Modellierung mit UML

Modellierung mit UML Thomas Kistel 24. November 2006

Thema - Untertitel • Datum/Semester • Ihr Name • Seite 1

Inhalt

1. Einführung zu UML 2. Zielsetzung von UML 3. Sichten und Diagramme von UML 4. Model Driven Architecture (MDA)

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 2

Einleitung (Motivation)

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Modellierung = Abstraktion der Realität mit Konzentration auf die wesentlichen Aspekte

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Für Entwicklung (komplexer) Softwaresysteme ist Modellierung unabdingbar

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Modellierung hilft • die gewünschte Struktur und das Verhalten eines Systems zu beschreiben und zu diskutieren • das System besser zu verstehen, indem man sich zu einem Zeitpunkt nur auf einen Ausschnitt bzw. einen einzelnen Aspekt konzentriert • frühzeitig Probleme des Modells zu erkennen und zu beheben Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 3

Einleitung (Was ist UML)

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UML – Unified Modeling Language

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Eine Familie grafischer Notationen, hinter den ein eiziges Metamodell steht

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Notationen helfen bei der Beschreibung und Entwicklung von Softwaresystemen (insbesondere OO)

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UML ist ein relativ offener Standard • Wird von der Object Management Group (OMG) kontrolliert • Entstanden 1995-1997 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 4

Einleitung (Einsatzmöglichkeiten von UML)

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UML als Skizze • Forward Engineering • Reverse Engineering

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Blaupausen • Verfeinerung des Forward Engineering – Trifft alle Entwurfsentscheidungen (Vollständigkeit) – Detaillierungsgrad bis zur Ebene von Schnittstellen für Subsysteme – Die Implementierung beginnt ab diesem Entwurf

• Reverse Engineering – Dokumentation der Einzelheiten des Quellcodes – Bis zur Offenlegung der Einzelheiten einer Klasse „

Programmierung • Viele Tools unterstützen die Generierung von Code aus UML-Diagrammen • Wechselseitige Anwendung von FE und RE bezeichnet man als Round-Trip Engineering Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 5

Einleitung (Einsatzmöglichkeiten von UML)

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UML ist eine graphische Sprache zur • Visualisierung • Spezifikation • Konstruktion und • Dokumentation

objektorientierter Systeme in der Entwicklung „

Basis eines defacto Standards für • OOA (Object Oriented Analysis) • OOD (Object Oriented Design) Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 6

Historie zu Programmiersprachen

Quelle: Oestereich, 2006 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 7

Historie von UML

Quelle: Oestereich, 2006 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 8

Sichten und Diagramme

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UML-Konstrukte lassen sich nach verschiedenen Sichten einteilen

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Sicht (View) • Betrachtung des Softwaresystems aus einer bestimmten Perspektive • Fokussierung auf einen speziellen Sachverhalt

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Verschiedene Sichten sinnvoll, da • bei Erstellung eines Softwaresystems verschiedene Personengruppen involviert sind • verschiedene Sichtweisen auf denselben Sachverhalt hilfreich für das Verständnis sein können

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Unterteilung der Sichten in drei Hauptbereiche • Struktur • Dynamik und • Modell-Management Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 9

Sichten und Diagramme Quelle: Syrjakow, TFH Wildau

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UML Diagrammtypen

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Klassendiagramme

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Aktivitätsdiagramme

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Objektdiagramme

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Kommunikationsdiagramme

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Sequenzdiagramme

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Kompositionsstrukturen

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Paketdiagramme

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Komponentendiagramme

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Einsatzdiagramme

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Kollaborationen

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Anwendungsdiagramme

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Interaktionsdiagramme

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Zustandsdiagramme

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Zeitdiagramme

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 11

Klassendiagramme

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bilden den Kern von UML

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zeigen die Elemente eines Systems, ihre Inhalte und Beziehungen

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geben die logische (statische) Struktur des Systems wieder

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 12

Kassendiagramme

Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 13

Kassendiagramme (fortgeschritten)

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Qualifizierte Assoziation

Quelle: Fowler, 2004

class Auftrag public Auftragsposition getPositionsartikel(Produkt einProdukt); public void addPositionsartikel(Zahl zahl, Produkt fürProdukt);

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Klassenbezogene Operationen und Attribute

Quelle: Fowler, 2004

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 14

Kassendiagramme (fortgeschritten)

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Schnittstellen und abstrakte Klassen

Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 15

Kassendiagramme (fortgeschritten)

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Gelenknotation private List positionsartikel = new ArrayList();

Quelle: Fowler, 2004

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Parametrissierte Klassen (Template Klassen) • Ursprünglich aus C++ • Jetzt auch Java, C# class Menge void insert(T newElement);

Quelle: Fowler, 2004

void remove(T oldElement); Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 16

Objektdiagramme

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Oft gibt es Situationen, in denen man mit einem Klassendiagramm eine Struktur ganz genau zeigen kann, ohne das diese dabei allerdings anschaulich wird

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Ein Objektdiagramm zeigt Instanzen statt Klassen ¾ Instanzdiagramm

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Sind nützlich, wenn Beispiele für miteinander verbundene Objekte zeigen möchte

Quelle: Fowler, 2004

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 17

Sequenzdiagramme

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dienen zur schematischen Veranschaulichung von zeitbasierten Vorgängen

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zeigen den Nachrichtenaustausch/Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Objekten unter Betonung der zeitlichen Abfolge

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chronologische Darstellung von Objekten, die Botschaften austauschen, auf einer Zeitachse

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Eigenen sich weniger um das Verhalten präzise zu definieren • Zustandsdiagramm: Verhalten eines Objekts über mehrere Anwendungsfälle hinweg • Aktivitätsdiagramm: Verhalten über viele Anwendungsfälle oder Threads beobachten

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Graphische Darstellung • beteiligte Objekte werden horizontal angeordnet • jedes Objekt hat eine Lebenslinie (Lifeline), die vertikal aufgetragen wird • Nachrichten (Messages) = Pfeile zwischen den Lebenslinien der beteiligten Objekte Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 18

Sequenzdiagramme (zur zentralen Steuerung)

Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 19

Sequenzdiagramme (zur verteilten Steuerung)

Quelle: Fowler, 2004

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 20

Paketdiagramme

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Schaffen bei großen Systemen Überblick über die Abhängigkeiten zwischen den größeren Systembestandteilen

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Passen gut mit gebräuchlichen Programmierstrukturen zusammen

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Sind ein Mechanismus zur Zusammenfassung von Elementen zur Kompilierungszeit • Wenn man allerdings zeigen möchte wie Objekte zur Laufzeit zusammengesetzt sind, verwendet man Kompositionsstrukturdiagramme

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 21

Paketdiagramme

Quelle: Fowler, 2004

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Zustandsdiagramme

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Beschreiben das Verhalten eines Objekts über mehrere Anwendungsfälle hinweg • Weniger gut geeignet, um das Verhalten mehrerer zusammenarbeitender Objekte zu erklären

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Werden oft auch zusammen mit anderen Diagrammformen verwendet

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Kann auch zur Veranschaulichung von Steuerobjekten und Elementen der Benutzeroberfläche verwendet werden

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 23

Zustandsdiagramme (Beispiel: geheimes Schaltpult)

Quelle: Fowler, 2004

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 24

Zustandsdiagramme (Geschachtelte, nebenläufige, orthogonale Zustände)

Quelle: Fowler, 2004

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Aktivitätsdiagramme

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Die Stärke von Aktivitätsdiagrammen liegt darin, dass sie Parallelismus unterstützen • Werkzeug zur Modellierung von Workflows und Geschäftsprozessen • UML 2 wurde maßgeblich von Workflow-Modellierern geprägt

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Auch für Flussdiagramme einsetzbar

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Für parallele Algorithmen und nebenläufige Programme • Wenig eingesetzt, u.a. weil sie nicht offenlegen wo es zu Datenverklemmungen kommen kann

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Beschreibung von Anwendungsfälle • Gefahr das diese von Zielpersonen nicht gelesen werden können Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 26

Aktivitätsdiagramme

Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 27

Weitere Diagramme (1)

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Einsatzdiagramme • Zeigen physikalische Anordnung eines Systems (welche Hard- und Software wo eingesetzt wird)

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Anwendungsdiagramme • Modellierung von Anwendungsfällen

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Kommunikationsdiagramme • Sind eine Art Interaktionsdiagramm (Sequenzdiagramm) • Freie Anordnung der beteiligten Komponenten und Verbindung durch nummerierte Pfeile • Betonen Objektbeziehungen besser als Sequenzdiagramme • In UML 1.x als Kollaborationsdiagramme bezeichnet Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 28

Weitere Diagramme (2)

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Kompositionsstrukturen • Neuerung in UML 2.0 • Zerlegung einer Klasse (komplexes Objekt in seine Einzelteile) • Eigenen sich zur Darstellung von Komponenten und Bestandteilen von Komponenten • Paketdiagramme sind ähnlich, liefern aber eine Zusammenfassung von Komponenten zur Kompilierungszeit

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Komponentendiagramme • Darstellung von UML 1 zu UML 2 leicht verändert • Geeignet zur Zerlegung eines Systems in Komponenten – Aufzeigen von gegenseitigen Beziehungen durch Schnittstellen – Schachtelung von Komponenten Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 29

Weitere Diagramme (3)

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Kollaborationen • Stammt aus UML 1, kein offizielles Diagramm von UML 2 (Kompositionsdiagramm) • Möglichkeit Interaktionsverhalten zu gruppieren, wenn die unterschiedlichen Rollen von verschiedenen Klassen übernommen werden • Sehr wenig verwendet

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Interaktionsdiagramme • Neu in UML 2 • Kombination aus Aktivitäts- und Sequenzdiagramme

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Zeitdiagramme • In der Elektrotechnik schon länger verwendet • Besondere Rolle bei Hardwareentwicklern • Nützlich, um Zeiteinschränkungen zwischen Zustandsänderungen unterschiedlicher Objekte zu zeigen Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 30

Übersicht der Diagramme

Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 31

Model Driven Architekture (MDA)

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Oft erwähnt im Zusammenhang mit UML

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Stammt ebenfalls von der Object Management Group (OMG)

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Probleme bei der Softwareentwicklung • Termintreue • Programmfehler • Geringe Akzeptanz der Anwender • Ineffizienz der Entwicklung

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Diskussion um das optimale Vorgehen bei der Software-Entwicklung • Evolution der Programmiersprachen: Assembler, 3- und 4-GLs, OOSprachen • Komplexität der Anwendungen (Verteilung, Sicherheit, Performanz), sowie der Platformen moderner Systeme hat sich weiter vergrößert • Vereinfacht ausgedrückt ist Modellierung die nächste (Sprach-) Stufe, um der Komplexität zu begegnen Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 32

Model Driven Architekture (MDA)

Quelle: Petrasch, 2006 Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 33

MDA und UML

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MDA nutzt UML als Basismodelliersprache

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MDA teilt die Entwicklungsarbeit in 2 Hauptbereiche: • Modellierer stellen eine bestimmte Applikation dar, indem sie ein plattformunabhängiges Modell bauen (Platform Independent Model, PIM) – ist ein UML-Modell – Hängt von keiner Technologie ab

• Werkzeuge wandeln ein PIM in ein plattformspezifisches Modell um (Platform Specific Model, PSM) – Modell eines Systems für konkrete Anwendungsumgebung – Kann in UML verfasst sein, muss aber nicht – Aus PSM kann dann Code erzeugt werden Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 34

SW-Architekturen mit MDA

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MDA umfasst eine Sammlung von Einführungen, Spezifikationen, Empfehlungen und Hinweise auf Produkte

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Basierend auf historischen Konzepten wie: •

Code-Generierung

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Executable UML

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Formales UML (OCL)

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Komponenten-basierte Softwareentwicklung

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Metamodellierung

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Domain Specific Languages

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Architekturmuster und –stile für SWSysteme

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Forward-Engineering

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Analyse und Design Patterns

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Modelltransformationen

Quelle: Petrasch, 2006

Offizielles Symbol der MDA

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 35

Software Tools

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UML • Poseidon for UML (http://www.gentleware.com) – Apollo for Eclipse

• Omondo Eclipse UML (http://www.omondo.de) • Innovator • Jude „

MDA • http://www.programmiermaschine.de (Herr Brunthaler) • Enterprise Architect (David Schilling) Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 36

Literatur und Quellen

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Martin Fowler, UML konzentriert, Addison-Wesley, 3. Auflage, 2004

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Roland Petrasch & Oliver Meimberg, Model Driven Architecture, DPunkt-Verlag, 2006

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Bernd Oesterreich, Analyse und Design mit UML 2.1, 8. Auflage, Oldenburg-Verlag, 2006

Modellierung mit UML • © 2006 Thomas Kistel • Seite 37