Диаграммы кооперации и их нотация

Что ж, один из видов диаграмм взаимодействия, а именно диаграммы последовательностей, мы рассмотрели. Перейдем же к рассмотрению альтернативы - диаграммам кооперации. Собственно, слово "кооперация" значит "совместная деятельность", "сотрудничество". Такие диаграммы показывают, как объекты работают вместе для достижения общей цели, акцентируясь на их ролях.

Следует отметить, что здесь имеет место некоторая терминологическая путаница. В оригинале такие диаграммы называются Collaboration Diagram. Слово "collaboration", конечно же, синоним слова "cooperation", но в "русском" варианте звучит хуже. Поэтому в русскоязычных учебниках говорят "диаграмма кооперации", а не "коллаборации". Кроме этого, само это название немного устарело - в UML 2.x подобные диаграммы называются Communication Diagram. Впрочем, все три слова - "cooperation", "collaboration" и "communication" - являются синонимами, так что довольно часто используется "старое" название. Часто даже, говоря "диаграммы взаимодействия", подразумевают именно диаграммы кооперации.

Итак, мы уже говорили, что, подобно диаграммам последовательностей, диаграммы кооперации предназначены для описания динамических аспектов моделируемой системы. Обычно они применяются для того, чтобы:

• показать набор взаимодействующих объектов в реальном окружении "с высоты птичьего полета";
• распределить функциональность между классами, основываясь на результатах изучения динамических аспектов системы;
• описать логику выполнения сложных операций, особенно в тех случаях, когда один объект взаимодействует еще с несколькими объектами;
• изучить роли, выполняемые объектами внутри системы, а также отношения между объектами, в которые они вовлекаются, выполняя эти роли.

Говоря о диаграммах кооперации, часто упоминают два "уровня" таких диаграмм - уровень экземпляров (примеров, Instance-Level) и уровень спецификации (Specification-Level). В чем же разница? Ответ прост: уровень экземпляров отображает взаимодействия между объектами (экземплярами классов); такая диаграмма обычно создается, чтобы исследовать внутреннее устройство объектно-ориентированной системы. Уровень же спецификации используется для изучения ролей, исполняемых в системе основными классами. В любом случае, диаграмма взаимодействия не отображает процесс. Она показывает взаимодействие между объектами, которое, как мы уже знаем, осуществляется путем посылки и приема сообщений. При этом точная последовательность сообщений не так хорошо видна, как на диаграмме последовательностей, так что если для вас важно отобразить именно порядок отправки и приемов сообщений, используйте диаграмму последовательностей.

Так, все вступительные слова сказаны, теперь поговорим о нотации диаграмм взаимодействия. На диаграммах взаимодействия вы можете увидеть... нет, не угадали, не почтальонов, которые сломя голову мечутся между объектами, спеша доставить сообщения в бумажных конвертах с большими сургучными печатями. На диаграммах взаимодействия вы увидите объекты, классы, сообщения, связи и кооперации. Но обо всем по порядку.

Итак, кооперация (collaboration). Это статическая конструкция для моделирования набора сущностей, взаимодействующих друг с другом. Кооперация определяет набор взаимодействующих ролей, используемых вместе, чтобы показать некую функциональность. Кооперация часто реализует некоторый паттерн (шаблон проектирования). Впрочем, о шаблонах проектирования мы сейчас говорить не будем, поскольку они выходят за рамки этого курса и первого теста программы OCUP. Заинтригованным читателям мы предложим попробовать ввести словосочетание "design patterns" в адресную строку браузера. Спорим, попадете на статью "Design pattern (computer science)" из "Википедии"?

Кооперация изображается в виде эллипса с пунктирной границей, причем символ этот может использоваться двумя способами. Вот первый способ (рис.7.11):

Рис. 7.11. Изображение кооперации

Мы видим, что эта диаграмма буквально иллюстрирует наши слова о кооперации как наборе ролей, используемых вместе, чтобы показать некую функциональность, в данном случае - выполнение ежемесячного резервного копирования. Второй способ показывает прикрепленные к объектам (классам) роли в рамках данной кооперации. Назначение роли изображается пунктирной линией со стрелкой на конце, направленной в сторону объекта. Имя роли указывается на конце линии, рядом с объектом. Посмотрите, например, на эту диаграмму (рис.7.12):

Рис. 7.12. Обозначение ролей в кооперации

Все ведь понятно, правда? Видно, кто какую роль играет и в каком взаимодействии (кооперации). А еще показана генерализация и кооперации, и самих исполнителей.

С кооперацией разобрались. Отметим, что, скорее всего, в реальном моделировании вы с ней будете встречаться крайне редко. Следующие элементы, которые можно увидеть на диаграмме взаимодействия - это объекты и классы.

Поскольку диаграмма кооперации - всего лишь альтернативная форма представления той же информации, которая содержится в диаграмме последовательностей, то и обозначения объектов (классов) в ней, по сути, такие же, как и на диаграмме последовательностей (и на других диаграммах). Чтобы проиллюстрировать это утверждение, приведем пример диаграммы взаимодействия, позаимствованный нами с сайта http://www.agilemodeling.com/ (а точнее, http://www.agilemodeling.com/style/collaborationDiagram.htm) (рис.7.13):

Рис. 7.13. Пример диаграммы взаимодействия

Как видите, диаграмма иллюстрирует покупку некоторого товара (вероятно, в онлайне) и оплату с помощью кредитной карты. Еще одна интересная вещь, которую можно увидеть на этой диаграмме - это сообщения, вернее, то, как они изображаются. Сообщения показаны в виде текста (названия метода) со стрелкой. Но есть один нюанс: на диаграмме последовательностей было легко показать последовательность отправки сообщений, так как линии жизни служили одновременно "осями времени", направленными вниз, и, естественно, было видно, что нижние сообщения отправлены позже верхних. В диаграммах кооперации проблему отображения очередности сообщений решили просто - перед названием каждого сообщения просто пишут его номер. Выглядит эта конструкция так: номер:название_сообщения. Причем часто используют и составные номера. Например, объект отправил другому объекту сообщение с номером 1. Когда объект-получатель в свою очередь отправляет сообщения другим объектам, они получают номера 1.1, 1.2 и т. д. Иногда нужно показать одновременную отправку сообщений. Чтобы отметить параллельные потоки сообщений, их номера предваряют буквами A, B, C, D и т. д. Вот пример таких обозначений, позаимствованный опять-таки с http://www.agilemodeling.com/ (рис.7.14):

Рис. 7.14. Обозначение параллельных потоков сообщений

Еще одна "мелочь", на которую хотелось бы обратить внимание пользователя - это мультиобъекты. Мультиобъект показывает, что на "дальнем" конце ассоциации находится не один, а целый набор объектов. Такая конструкция используется, чтобы показать операцию, которая нацелена на целый набор объектов. Мультиобъект изображается как два прямоугольника, смещенных по отношению друг к другу, что создает впечатление "колоды карт". Сообщение, отправленное мультиобъекту, означает сообщение к набору объектов, например, операция выбора - поиска определенного объекта. Пример подобной диаграммы показан на рисунке (рис.7.15):

Рис. 7.15. Пример диаграммы с мультиобъектом

Смысл диаграммы вполне понятен: для печати документа из некоторого приложения необходимо выбрать из всех доступных некий конкретный принтер. Символ композиции применен для того, чтобы показать, что принтер входит в состав набора объектов. Предположим теперь, что у нас доступны несколько сетевых принтеров и один локальный. Как показать, что выбран именно он? Легко. Для этого используют связи со стереотипами. Чтобы показать, что выбран локальный принтер, чуть изменим предыдущую диаграмму (рис.7.16):

Рис. 7.16. Обозначение выбора локального принтера

Следует отметить, что иногда вместо фигурных скобок используются угловые кавычки (как мы привыкли делать, указывая стереотип в названии компонента или класса), но чаще все же применяют фигурные скобки. Измененная диаграмма стала еще более понятной, не правда ли? Чтобы закрепить полученные знания о связях со стереотипами, приведем еще один пример (рис.7.17):

Рис. 7.17.

Смысл диаграммы опять вполне понятен, ведь правда? А стереотипы связей позволяют исключить неоднозначности, которые могли бы быть, если бы мы говорили, например, о многонациональной распределенной компании...

И еще одна вещь, которая связана с понятием кооперации - композитный объект. Композитный объект - это высокоуровневый объект, состоящий из нескольких частей-объектов. Это экземпляр композитного класса, реализующего композитное агрегирование класса и его частей. Композитный объект - понятие, близкое к понятию кооперации, но более простое и более ограниченное. Это конструкция, показывающая целое в виде взаимодействующих частей, но в основном с точки зрения композиции. Изображается композитный объект в виде прямоугольного символа объекта, но с некоторыми отличиями:

• имя объекта указывается в верхней части прямоугольника, отделенной от его остальной части горизонтальной линией;
• в нижней части прямоугольника размещаются части композитного объекта, также, естественно, изображаемые символами объектов;
• части композитного объекта могут (и даже должны) быть связаны между собой;
• допускается ситуация, когда некоторые части композитного объекта сами являются композитными объектами.

Посмотрим же, как это выглядит на примере (рис.7.18):

Рис. 7.18. Обозначение композитного объекта

Не правда ли, эта упрощенная модель графического окна проста и понятна? Окно имеет заголовок, рабочую область и две полосы прокрутки - горизонтальную и вертикальную, которые ее перемещают. Все просто!

Композитный объект лишь близок по значению к кооперации, но не встречается на диаграммах взаимодействия "в чистом виде". На диаграммах взаимодействия иногда можно увидеть очень близкую по смыслу конструкцию, а именно активный объект. Активными называют объекты, которые владеют собственным потоком управления и могут инициировать выполнение действий. Пассивные объекты содержат данные, но не могут инициировать выполнение. Конечно, пассивные объекты могут посылать сообщения в процессе обработки полученных запросов. Активный объект (или, вернее, его роль) выглядит на диаграмме как прямоугольный символ объекта, но с утолщенными границами. Часто активный объект изображается как композитный объект, содержащий объекты-части. Посмотрите, например, на эту диаграмму, позаимствованную нами с http://etna.intevry.fr/COURS/UML/notation/notation8a.html (рис.7.19):

Рис. 7.19. Активный объект на диаграмме

Как видите, все объекты, отображенные на диаграмме, являются активными. Таких объекта три - это робот, печь и менеджер цеха, который изображен как композитный активный объект.

Вообще же, если говорить о композитных объектах, то следует отметить, что в UML 2 появился новый тип диаграмм - композитная структурная диаграмма. Она показывает внутреннюю структуру элемента, включая точки взаимодействия с другими частями системы. Таким образом, отображается состав и отношения между частями, которые совместными усилиями реализуют поведение элемента. Вот отличный пример композитной диаграммы из Zicom Mentor (рис.7.20).

Рис. 7.20. Пример композитной структурной диаграммы

Прекрасная модель велосипеда! Узнаете старых знакомых - композитные объекты?

К сожалению, композитные структурные диаграммы находятся за пределами тематики экзамена UM0-100, поэтому больше о них мы здесь говорить не будем. Однако напоследок скажем, что, кроме внутренних частей, на таких диаграммах можно увидеть еще одно новшество UML 2 - порты. Порт - это типизированный элемент, который представляет "видимую снаружи" часть содержащего его элемента. Порт, как это и следует из названия, определяет взаимодействие элемента модели с окружающей его средой. Порт может размещаться на границе части, класса или композитной структуры. Порт может описывать сервисы, предоставляемые элементом модели (и требуемые окружающей его средой). Изображается порт как именованный (недаром же мы ранее сказали "типизированный") прямоугольник на границе содержащего его элемента модели (впрочем, иногда можно увидеть символ порта и внутри символа класса - тогда говорят, что класс имеет скрытый порт ). Чтобы покончить с этими отступлениями от темы, покажем, как все это выглядит на диаграмме, и вернемся к диаграммам взаимодействия (рис.7.21).

Рис. 7.21. Обозначение портов на диаграмме

Вспомнили, что изображают "леденцы на палочке"? Правильно, интерфейсы - предоставляемый классом и требуемый им, молодцы. А теперь вернемся к основной нити нашего повествования.

Рекомендации по построению диаграмм взаимодействия

Каким же образом и в какой последовательности следует действовать, чтобы построить качественную диаграмму взаимодействия? Начинать нужно с выделения тех и только тех классов, объекты которых участвуют в моделируемом вами взаимодействии. Затем все объекты наносим на диаграмму. Следует также определить те объекты, которые будут существовать постоянно, и те, которые будут существовать только во время выполнения ими действий в рамках моделируемого взаимодействия.

Так, объекты нарисованы, можно переходить к сообщениям. Возможно, чтобы лучше передать роли, играемые объектами во взаимодействии, понадобится использовать различные разновидности сообщений и стереотипы. Для уничтожения объектов, которые существуют только во время выполнения неких действий, тоже нужно предусмотреть специальные сообщения.

А если есть ветвления? Самые простые случаи ветвлений процесса взаимодействия можно показать и на одной диаграмме - помните пример с разными способами платежа в зависимости от стоимости приглянувшейся вещи? Но при изображении ветвлений диаграмма становится более сложной для понимания "с лету". Нужно соблюдать баланс между детализацией и сложностью: лучше каждый альтернативный поток управления показывать на отдельной диаграмме. В таком случае следует рассматривать такие "частные" диаграммы в комплексе, как одну модель взаимодействия.

Если же хочется еще больше детализировать диаграмму, можно ввести временные ограничения на выполнение отдельных действий. Впрочем, для простых асинхронных сообщений временные ограничения, скорее всего, не нужны. А вот необходимость синхронизации сложных потоков управления часто требует использования таких ограничений. Запись их должна следовать правилам языка объектных ограничений (OCL, Object Constraint Language). Рассмотрение OCL выходит за рамки нашего курса и экзамена UM0-100, для подготовки к которому он написан. Хотя, сами того не зная, мы уже использовали OCL - вспомните условия в квадратных скобках под сообщениями на диаграмме последовательностей с ветвлением!

Выводы

• Диаграмма последовательностей - диаграмма взаимодействия, в которой основной акцент сделан на упорядочении сообщений во времени.
• Диаграмма кооперации - альтернативная форма представления информации, содержащейся в диаграмме последовательностей.
• Диаграмма кооперации - диаграмма взаимодействий, в которой основной акцент сделан на структурной организации объектов, посылающих и получающих сообщения.
• Существуют различные типы сообщений: синхронные, асинхронные и ответные, потерянные и найденные.
• Диаграммы кооперации бывают двух "уровней" - уровня экземпляров и уровня спецификации.
• Кооперация - это статическая конструкция для моделирования набора сущностей, взаимодействующих друг с другом.
• С диаграммами кооперации связаны такие понятия, как мультиобъекты, композитные объекты и активные объекты.

7.4. Контрольные вопросы

1. Может ли диаграмма последовательностей содержать объект с линией жизни, но без фокуса управления?
2. Чем отличаются представления кооперации на уровне спецификации и на уровне примеров?
3. В чем разница между активными и пассивными объектами?
4. Чем асинхронное сообщение отличается от синхронного?
5. Что такое мультиобъект?
6. Что такое композитный объект и как он связан с понятием кооперации?
7. Как можно избежать усложнения диаграммы взаимодействия с разветвленным потоком управления?

Лекция 8: Диаграммы прецедентов: крупным планом

Мы уже познакомились с диаграммами UML нескольких видов. Все они описывают, как устроена и как работает система. Но иногда важно показать, как ведет себя система с точки зрения внешнего наблюдателя, показать, что именно делает система, а не то, как она это делает. Для этого в UML имеется диаграмма прецедентов. О ней-то мы наконец и поговорим. В этой лекции мы рассмотрим такие вопросы: несколько слов о требованиях; диаграммы прецедентов и их нотация; моделирование при помощи диаграмм прецедентов

8.1. Несколько слов о требованиях

Итак, поговорим о требованиях. Что это такое, мы, в общем, понимаем - когда заказчик описывает нам, чего же именно он хочет, мы всегда слышим фразы типа "хотелось бы, чтобы проверка обновлений проводилась автоматически, как в антивирусах", "хочу большую зеленую кнопку в центре окна, которая начинает процесс", "программа должна позволять просматривать и печатать отчеты", "и чтоб красивенько все было, с полупрозрачностями, как в Висте", "при выходе должно выводиться подтверждение" и т. д. и т. п. Конечно, как настоящие разработчики, мы понимаем и то, что заказчик никогда не знает, что именно ему нужно, а если понимает, то объяснить не может. Но ведь фразы-то всегда, по сути, одинаковы! Они описывают, как заказчик представляет себе систему, чего заказчик хочет от системы, функциональность, которой он от нее ожидает, требования, которые к ней предъявляет.

Если обратиться к классикам, например, к той же "банде трех" (Якобсон, Буч, Рамбо), мы узнаем, что требование - это желаемая функциональность, свойство или поведение системы. Именно со сбора требований начинается процесс разработки ПО. Если изобразить процесс разработки ПО в виде " черного ящика " (уверены, читатель знает, что это такое, если нет - "Википедия" к вашим услугам), на выходе которого мы получаем программный продукт, то на вход этого "черного ящика" будет подаваться именно набор требований к программному продукту (рис.8.1)!

Рис. 8.1. Процесс разработки ПО

Кстати, какую диаграмму напоминает этот рисунок? Правильно, диаграмму активностей. И выбор именно этой диаграммы тут абсолютно оправдан - помните, мы говорили, что диаграммы активностей часто используют для описания бизнес-процессов? Единственный нюанс: обычно процесс разработки не заканчивается с выпуском программного продукта - грядет новая итерация, новые, уточненные требования, новая версия и т. д.

Кстати, вернемся к требованиям. Да, мы сказали, что на вход нашего "черного ящика" подается набор требований. Но в какой форме? Как их документируют, эти требования? Думаю, большинство читателей помнит, что такое техническое задание - основной документ, без составления которого не начинался в советские времена ни один проект. Документ это был большой, многостраничный, с четкой структурой, определяемой ГОСТами (государственными отраслевыми стандартами). И описывал он, по сути, не что иное, как требования к создаваемой системе!

Техническое задание - вещь по-своему хорошая. Но время шло, менялись стандарты, нотации, способы описания требований. И вот постепенно техническое задание уступило место набору артефактов, состоящему из документов двух видов:

• диаграммы прецедентов;
• нефункциональные требования.

Диаграммы прецедентов составляют модель прецедентов (вариантов использования, use-cases). Прецедент - это функциональность системы, позволяющая пользователю получить некий значимый для него, ощутимый и измеримый результат. Каждый прецедент соответствует отдельному сервису, предоставляемому моделируемой системой в ответ на запрос пользователя, т. е. определяет способ использования этой системы. Именно по этой причине use cases, или прецеденты, часто в русской терминологии фигурируют как варианты использования. Варианты использования чаще всего применяются для спецификации внешних требований к проектируемой системе или для спецификации функционального поведения уже существующей системы. Кроме этого, варианты использования неявно описывают типичные способы взаимодействия пользователя с системой, позволяющие корректно работать с предоставляемыми системой сервисами.

Нефункциональные требования - это описание таких свойств системы, как особенности среды и реализации, производительность, расширяемость, надежность и т. д. Часто нефункциональные требования не привязаны к конкретному варианту использования и потому выносятся в отдельный список дополнительных требований к системе (рис.8.2).

Рис. 8.2. Требования к системе

Но вернемся же к прецедентам (вариантам использования). Идентифицировать прецеденты и действующие лица - обязанность системного аналитика. И делает он это для того, чтобы:

• четко разграничить систему и ее окружение;
• определить, какие действующие лица и как именно взаимодействуют с системой, какой функционал (варианты использования) ожидается от системы;
• определить и описать в словаре предметной области (глоссарии) общие понятия, которые необходимы для детального описания функционала системы (прецедентов).

Подобный вид деятельности обычно выполняется в такой последовательности:

1. Определение действующих лиц.
2. Определение прецедентов.
3. Составление описания каждого прецедента.
4. Описание модели прецедентов в целом (этот этап включает в себя создание словаря предметной области).

Вначале требования оформляются в виде обычного текстового документа, который создается или самим пользователем, или пользователем и разработчиком вместе. Далее требования оформляют в виде таблицы. В левую колонку помещают прецеденты, а в правую - действующих лиц, участвующих в прецеденте.

Рассмотрим пример. Секретарь размещает на сервере меню обеденных блюд на неделю. Сотрудники должны иметь возможность ознакомиться с меню и сделать заказ, выбрав блюда на каждый день следующей недели. Офис-менеджер должен иметь возможность сформировать счет и оплатить его. Система должна быть написана на ASP.NET. Такое вот нехитрое интернет-приложение для автоматизации заказов обедов в офис.

Думаем, здесь все понятно. Таблица с описанием требований может быть, например, такой (табл.8.1):

Таблица 8.1.

Прецедент	Действующее лицо
разместить меню	секретарь
ознакомиться с меню	сотрудник, секретарь, офис-менеджер
сделать заказ	сотрудник, секретарь, офис-менеджер
сформировать счет	офис-менеджер
оплатить счет	офис-менеджер

Здесь нигде не сказано о том, что система должна быть написана на ASP.NET. Почему - понятно: это ведь нефункциональное требование! И еще, очевидно, что секретарь и офис-менеджер тоже являются сотрудниками. Читатель, внимательно прочитавший предыдущие лекции, заподозрит, что в данном случае, создавая модель прецедентов, говоря о действующих лицах, можно бы применить генерализацию. Действительно, диаграмма прецедентов, построенная на основе этой таблицы, может быть, например, такой (рис.8.3):

Рис. 8.3. диаграмма прецедентов, построенная на основе таблицы 8.1.