并獲得了國際上的廣泛支持，具有非常好的應(yīng)用前景。

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