Ohjelmistotekniikan menetelmät, mallintaminen ja UML

Transkriptio

1 Ohjelmistotekniikan menetelmät, mallintaminen ja UML 1

2 Mallintaminen ja UML (Ch 2.) Ohjelmistojen mallintamisesta ja kuvaamisesta Strukturoitu mallinnus Tietovuo- ja ER-kaaviot Oliomallinnus ja UML Luokkakaaviot Käyttötapauskaaviot Sekvenssikaaviot 2

3 Mallintamisesta ja kuvaamisesta Ohjelmistotuotannossa on kyse mallintamisesta Toisaalta ohjelmiston käsittelemää liiketoimintaa Toisaalta ohjelmiston sisäistä rakennetta Näiden tulisi vastata toisiaan Tietojärjestelmän kehittäminen on yhteistyötä Ohjelmiston kehittäjien ja muiden sidosryhmien ymmärrettävä toisiaan Projektiin tulevan uuden henkilön pystyttävä muodostamaan yleiskuva järjestelmästä Tämän vuoksi muodostamme järjestelmän mallin ja siihen perustuvia kuvauksia eri tarpeisiin 3

4 Mallinnuskielet Mallintamiseen tarvitaan kieli Voidaan käyttää luonnollista kieltä (suomea) Suosittua on käyttää visuaalista kieltä (UML) Vaatimusmäärittely- ja suunnitteluvaiheessa Kaavio itsessään on vain harvoin riittävä, lisäksi tarvitaan sanallista selostusta 4

5 Formaalit menetelmät Formaalit menetelmät (Z, B method, Alloy) Perustuvat matematiikkaan, logiikkaan Ideana mahdollistaa automaattinen päättely, mallin ominaisuuksien todistaminen Käytössä joillakin erityisalueilla, kuten protokollien tai mikropiirien suunnitteleminen Suosiota vähentää tarvittavan koulutuksen määrä Myös itse ohjelma on malli, jota voidaan lisäksi koneellisesti suorittaa 5

6 Luonnollisen kielen käyttäminen mallinnuksessa Esimerkki: sanaston (glossary) laatiminen Kielenkäytössä esiintyy synonyymejä ja homonyymejä Synonyymi kaksi eri sanaa tarkoittavat samaa Homonyymi kaksi samaa sanaa erilaisin tarkoituksin Kohdealueen asiantuntija pystyy helposti ymmärtämään asiayhteydestä tarkoitetun asian Tietojärjestelmän toteuttaja on vain harvoin kohdealueen asiantuntija 6

7 Sanaston laatiminen Luettelo organisaation toiminnan kannalta keskeisistä käsitteistä ja niiden määritelmistä Voidaan esittää vaihtelevin abstraktiotasoin Koko organisaatiolle Kullekin osa-alueelle erikseen tarkemmin Auttaa muiden mallien laatimisessa Luokkamallin olioluokkien löytäminen Olennaista käsitteistön selkeys ja ristiriidattomuus 7

8 Esimerkki sanastosta Term ad advertisement ad instance Definition and Explanations A unique piece of creative that may be broadcast, screened, published or otherwise exposed any number of times. Each ad exposure by a media outlet is known in the AEM system as an ad instance. advertisement A particular occurrence of an ad, i.e. each incidence of an ad broadcast, screening or publication. product A merchandise or service that may be advertised. Products may be categorized (i.e. a product can belong to a category of products). Categories are classifications of products as envisaged by AEM. The AEM system supports a hierarchical grouping of categories with an unlimited number of levels in the hierarchy. Products may only be categorized at the lowest level of the category hierarchy. [Kurssikirja, s ] 8

9 Abstraktiotasot ja näkökulmat Ohjelmistot muodostuvat ajan myötä laajoiksi, sisältävät runsaasti yksityiskohtia Yksityiskohdat ovat tärkeitä, mutta häiritsevät kokonaisuuden hahmottamista Kehittäjillä ja muilla sidosryhmillä erilaisia tarpeita eri tilanteissa ja ohjelmistoprosessin eri vaiheissa 9

10 Abstraktiotasot ja näkökulmat Tarvitaan kuvauksia eri abstraktiotasoilla järjestelmän rajaus " järjestelmän yleisarkkitehtuuri " osajärjestelmien yksityiskohtaiset kuvaukset " ohjelmakoodi.. ja eri näkökulmista Kruchtenin 4+1-malli jakaa näkökulmiin Looginen näkökulma Prosessinäkökulma Toteutusnäkymä Fyysinen näkymä.. Jotka yhdessä muodostavat käyttötapaukset 10

11 Strukturoitu mallinnus Strukturoidun mallinnuksen taustalla on strukturoitu (eli rakenteinen) ohjelmointi Rakenteisessa ohjelmoinnissa silmukat ja if-lauseet toteutetaan kielen antamina kontrollirakenteina Go to-komentoa ei suvaita [E. Dijkstra (March 1968). Go To Statement Considered Harmful. Comm. of the ACM 11 (3): ] Ohjelma jaetaan top-down menetelmällä osiin Ilmentää monoliittista, proseduraalista perusluonnetta Keskeiset visuaaliset kuvaustekniikat Tietovuokaaviot (data flow diagram, DFD) Käsitekaaviot (entity-relationship diagram, ER) Rakennekaaviot (structure chart) 11

12 Tietovuokaaviot Data flow diagrams, DFD Historiallisesti käytetyin kuvaustekniikka Järjestelmän toiminnallinen ositus Epäyhteensopivuus oliomallinnuksen kanssa aiheuttanut suosion hiipumisen 12

13 Yhteys- eli sidosryhmäkaavio Rajaa järjestelmän suhteessa toimintaympäristöön Kaavioelementit Yksi koko järjestelmää kuvaava prosessisymboli Joukko ulkoisia tahoja (edustavat mm. järjestelmän sidosryhmiä ja muita, ulkoisia tietojärjestelmiä) Joukko tietovuosymboleita em. välillä 13

14 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 14

15 Luokka Samanrakenteiset oliot kuuluvat samaan luokkaan (class) Eli ovat ko. luokan ilmentymiä (instance) Pitäisikö määritellä luokat kirahvi ja leijona? 15

16 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(kirakirahvi); 16

17 Unified Modeling Language (UML) ohjelmistojen, liiketoiminnan ja muiden järjestelmien spesifiointiin, 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 kaaviotyyppiä 17

18 UML:n kaaviotyypit [Wikipedia] 18

19 OmniGraffle-työkalun kategoria UML Use Case 19

20 OmniGraffle-työkalun kategoria UML General 20

21 OmniGraffle-työkalun kategoria UML Sequence 21

22 UML:n 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 22

23 Esimerkki: Ostoskori 23

24 UML:n 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 24

25 Käyttötapaukset Keskeisin tekniikka järjestelmän ulkoisesti havaittavien ominaisuuksien ja käyttäytymisen mallintamiseen määrittelytasolla UML:ssä UML määrittelee käyttötapauskaavion, mutta kaaviotekniikkaa olennaisempaa on kunkin käyttötapauksen tekstuaalinen kuvaus Käyttötapauksia voi kuvata eri tarkkuustasolla, mutta ne eivät muodosta varsinaista hierarkkista rakennetta 25

26 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 26

27 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 27

28 Käyttötapausesimerkki: ostoskori 28

29 UML: vuorovaikutuskaaviot: sekvenssikaavio Keskeisin tekniikka käyttäytymisen mallintamiseen suunnittelutasolla UML:ssä 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) 29

30 Tärkeimmät sekvenssikaavion elementit Kutsuja-olio kutsuu Kutsuttava-olion metodia nimeltä metodikutsu() Paksunnettu pystypalkki kuvaa aktivaatiota Horisonaaliset viivat kuvaavat viestien kulkua 30

31 UML: malli- ja kaaviotyypit: tilanmuutosmalli (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) 31