Modellieren mit der Unified Modeling Language: Verhaltensdiagramme. 18. November 2014

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1 Modellieren mit der Unified Modeling Language: Verhaltensdiagramme 18. November 2014

2 Überblick Was ist das Verhalten eines Softwaresystems? Wie analysiert man das Verhalten? Anwendungsfallbeschreibungen Verfeinerung von Anwendungsfällen durch Aktivitätsdiagramme Testfallbeschreibung durch Interaktionsdiagramme Wie lässt sich das Verhalten eines Softwaresystems genauer modellieren? Ablauf von Aktivitäten, an denen ein oder mehrere Objekte beteiligt sein können Änderungen von Objektstrukturen Interaktionen zwischen Objekten Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 157

3 Was ist das Verhalten eines Softwaresystems? Das Verhalten eines Systems wird durch eine Menge von Prozessen beschrieben. Ein Prozess ist eine Folge von Einzeltätigkeiten, die schrittweise ausgeführt werden, um ein vorgegebenes Ziel zu erreichen. Ein Prozess kann Teil eines anderen sein. Prozesse beschreiben z.b. Arbeitsabläufe, Berechnungen, reaktives und proaktives Verhalten Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 158

4 Welche Verhaltensaspekte können modelliert werden? Abläufe, an denen ein oder mehrere Objekte beteiligt sein können Aus welchen Aktivitäten bestehen diese Abläufe? Wie sind sie zueinander angeordnet? (Kontrollfluss?) Welche Auswirkungen haben Aktivitäten auf Objektstrukturen? Wie kann man diese modellieren? Interaktionen zwischen Objekten Wie kommunizieren Objekte untereinander? Welche Informationen tauschen welche Objekte wann aus? Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 159

5 Modellierung von objektorientiertem Verhalten Zwei von der UML angebotenen Verhaltensdiagramme: Aktivitätsdiagramme beschreiben Abläufe, die aus Aktivitäten bestehen. Die Aktivitäten werden in Kontrollstrukturen angeordnet. Aktivitäten können Änderungen auf Objektstrukturen modellieren. Interaktionsdiagramme (auch: Sequenzdiagramme) beschreiben die Dynamik, die sich aus der Interaktion mehrerer Objekte miteinander ergibt. Diese Verhaltensmodelle sind komplementär zueinander und geeignet, verschiedene Aspekte von Systemverhalten zu beschreiben. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 160

6 Aktivitätsdiagramm...beschreibt einen Ablauf (z.b. Geschäftsprozess oder Berechnung) als strukturierte Folge von Aktivitäten,...ist geeignet, wenn Systemzustände mit Aktivitäten verbunden sind und sequentiell bzw. nebenläufig verknüpft sind,...enthält Kontrollflusselemente, wie z.b. Verzweigungen,...ist entweder einem Anwendungsfall, einer Operation oder einer Klasse zugeordnet, kann durch Objektfluss verfeinert werden. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 161

7 Szenario: Analyse von Systemverhalten Beschreibung eines Anwendungsfalls Modellierung des groben Ablaufs Identifikation von Aktivitäten aus der Ablaufbeschreibung des Anwendungsfalls weitere Strukturierung des Ablaufs Verwendung von Kontrollkonstrukten falls nötig, in mehreren Verfeinerungsschritten Verfeinerung der Aktivitäten durch Objektdiagramme Modellierung von dynamischen Objektstrukturen Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 162

8 Analyse von Anwendungsfällen Anwendungsfall Bestellung bearbeiten Der Anwendungsfall Lagerbestand ermitteln wird benutzt, um für jeden Posten der gerade bearbeiteten Kundenbestellung den aktuellen Lagerbestand des zugehörigen Produktes zu ermitteln (S11). Wenn das Zentrum eine Bestellung entgegennimmt, wird jeder Bestellposten in eine der beiden folgenden Karteien eingeordnet: (a) Lieferkartei, (b) Wartekartei (S13). Falls für einen Bestellposten genügend Waren auf Lager sind, dann wird dieser in die Lieferkartei eingetragen und der Lagerbestand entsprechend korrigiert (S14). Anderenfalls wird der Bestellposten in die Wartekartei eingetragen (S15). Grobmodellierung: Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 163

9 Beispiel: Analyse von Anwendungsfällen Grobmodellierung: verfeinerte Modellierung: Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 164

10 Beispiel: Verfeinerte Aktivitäten Bestellung beginnen :Firma <<create>> :Kundenbestellung datum = d Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 165

11 Beispiel: Verfeinerte Aktivitäten Bestellposten hinzufügen <<create>> :Kundenbestellung datum = d <<create>> :Bestellposten nummer = n menge = m :Produkt Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 166

12 Beispiel: Verfeinerte Aktivitäten auf Lager :Bestellposten menge = m :Lagerbestand menge = me :Produkt m < me Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 167

13 Beispiel: Verfeinerte Aktivitäten in die Lieferkartei aufnehmen :Bestellposten menge = m <<create>> :Lieferkartei :Produkt Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 168

14 Beispiel: Verfeinerte Aktivitäten Bestand korrigieren :Bestellposten menge = m :Produkt :Lagerbestand menge = me - m Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 169

15 Beispiel: Verfeinerte Aktivitäten in die Wartekartei aufnehmen :Bestellposten menge = m <<create>> :Wartekartei Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 170

16 Beispiel: parallele Ausführung Auftragsbestand feststellen Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 171

17 Aktivitätendiagramme: Modellierungselemente Aktivität mit Bezeichnung Aufeinanderfolge von Aktivitäten, ggf. geknüpft an Bedingung <B> "Splitting": Aufspalten in parallele oder unabhängig voneinander auszuführende Schritte Synchronisation paralleler oder unabhängig voneinander auszuführender Schritte Entscheidung Anfangs- / Endzustand Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 172

18 Verfeinerte Aktivitäten: Modellierungselemente :<Typ> <<create>> :<Typ> <<delete>> :<Typ> :<Typ> <attribut> = <wert> :<Typ> :<Typ> <<create>> Vorhandenes und zu erhaltendes Objekt mit Typangabe Neu zu erzeugendes Objekt, der Typ muss konkret sein Vorhandenes und zu löschendes Objekt Objekt mit Typ und Attributangabe, <wert> kann eine Konstante oder eine Variable sein. Multiobjekt: Wird so oft wie möglich instanziiert Link zwischen Objekten, wird gelöscht bzw. erzeugt, wenn ein anhängendes Objekt gelöscht bzw. erzeugt wird. Link zwischen vorhandenen Objekten wird erzeugt Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 173

19 Endzustand Anfangszustand [alle Einträge bearbeitet oder Wartekartei leer] [Eintrag betrifft Produkt] [Eintrag betrifft Produkt nicht] [aktueller Bestand < bestellte Menge] [aktueller Bestand >= bestellte Menge] Bedingung Aktion Eintrag in Wartekartei löschen Aktivitätsdiagramm zur Operation Produkt:: wareneingangbearbeiten Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 174

20 Interaktionsdiagramme zeigen Interaktionen zwischen einer Menge von Objekten in zeitlicher Folge Objekte (genauer: deren "Lebenszyklen") werden durch senkrechte Linien dargestellt Zeit Objekte ob1: A ob2: B ob3: C f() create g() h() Nachrichten (= Aufrufe von Operationen) werden durch bezeichnete horizontale Pfeile dargestellt destroy X Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 175

21 Einsatz von Interaktionsdiagrammen Modellierung von Anwendungsfällen: Interaktionsdiagramme lassen sich oft aus der Ablaufbeschreibung von Anwendungsfällen ableiten. Ein Interaktionsdiagramm beschreibt einen Ablauf (eventuell mit Variation). Verfeinerung kann helfen, weitere (spezifische) Objekte, Klassen und Operationen zu finden. Bei Interaktionsdiagrammen steht die Interaktion von Objekten im Vordergrund. Zunächst Normalfall entwerfen, dann Ausnahmefälle. Modellierung von Testfällen: Interaktionsdiagramme können auch zur Modellierung von Testfällen (Beispielen und Gegenbeispielen) verwendet werden. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 176

22 Interaktionsdiagramm zum Anwendungsfall Bestellung annehmen Objekt der Umgebung, hier: Benutzer Bedingung Operation von Kunde Objekte (mit Lebenslinien) Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 177

23 Übermittlung von Nachrichten Nachrichten gehen von Objekt zu Objekt: "Objekt a sendet Nachricht z an Objekt b mit dem Inhalt inh" Dies kann in einen Aufruf der Operation z() von b durch a führen. bzw. z(p), falls parametrisiert durch Parameterfolge p: a z(p) z(p) implementiert den Inhalt inh der Nachricht. Ähnliches Verhalten sollte durch gleiche Bezeichner signalisiert werden. b Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 178

24 Objekte erzeugen und löschen "Lebende" Objekte kreieren (und zerstören) andere Objekte durch Versenden spezieller Nachrichten. Das Erzeugen von Objekten wird durch eine Konstruktornachricht, die auf ein Objekt zeigt, modelliert. Das Löschen eines Objekts wird durch ein Kreuz am Ende seiner Lebenslinie angezeigt. o1:c1 new() nachricht() delete() antwort o2:c2 Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 179

25 Interaktionsdiagramm für "Bestellung bearbeiten" Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 180

26 Kontrollstrukturen in Interaktionsdiagrammen In UML 2 wurden weitere Möglichkeiten geschaffen, bedingte (sich verzweigende) und wiederholte Abläufe darzustellen. Erweiterungen für Sequenzdiagramme: - Schleifen ("loop") - optionale Ausführung ("opt") abhängig von Bedingung - alternative Ausführung ("alt") abhängig von Bedingung - Interaktionsverweis ("ref") Bezug auf eine andere Interaktion Interaktionsdiagramme heißen auch Sequenzdiagramme, da sie überwiegend Sequenzen von Objektinteraktionen darstellen. obj1: A obj2: B obj3: C loop [i>o] alt [a <b] [e lse ] [n>= 0] opb() [n< 0] opc() * opbd() Objekte obj4: D : A obj1 : B obj2 : C obj3 : D op1() op2() op14() Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 181

27 Test-First-Ansatz Ansatz innerhalb der testgetriebenen Entwicklung, die wiederum Teil des Extremen Programmierens ist. Kleine Einheiten werden zeitnah getestet. Im Extremfall werden erst die Tests und dann die Einheiten entwickelt. Zur Analyse von möglichen Tests können Interaktionsdiagramme verwendet werden. Die Basis bilden Anwendungsfälle, aus denen Testfälle abgeleitet werden: positive Testfälle: Szenarien, die vom späteren System erfolgreich ausgeführt werden sollen. negative Testfälle: Szenarien, die zu definierten Fehlerfällen führen und das System geordnet hinterlassen sollen. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 182

28 Beispiel: Testfallbeschreibung mit Interaktionsdiagrammen Anwendungsfalltitel: Geld abheben Kurzbeschreibung: Kunde hebt am Geldautomat einen bestimmten Geldbetrag ab. Vorbedingung: Kunde kann sich identifizieren. Ablauf: Der Kunde identifiziert sich. Der Kunde bestimmt den angeforderten Geldbetrag. Das System prüft die Auszahlungsmöglichkeit. Das System verbucht die Auszahlung auf das Konto des Kunden. Das System überträgt den Geldbetrag. Auswirkungen: Das System bezahlt den Geldbetrag aus. Welche Testfälle gibt es für diesen Anwendungsfall? Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 183

29 Beispiel: Testfallbeschreibung Kunde hebegeldab() :Automat :Bank Identifikation? identifiziere(324436, 987) überprüfe(324436, 987) gibbetragein(500) Geldbetrag? überprüfe(500) okay 500 okay Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 184

30 Beispiel: Testfallbeschreibung Kunde hebegeldab() :Automat :Bank Identifikation? identifiziere(324436, 987) überprüfe(324436, 987) x alt [x ==okay] Geldbetrag? [else] Fehler: Identifizierung fehlgeschlagen Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 185

31 Zusammenfassung Das Verhalten eines Systems wurde bisher nur textuell in Anwendungsfällen beschrieben. Zur besseren Analyse von Verhalten bieten sich die folgenden UML-Diagrammtypen an: Aktivitätsdiagramme zur Modellierung von Prozessaktivitäten und ihren Kontrollfluss Durch Objektdiagramme verfeinerte Aktivitäten modellieren Zustandsänderungen. Interaktionsdiagramme zur Analyse der Interaktionsszenarien zwischen Objekten und zur Testfallmodellierung Zusätzliche Literatur: J. H. Hausmann, R. Heckel, G. Taentzer: Detection of conflicting functional requirements in a use case-driven approach: a static analysis technique based on graph transformation. Proc. of the 22rd International Conference on Software Engineering, ACM 2002, Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 186