Modellierung mit UML. Thomas Kistel. 24. November Thema - Untertitel Datum/Semester Ihr Name Seite 1

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1 Modellierung mit UML Thomas Kistel 24. November 2006 Thema - Untertitel Datum/Semester Ihr Name Seite 1

2 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

3 Einleitung (Motivation) Modellierung = Abstraktion der Realität mit Konzentration auf die wesentlichen Aspekte Für Entwicklung (komplexer) Softwaresysteme ist Modellierung unabdingbar 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

4 Einleitung (Was ist UML) UML Unified Modeling Language Eine Familie grafischer Notationen, hinter den ein eiziges Metamodell steht Notationen helfen bei der Beschreibung und Entwicklung von Softwaresystemen (insbesondere OO) UML ist ein relativ offener Standard Wird von der Object Management Group (OMG) kontrolliert Entstanden Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 4

5 Einleitung (Einsatzmöglichkeiten von UML) UML als Skizze Forward Engineering Reverse Engineering 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

6 Einleitung (Einsatzmöglichkeiten von UML) 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

7 Historie zu Programmiersprachen Quelle: Oestereich, 2006 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 7

8 Historie von UML Quelle: Oestereich, 2006 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 8

9 Sichten und Diagramme UML-Konstrukte lassen sich nach verschiedenen Sichten einteilen Sicht (View) Betrachtung des Softwaresystems aus einer bestimmten Perspektive Fokussierung auf einen speziellen Sachverhalt Verschiedene Sichten sinnvoll, da bei Erstellung eines Softwaresystems verschiedene Personengruppen involviert sind verschiedene Sichtweisen auf denselben Sachverhalt hilfreich für das Verständnis sein können Unterteilung der Sichten in drei Hauptbereiche Struktur Dynamik und Modell-Management Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 9

10 Sichten und Diagramme Quelle: Syrjakow, TFH Wildau Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 10

11 UML Diagrammtypen Klassendiagramme Objektdiagramme Sequenzdiagramme Paketdiagramme Einsatzdiagramme Anwendungsdiagramme Zustandsdiagramme Aktivitätsdiagramme Kommunikationsdiagramme Kompositionsstrukturen Komponentendiagramme Kollaborationen Interaktionsdiagramme Zeitdiagramme Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 11

12 Klassendiagramme bilden den Kern von UML zeigen die Elemente eines Systems, ihre Inhalte und Beziehungen geben die logische (statische) Struktur des Systems wieder Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 12

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

14 Kassendiagramme (fortgeschritten) Qualifizierte Assoziation class Auftrag Quelle: Fowler, 2004 public Auftragsposition getpositionsartikel(produkt einprodukt); public void addpositionsartikel(zahl zahl, Produkt fürprodukt); Klassenbezogene Operationen und Attribute Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 14

15 Kassendiagramme (fortgeschritten) Schnittstellen und abstrakte Klassen Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 15

16 Kassendiagramme (fortgeschritten) Gelenknotation private List positionsartikel = new ArrayList(); Parametrissierte Klassen (Template Klassen) Ursprünglich aus C++ Jetzt auch Java, C# class Menge<T> void insert(t newelement); void remove(t oldelement); Quelle: Fowler, 2004 Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 16

17 Objektdiagramme Oft gibt es Situationen, in denen man mit einem Klassendiagramm eine Struktur ganz genau zeigen kann, ohne das diese dabei allerdings anschaulich wird Ein Objektdiagramm zeigt Instanzen statt Klassen Instanzdiagramm Sind nützlich, wenn Beispiele für miteinander verbundene Objekte zeigen möchte Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 17

18 Sequenzdiagramme dienen zur schematischen Veranschaulichung von zeitbasierten Vorgängen zeigen den Nachrichtenaustausch/Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Objekten unter Betonung der zeitlichen Abfolge chronologische Darstellung von Objekten, die Botschaften austauschen, auf einer Zeitachse 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 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

19 Sequenzdiagramme (zur zentralen Steuerung) Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 19

20 Sequenzdiagramme (zur verteilten Steuerung) Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 20

21 Paketdiagramme Schaffen bei großen Systemen Überblick über die Abhängigkeiten zwischen den größeren Systembestandteilen Passen gut mit gebräuchlichen Programmierstrukturen zusammen 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

22 Paketdiagramme Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 22

23 Zustandsdiagramme Beschreiben das Verhalten eines Objekts über mehrere Anwendungsfälle hinweg Weniger gut geeignet, um das Verhalten mehrerer zusammenarbeitender Objekte zu erklären Werden oft auch zusammen mit anderen Diagrammformen verwendet Kann auch zur Veranschaulichung von Steuerobjekten und Elementen der Benutzeroberfläche verwendet werden Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 23

24 Zustandsdiagramme (Beispiel: geheimes Schaltpult) Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 24

25 Zustandsdiagramme (Geschachtelte, nebenläufige, orthogonale Zustände) Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 25

26 Aktivitätsdiagramme 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 Auch für Flussdiagramme einsetzbar Für parallele Algorithmen und nebenläufige Programme Wenig eingesetzt, u.a. weil sie nicht offenlegen wo es zu Datenverklemmungen kommen kann Beschreibung von Anwendungsfälle Gefahr das diese von Zielpersonen nicht gelesen werden können Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 26

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

28 Weitere Diagramme (1) Einsatzdiagramme Zeigen physikalische Anordnung eines Systems (welche Hard- und Software wo eingesetzt wird) Anwendungsdiagramme Modellierung von Anwendungsfällen 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

29 Weitere Diagramme (2) 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 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

30 Weitere Diagramme (3) 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 Interaktionsdiagramme Neu in UML 2 Kombination aus Aktivitäts- und Sequenzdiagramme 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

31 Übersicht der Diagramme Quelle: Fowler, 2004 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 31

32 Model Driven Architekture (MDA) Oft erwähnt im Zusammenhang mit UML Stammt ebenfalls von der Object Management Group (OMG) Probleme bei der Softwareentwicklung Termintreue Programmfehler Geringe Akzeptanz der Anwender Ineffizienz der Entwicklung Diskussion um das optimale Vorgehen bei der Software-Entwicklung Evolution der Programmiersprachen: Assembler, 3- und 4-GLs, OO- Sprachen 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

33 Model Driven Architekture (MDA) Quelle: Petrasch, 2006 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 33

34 MDA und UML MDA nutzt UML als Basismodelliersprache 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

35 SW-Architekturen mit MDA MDA umfasst eine Sammlung von Einführungen, Spezifikationen, Empfehlungen und Hinweise auf Produkte Basierend auf historischen Konzepten wie: Code-Generierung Executable UML Formales UML (OCL) Komponenten-basierte Softwareentwicklung Metamodellierung Domain Specific Languages Architekturmuster und stile für SW- Systeme Forward-Engineering Analyse und Design Patterns Modelltransformationen Quelle: Petrasch, 2006 Offizielles Symbol der MDA Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 35

36 Software Tools UML Poseidon for UML ( Apollo for Eclipse Omondo Eclipse UML ( Innovator Jude MDA (Herr Brunthaler) Enterprise Architect (David Schilling) Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 36

37 Literatur und Quellen Martin Fowler, UML konzentriert, Addison-Wesley, 3. Auflage, 2004 Roland Petrasch & Oliver Meimberg, Model Driven Architecture, DPunkt-Verlag, 2006 Bernd Oesterreich, Analyse und Design mit UML 2.1, 8. Auflage, Oldenburg-Verlag, 2006 Modellierung mit UML 2006 Thomas Kistel Seite 37