Software-Engineering. Modellieren mit UML. Organisation. Software-Engineering im NDS-I besteht aus drei Modulen: SWE I Prozess & Projekt

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1 Software-Engineering Software-Engineering im NDS-I besteht aus drei Modulen: SWE I Prozess & Projekt SWE II Modellieren mit UML SWE III Architektur & Design Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Organisation SWE II Modellieren mit UML Umfang Dozent Unterricht 4 ECTS Credits entsprechend 120 Stunden Studienaufwand. Davon ca. 30 Stunden bzw. 40 Lektionen (10 x 4 Lekt.) Präsenzunterricht plus je nach Vorkenntnissen bis zu 90 Stunden (9 Std./W) Selbststudium. M. Jud, Büro E303 Tel.: G (intern 478) mjud@hta.fhz.ch Präsenzunterricht, praktische Übungen. Lehrbuch Die UML 2.0 Kurzreferenz für die Praxis Bernd Oestereich, Oldenbourg, München 2004 Lernziele Die wichtigsten UML- Diagrammtypen und deren Bedeutung für das Modellieren kennen. Prüfung Use Cases, Klassendiagramme sowie Sequenz-/Kollaborationsdiagramme praktisch anwenden Die Leistungsbeurteilung erfolgt durch eine schriftliche Prüfung im Umfang von 2 Lektionen. Für das bestandene Modul (mindestens mit Note 4 bewertet) werden 4 ECTS Credits vergeben. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK 312 2

2 UML Hintergrund Entwicklungsgeschichte der UML UML 1.0 Three Amigos 1/1997 UML 0.9 Three Amigos 1996 UM 0.8 Booch, Rumbaugh, 1995 UC Jacobsen, 1992 OMT Rumbaugh, 1991 OOD Booch, 1990 Martin Jud NDS-I SWE II / WBK UML Hintergrund Weiterentwicklung der UML Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by Martin Glinz Uni Zürich

3 UML Hintergrund What is the UML? UML stands for Unified Modeling Language The UML is a graphical modeling language for specifying visualizing constructing documenting the artifacts of software systems UML Goal have a continuous object-oriented modeling concept in all software phases Martin Jud NDS-I SWE II / WBK UML Hintergrund What is the UML? UML is language independent UML supports the whole development process UML integrates (almost) all former modeling techniques data modeling process modeling state and behavioral modeling control flow modeling Martin Jud NDS-I SWE II / WBK 312 6

4 UML Hintergrund UML 2.0 Grundkonzept bleibt: UML ist eine Sammlung verschiedenster Modellierungssprachen, die Spezifikation deshalb eine Menge aus lose gekoppelten Teilmodellen Weitgehend aufwärtskompatibel Neu sind: innere Struktur für Klassen Komponenten als Modellierungskonzept Informationsfluss modellierbar (DFD... ) Martin Jud NDS-I SWE II / WBK UML Hintergrund... and what it s not UML is not a software process model not a life cycle model not a programming language not without redundancy You have several different views on the same thing not a software tool there are a lot of tools, that support UML has limited capability to express things concentrate on the essence Martin Jud NDS-I SWE II / WBK 312 8

5 UML Hintergrund Why do we model? Modeling captures essential parts of the system James Rumbaugh Provide structure for problem solving Communication Furnish abstractions to manage complexity Why do we model visually? Graphics reveal data Edward Tufte The Visual Display of Quantitative Information, 1983 Ein Bild sagt mehr als tausend Worte Volksmund Martin Jud NDS-I SWE II / WBK System Model statisches & dynamisches Modell Die Beziehungen zwischen Klassen (Assoziation, Aggregation und Vererbung) bilden das statische Modell. Die zeitlichen Abläufe und die Interaktion der Nutzer mit dem System bzw. der Objekte unter sich (Use Cases, Objektszenarien, Ablaufszenarien) bilden das dynamische Modell. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

6 UML Hintergrund Modelle und UML Diagramme Requirements (Use Case) Model Analysis Model Design Model Deployment Model Implementation Model Test Model Use Case Diagrams Class and Object Diagrams Component Diagrams Deployment Diagrams Sequence Diagrams Collaboration Diagrams Statechart Diagrams Activity Diagrams Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by Scott Hawker, University of Alabama UML Hintergrund UML Diagramme Use Case Diagram Class Diagram Verhaltensdiagramme Statechart Diagram Activity Diagram Interaction Diagrams Collaboration Diagram Sequence Diagram Implementationsdiagramme Component Diagram Deployment Diagram Ein Diagramm ist eine Sicht auf ein Modell verschiedene konsistente Perspektiven Diagramme Modell Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by Scott Hawker, University of Alabama

7 UseCases & BusinessProcess UseCase Modeling UseCases sind Ausgangspunkt für die weiteren UML Modelle: Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by Addison Wesley USDP Jacobson Booch, Rumbaugh Kontext-Diagramm BusinessProcess Kunde «flow» gewünschte Funktion, Konto(s), Betrag, Pin «flow» Geld, Quittung «flow» Geld Bankomat «flow» Abbuchen, KonstandAnfrage Bank-Zentrale «flow» Kontoinfo, Quittierung Unterhalt Das System und seine Umwelt Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus der Vorlesung Softwareengineering von Jörg Hofstetter HTA Luzern

8 UseCases UseCase Diagramme Akteur externes System (meist Nutzer), das mit dem Anwendungsfall interagiert. Szenario eine Instanz des UseCases standard Szenario, Varianten Beziehungen zwischen Akteur und UseCases... oder UseCases untereinander Martin Jud NDS-I SWE II / WBK UseCases UseCase Diagram Register for Course Customer Request for Information Relationship Billing Actor Send Comment Use Case System Boundary Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

9 UseCases UseCase Beschreibung Jeder UseCase wird beschrieben durch: einen eindeutigen Namen, möglichst Substantiv + Verb einen kurzen Erläuterungstext von ca Zeilen eine Liste mit den beteiligten Akteuren Benennung wichtiger Auslöser / Vorbedingungen Benennung wichtiger Ergebnisse / Nachbedingungen Benennung wichtiger Dokumente und Ansprechpartner eine Beschreibung der einzelnen Ablaufschritte mit: Namen, möglichst Substantiv + Verb Stichwortartige Erläuterung Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by oose.de GmbH, Hamburg Organisationseinheiten & Mitarbeitende modellieren Was: Mitarbeitende, Geschäftsobjekte und Organisationseinheiten, die mit der Bereitstellung und Abwicklung der Leistung zu tun haben Wie: RUP Stereotyp <<OrganizationUnit>> RUP, Grässle et. al. Paketdiagramm Oestreich et. al. Klassendiagramm UML Stereotypen <<Worker>> und <<BusinessObject>> Martin Jud NDS-I SWE II / WBK sinngemäss nach: UML projektorientiert Grässle/Baumann, Galileo Computing

10 Organisationseinheiten (nach Grässle) <<OrganizationUnit>> umfasst weitere OrganizationUnits, Workers, BusinessObjects und deren Beziehungen. <<Worker>> an der Abwicklung eines Geschäftsprozesses beteiligte MitarbeiterInnen innerhalb des Geschäftsprozesssystems. <<BusinessObject>> passive Objekte, die einzelne Iterationen überdauern können. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK sinngemäss nach: UML projektorientiert Grässle/Baumann, Galileo Computing Tipps <<Worker>> sind Rollen, es braucht nicht für jede Person ein entsprechendes Symbol Paketdiagramme sind mehr als Organigramme: sie zeigen neben den Workers auch relevante BusinessObjects. Paketdiagramme können hierarchisch geordnet sein: eine OrganizationUnit kann mehrere OrganizationUnits enthalten. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

11 Aktivitätsdiagramm Start Guard Branch Activity Join Fork End Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by Scott W. Ambler, Verzweigung und Aufteilung Nebenläufige Aktivitäten können in - Swimlanes (UML 1.x) - Partitionen (UML 2) dargestellt werden Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus Objektorientierte Geschäftsprozessmodellierung, Oestereich et. al dpunkt Verlag

12 Activity Diagram Zweck 1. Beschreibung von Geschäftsprozessen 2. Beschreibung von UseCase Szenarien 3. Modellierung paralleler Abläufe Aktivitätsdiagramme wurden aus Fluss- / Event-, SDL- und Zustandsdiagrammen in UML übernommen und weiter entwickelt. Aktivitätsdiagramme werden auch von Personen ohne spezielle Informatikkenntnisse gut verstanden und sind deshalb äusserst hilfreich in der Analyse. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Adapted 2001 from by SWEED, Martin Kropp Geschäftsklassen Assoziation: Beziehung mit definierter Bedeutung :: Zugehörigkeit des Workers zur OrganizationUnit (Package) Assoziationen können einen Namen tragen und können gerichtet sein Martin Jud NDS-I SWE II / WBK aus: UML projektorientiert Grässle/Baumann, Galileo Computing

13 Geschäftsklassen-Diagramme Stark vereinfachte Klassendiagramme zeigen wichtige Beziehungen zwischen Mitarbeitenden, Geschäftsobjekten und Aussenstehenden => weniger ist mehr! alle Beteiligten sollen es lesen können Martin Jud NDS-I SWE II / WBK sinngemäss nach: UML projektorientiert Grässle/Baumann, Galileo Computing UseCases (System Model) Sekundäre UseCases Base Use Case Specialized Use Case Vererbung Course Registration Customer <<include>> Browse Course Catalog <<include>> Register for Course Request for Information <<include>> Enter Personal Data <<include>> include Billing extend Base Extending Use Case Use Case extensionpoint1 Martin Jud NDS-I SWE II / WBK 312 extensionpoint2 26 <<extend>>

14 UseCases (System Model) Oesterreich: Sekundäre Anwendungsfälle Das primäre Anwendungsfallmodell wird in Entwurfsphase und in Konstruktionsphase um sekundäre Anwendungsfälle ergänzt. Durch Umstrukturierung und Herausfaktorisierung von Gemeinsamkeiten sowie durch Generalisierung entstehen neue (sekundäre, d.h. abgeleitete) Anwendungsfälle. Diese werden mit Include-, Extend- und Vererbungsbeziehungen in das vorhandene Modell eingefügt. Dabei vorrangig keine neuen Anforderungen aufgenommen, sondern die vorhandene Problem- und Anforderungsbeschreibung umstrukturiert. Ziel ist es, die Problemdarstellung überschaubarer und redundanzfrei zu machen. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by oose.de GmbH, Hamburg Analyseklassen Analysemodell Geldausgabe Abhebung 1 2 Bank Kunde User Interface Transfer 1 Konto Geldannahme Einzahlung Konzeptionelles Modell: Domain-Begriffe und deren Beziehungen. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus der Vorlesung SW-Architektur von Jörg Hofstetter HTA Luzern

15 Analysemodell RUP Stereotypen für Analyse-Modelle Boundary-Klassen: Klassen für die Präsentation und Manipulation. Jeder Akteur eines UseCases benötigt ein eigenes Boundary-Objekt. z.b.: Window, Dialog-Box, Komm.-kanal Control-Klassen: Verbinden Boundary-Klassen mit Entity- Klassen. Behandeln das Verarbeiten der Entity Klassen. In einem ersten Schritt kann gesagt werden: Für jeden Use-Case eine Control-Klasse. Entity-Klassen: Modellieren Information, die meist auch gespeichert werden muss. Business-Objekte. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus der Vorlesung SW-Architektur von Jörg Hofstetter HTA Luzern Sequence Diagram aregistration: Form aregistration: Manager Lifeline (Object) acourse: Course register(joe, acourselist) Message Condition acust = getcustomer(joe) [not acust] a Cust = new(joe) Creation Joe: Customer Self Delegation Iteration Activation Box *[for all courses] addparticipant(acust) numpart delete() Return Deletion Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

16 UML 2: Fragmente :Gast Bereit für Reservation Zahlungsinfo angeben meineinfo(zahlungsinfo) :System Interaction :Credit Card System Fragment alt opt critical neg Operator ref Kreditkarte prüfen(zahlungsinfo) loop alt [Prüfung = OK] guard create :Reservation seq par Reservation ok ReservationsNr.. [else] Reservation fehlgeschlagen Separator Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus den UML-2 Unterlagen von Jörg Hofstetter, HTA Luzern UML 2: Time & Gate sd CodePrüfung DurationConstraint DurationObservation :User :System {d..3*d} CodeEingabe d = duration CardOut Event Occurrence t = now {t..t+3s} OK TimeObservation unlock TimeConstraint Gate Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus den UML-2 Unterlagen von Jörg Hofstetter, HTA Luzern

17 Sequenz-Diagramm Zweck Zeigt den Austausch von Botschaften zwischen Objekten Eignung für kürzere Zeitabschnitte und wenige beteiligte Objekte bei geringer Verschachtelungstiefe und mit wenig Verzweigungen Anwendung Use Case Analysis SW-Design Implementation Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Architektur-Modell Konzept / Architektur Modelle Subsystem-Modell (execution view) UML 1.x Package Diagram «subsystem» UML 2.0 Component Diagram Schichten-Modell (structure view) UML 1.x & 2.0 Package Diagram Verteilungs-Modell (allocation view) UML 1.x Deployment + Component Diag. UML 2.0 Deployment Diagram & Spec. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

18 Package Diagram Subsystem / Execution UML 1 Stereotyp «Subsystem» Subsystem ( UML2 Component ) «subsystem» Package Registration UI AWT «subsystem» Registration Application Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Subsystem / Execution UML 2 Component Diagram Port Part Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus dem Vortrag UML-2 von Jörg Hofstetter HTA Luzern

19 Package Diagram Package Diagram Schichten / Structure Package Registration UI Registration Application Stereotype Domain Courses AWT Dependency Persons <<global>> Common Constraint Database Interface {abstract} Oracle SQL Server Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Package Diagram Schichten / Structure Darstellung der Modul-Abhängigkeiten View Notification Message Queries and Updates Controler User Input Model Edit Model-View-Controller Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

20 Verteilung / Allocation UML 1.x Deployment Diagram :Web Server Connection TCP/IP anoracledb:db Server :Oracle.Dll :Regist. App Database TCP/IP Interface :Windows PC :Regist Applet :Browser Node Component Jeder Node in einem Deployment Diagram steht für einen Computer, einen Sensor oder sonst eine Hardware. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Verteilung / Allocation UML 1.x Component Diagram Static Dependency Database :Domain.DLL :Regist. App Component :Oracle.Dll Interface zeigt ausführbare Komponenten der Laufzeit-Umgebung einschliesslich Libraries und deren Abhängigkeiten zeigt nicht Hardware und die Kommunikation zwischen Hardwarekomponenten. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

21 Verteilung / Allocation UML 2 Deployment Diagram Node Artifact Node: Gleich wie UML 1.x Artifact: ausführbarer Code, Skript, wird einem Node zugeordnet. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Aus den UML 2.0 Unterlagen von Jörg Hofstetter Verteilung / Allocation UML 2 Deployment Specification zusätzliche Angaben über die Konstruktion einer Einsatzkonfiguration «manifest» verbindet ein Artefakt mit einer Komponente Beispiel: Die Komponente Order wird durch Order.jar realisiert. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK aus Unterlagen von Martin Glinz, Uni Zürich und M. Jeckle, FH Furtwangen

22 Das Klassendiagramm Das Klassendiagramm beschreibt die statische Struktur der Objekte in einem System sowie ihre Beziehungen untereinander. Die folgende Folie zeigt ein vereinfachtes Klassendiagramm einer Bank mit einer automatischen Geldausgabe an einem Geldautomaten. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by OBJEKTspektrum, Günter Wahl Klassendiagramm Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by OBJEKTspektrum, Günter Wahl

23 Elemente im Klassendiagramm «stereotyp» Name {property} Attributs Operations Klasse Object:Class Attribut1 = value1 Objekt Generalisierung Assoziation Aggregation Komposition * Arb.geber Arb.nehmer arbeitet bei Kardinalität / (multiplicity) Rollen Navigierbarkeit Name und Leserichtung Martin Jud NDS-I SWE II / WBK adapted from SWEED, Martin Kropp (ergänzt) Assoziation Aggregation Komposition allgemeine Beziehung zwischen Klassen benutzt wenn man "besteht aus" sagen kann hat Spezialfall der Aggregation hat exklusiv Bremse Bremse Bremskraftregler meldet blockiert Sensor ( immer 1 ) 4 Bremsscheibe Bremsbelag Meist als Zeiger implementiert (Java Objektreferenz) Name optional Unterschied zur Benutz-Beziehung (Assoziation) oft unklar Teile haben die gleiche Lebensdauer wie das Aggregat Martin Jud NDS-I SWE II / WBK nach Karl Rege, ZHW

24 Kardinalität von Assoziationen A B (keine Aussage zur Kardinalität) A 2 3 B Jedes A ist mit 3 B verbunden Jedes B ist mit 2 A verbunden A 2..4 B Jedes A ist mit B verbunden A 0..1 B Jedes A ist mit 0..1 B verbunden A * B Jedes A ist mit 0.. B verbunden Martin Jud NDS-I SWE II / WBK von Karl Rege, ZHW Sichtbarkeit, visibility Die Visibility kann vor dem Namen eines Attributes bzw. einer Methode mit folgenden Symbolen angegeben werden: + (public) wer die Klasse sieht, sieht das Element # (protected) in der Klasse und ihren Subklassen ~ (package)* im gleichen Paket wie die Klasse (private) nur in der Klasse selbst )* erst seit UML 2.0 Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

25 (Collaboration) / Communication Diagrams Kommunikations- (UML 2.0) / Kollaborations- (UML 1.x) Diagramme zeigen den Nachrichtenaustausch zwischen Objekten (und damit implizit Assoziationen zwischen den entsprechenden Klassen. Coll./Comm.-Diagramme ermöglichen: einen Überblick über die Zusammenarbeit einer Gruppe von Objekten, speziell in real-time Umgebungen. zuordnen der Funktionalität zu Klassen durch Untersuchung des Systemverhaltens. entwerfen der Logik komplexer Operationen, speziell wenn viele Objekte beteiligt sind. untersuchen der Rollen die Objekte im System haben und der entsprechenden Beziehungen Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by Scott W. Ambler, (Kollaborations-) / Kommunikationsdiagramm Gleicher Informationsgehalt wie Sequenzdiagramm! (beide Diagramm-Typen nennt man auch Interaktionsdiagramme) Erika Nachricht 2: Summton 4: Klingeln 8: Hier ist Heinz 1: Hörer abheben 3: Nummer wählen 5: Klingeln Objekt :Telefonzentrale Heinz Link 6: abheben 7: Hier ist Heinz! Martin Jud NDS-I SWE II / WBK von Jörg Hofstetter, HTA Luzern

26 Zustandsdiagramm - Begriffe Zustand Zustände sind durch eine Kombination von Attributwerten bestimmt. Zweck beschreiben das Verhalten eines Objektes zeigen alle Zustände, die ein Objekt haben kann zeigen die möglichen Zustandsübergänge zeigen Events und Actions auf diese Events Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Zustandsdiagramm / State Machine Start Class: Course Offering Super State Initialized Aktiv Transition do: Initialize course Open new Participant / Set Count = 0 entry: register participant State when (count = 10) Closed notify registered students Canceled Canceled entry: notify registered participants new Participant [count < 10] activities compartment End Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

27 Transitionen und Activities UML Syntax für Zustandsübergänge event [guard] / action Wichtige Events bei Transitionen: timeout event Schlüsselwort after, after(10 sec) conditional event Schlüsselwort when when (count = 10) entry jedesmal beim Eintritt, unabhängig über welche Transition: entry / action exit jedesmal beim Verlassen: exit / action do Verhalten im entsprechenden Zustand: do / action Martin Jud NDS-I SWE II / WBK Adapted from SWEED, Martin Kropp Staying Agile Focus on keeping it as simple as possible. Create diagrams on a whiteboard Content is more important than representation It s also perfectly okay that the diagram isn t complete we can always modify as we need to. Martin Jud NDS-I SWE II / WBK by Scott W. Ambler UML 2 Use Case Diagram Overview

28 Literatur Die UML 2.0 Kurzreferenz für die Praxis Bernd Oestereich, Oldenbourg, München 2004 UML konzentriert, 3., aktualisierte Auflage Martin Fowler, Addison-Wesley, München 2003 The Unified Modeling Language User Guide, G. Booch, J. Rumbaugh, I. Jacobson, Addison Wesley, 1999 Analyse und Design mit UML 2 Objektorientierte Softwareentwicklung: 7., aktualisierte Auflage, B. Oestereich, Oldenbourg-Verlag, 2005 UML 2 for Dummies Michael J. Chonoles, James A. Schardt, Wiley, New York, 2003 OMG Unified Modeling Language Specification V1.5, Martin Jud NDS-I SWE II / WBK

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