582104

1
582104 Ohjelmistojen mallintaminen Unified
Modeling Language (UML)
2
Olioperustaisuus

• Olio toimii mallinnuksen perusyksikkönä eri
  abstraktiotasoilla
• Järjestelmän rajaus, suunnittelu, ohjelmointi,
  suoritus..
• Järjestelmä koostuu joukosta olioita (object),
  jotka yhdessä tuottavat järjestelmän palvelut
• Olio on kokonaisuus (entity), joka suorittaa
  omaan tietosisältöönsä perustuvia palveluita
• Olio kapseloi omat tietonsa tarjoamiensa
  palveluiden kautta käytettäviksi
• Oliolla on identiteetti (identity), joka pysyy
  vaikka olion tila (state) tai käyttäytyminen
  (behavior) muuttuisivat

3
Luokka

• Samanrakenteiset oliot kuuluvat samaan luokkaan
  (class)
• Eli ovat ko. luokan ilmentymiä (instance)

• Pitäisikö määritellä luokat kirahvi ja leijona ?

4
Luokka ja olio
public class Eläin int eläinNumero String laji Color väri float paino public Eläin(int numero, String laji, Color väri, float paino) . public float getPaino()
Eläin leoLeijona new Eläin(.) Eläin
kiraKirahvi new Eläin(..) leoLeijona.syö(kira
Kirahvi)
5
Unified Modeling Language (UML)

• ohjelmistojen, liiketoiminnan ja muiden
  järjestelmien määrittelemiseen, visualisointiin,
  rakentamiseen ja dokumentointiin tarkoitettu
  kieli. UML Specification 2003
• Alun perin yhdistelmä vanhemmista
  oliotekniikoista
• OMT (Rumbaugh) Booch OOSE (Jacobson)
• Kehitetty Rational Softwaren toimesta vuodesta
  1996 lähtien
• Nykyisin teollisuusstandardi
• Useiden CASE-välineiden valinta
• Sisältää kymmenkunta (13) kaaviotyyppiä

6
UMLn kaaviotyypit
Wikipedia
7
OmniGraffle-työkalun kategoria UML Use Case
8
OmniGraffle-työkalun kategoria UML General
9
OmniGraffle-työkalun kategoria UML Sequence
10
UMLn malli- ja kaaviotyypit rakennemalli

• Ohjelman staattinen rakenne
• Kaaviotyypit
• Luokkakaavio ja oliokaavio
• Järjestelmän tietosisältö ja käytettävissä olevat
  luokkien tarjoamat palvelut
• Käytössä määrittely- ja suunnittelutasolla
• Toteutuskaaviot eli komponentti- ja
  sijoittelukaavio (component diagram, deployment
  diagram)
• Ohjelmiston koostuminen komponenteista ja niiden
  suoritusaikainen sijoittuminen

11
Luokkakaavioesimerkki Ostoskori
12
UMLn malli- ja kaaviotyypit käyttäytymismalli

• Järjestelmän palvelut ja niiden toteuttaminen
• Kaaviotyypit
• Käyttötapauskaavio (use case diagram)
• Mitä järjestelmällä tehdään
• Tekstuaaliset kuvaukset olennaisia
• Vuorovaikutuskaaviot eli sekvenssi- (sequence) ja
  kommunikointikaavio (communication diagram
• Palveluiden toteuttaminen olioiden välisenä
  yhteistyönä
• Sekvenssikaavio korostaa palveluiden käyttämistä
  aikajärjestyksessä
• Kommunikointikaavio korostaa olioiden kytkentöjä

13
Käyttötapaukset

• Keskeisin tekniikka järjestelmän ulkoisesti
  havaittavien ominaisuuksien ja käyttäytymisen
  mallintamiseen määrittelytasolla UMLssä
• UML määrittelee käyttötapauskaavion, mutta
  kaaviotekniikkaa olennaisempaa on kunkin
  käyttötapauksen tekstuaalinen kuvaus
• Käyttötapauksia voi kuvata eri tarkkuustasolla,
  mutta ne eivät muodosta varsinaista hierarkkista
  rakennetta

14
Käyttötapaus ja käyttäjä

• Käyttötapaus (use case)
• Looginen tavoitteellinen tehtäväkokonaisuus,
  jolla on lähtökohta ja lopputulos
• Usein järjestelmälle asetettava toiminnallinen
  vaatimus
• Käyttäjä (actor)
• Rooli, jota järjestelmään liittyvä taho esittää
• Usein ihminen, mutta voi olla myös ulkoinen
  järjestelmä
• Toimii vuorovaikutteisesti järjestelmän kanssa

15
Käyttötapauksen tekstikuvaus

• Sisältää tyypillisesti ainakin
• Käyttötapaukseen liittyvät käyttäjät
• Käyttötapauksen kulku askelittain
• Usein myös
• Annettavat syötteet ja saatavat tulosteet /
  tulokset
• Säännöt, vaatimukset, määrät
• Suhteet muihin tapauksiin, erikois- ja
  poikkeustilanteet

16
Käyttötapausesimerkki ostoskori
17
UML vuorovaikutuskaaviot sekvenssikaavio

• Keskeisin tekniikka käyttäytymisen mallintamiseen
  suunnittelutasolla UMLssä
• Visualisoi olioiden välisen viestinvälityksen
• Viesti (message) kuvataan nuolena oliosta toiseen
• Kaaviossa aika kulkee ylhäältä alas, viestit
  merkitään aikajärjestykseen
• Viesti aktivoi metodin (eli palvelun tai
  operaation) suorituksen vastaanottavassa oliossa
• Aktivaatio (activation) kuvataan suorakaiteena
  olion elämänviivassa (lifeline)

18
Tärkeimmät sekvenssikaavion elementit

• Kutsuja-olio kutsuu Kutsuttava-olion metodia
  nimeltä metodiKutsu()
• Paksunnettu pystypalkki kuvaa aktivaatiota
• Horisonaaliset viivat kuvaavat viestien kulkua

19
UML malli- ja kaaviotyypittilanmuutosmalli
(state change model)

• Järjestelmän tilan mahdolliset muutokset
• Aktiviteettikaavio (activity diagram)
• Kontrollin kulku prosessissa tai olion
  operaatiossa
• Sisältää ehtoja ja haaraumia
• Tilakaavio (statechart diagram)
• Olion tilamuutokset esitetään tilakoneena
• Tapahtumat (event) laukaisevat tilasiirtymiä
  (state transition) ja
• Tuottavat toimintoja (actions)

20
Tilakaavio lyhyesti

• Yksittäisten olioiden käyttäytymistapa voi olla
  erilainen eri tilanteissa
• Kirjastoesimerkissä luokan Kirja oliot
  käyttäytyvät eri tavalla ollessaan lainassa kuin
  ollessaan hyllyssä
• Olion käyttäytyminen siis riippuu sen tilasta
• Kun kirja on lainassa, ei sille voi suorittaa
  operaatiota lainaa
• Kun kirja palautetaan, vaihtuu sen tila jälleen
  sellaiseksi, että uusi lainaus on mahdollista

21
Aktiviteettikaavio lyhyesti

• Tilakaaviot kuvaavat lähinnä yksittäisen olion
  toimintaa
• Aktiviteettikaavioilla on mahdollisuus kuvata
  suurempaa toiminnallista kokonaisuutta, esim.
• Kokonaista liiketoimintaprosessia
• Tiedon ja työn kulkua järjestelmässä monen
  toimijan kannalta
• Käyttötapauksen etenemislogiikkaa
• Aktiviteettikaavioissa kuvataan sarja toimintoja
  ja niiden suoritusjärjestys

22
Esimerkki tilauksen vastaanottamisen
mallintamisesta aktiviteettikaaviona
23
Millä kaaviot kannattaa piirtää?

• Kaikkea ei tarvitse eikä kannata tunkea samaan
  kuvaan
• Kukin malli valitsee tietyn näkökulman
• Kynä ja paperia tai valkotaulu
• Paperi talteen tai roskiin
• Tarvittaessa skannaus tai digikuva
• Tarjolla paljon (liikaa?) ilmaisia työkaluja
• MS Paint, Dia, Umbrello, Xfig, OmniGraffle,
  Office..
• Paljon maksullisia vaihtoehtoja, esim. MS Visio
• Visio löytyy laitoksen ohjelmistojakelusta
• ks. www.cs.helsinki.fi/compfac/ohjeet/msdnaa
• Tämän kurssin tarpeisiin kynä ja paperia riittää
  enemmän kuin hyvin