Tìm hiểu ngôn ngữ uml ( unified modeling language) và ứng dụng

Tổng quan về UML

Quá trình hình thành và nguyên nhân ra đời

1.1.1 Quá trình hình thành UML

Hướng đối tượng (OOP) bắt nguồn từ ngôn ngữ lập trình Simula và trở nên phổ biến với sự xuất hiện của C++ và Smalltalk vào cuối những năm 1980, dẫn đến nhu cầu phát triển phần mềm hướng đối tượng ngày càng cấp bách Đến đầu thập niên 1990, các phương pháp hướng đối tượng như Booch, OMT, OOSE ra đời, mỗi phương pháp có ký pháp, tiến trình và công cụ hỗ trợ riêng, mang lại cả ưu điểm và nhược điểm, gây khó khăn cho người dùng trong việc lựa chọn phương pháp phù hợp Nhận thấy điều này, vào năm 1994, các tác giả đã hợp tác để tạo ra phương pháp chung, bắt đầu từ việc thống nhất Booch và OMT-2 của Rumbaugh tạo thành phương pháp Unified Method 0.8 tại Rational Rose Năm 1995, Ivar Jacobson gia nhập nhóm, từ đó nhóm phát triển hướng đối tượng hướng đến việc tạo ra ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất (UML), kết hợp các phương pháp như Booch, OMT, OOSE cùng các nguồn từ các nhà nghiên cứu khác như David Harel và Gamma-Helm-Johnson-Vlissides, cũng như sự đóng góp từ các tập đoàn lớn như DEC, HP, IBM Các phiên bản UML lần lượt ra đời: UML 0.9 năm 1995, UML 1.0 năm 1997, UML 1.1 đã được đệ trình lên OMG, tiếp theo là UML 2.0, UML 3.0 và các phiên bản mới hơn.

Hiện nay, có nhiều phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng như OOA (Object Oriented Analysis) của Booch và OMT (Object Modeling Technique) của Dumbaugh, mỗi phương pháp đều sở hữu những đặc điểm mạnh và điểm yếu riêng.

UML là ngôn ngữ mô hình hoán hợp nhất được xem như công cụ đồ họa nhằm biểu diễn trực quan, đặc tả, xây dựng và lập tài liệu các thành phần trong hệ thống Việc sử dụng một ngôn ngữ mô hình hóa chuẩn xuyên suốt vòng đời phát triển hệ thống là vô cùng cần thiết, vì các phương pháp riêng lẻ thường không đáp ứng đầy đủ yêu cầu của người sử dụng UML cung cấp một cách thức chuẩn để mô tả hệ thống, bao gồm cả những khái niệm như tiến trình kinh doanh và chức năng hệ thống, cũng như các thành phần cụ thể như lớp học.

Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn

Sinh viên Chu Văn Thức - 48K_CNTT 3 đã viết về việc UML được tạo ra một cách khách quan và tất yếu trong quá trình phát triển phần mềm UML đáp ứng đầy đủ các yêu cầu từ phía người dùng, giúp mô hình hóa hệ thống một cách hiệu quả và dễ hiểu Việc sử dụng UML mang lại lợi ích rõ ràng trong việc thiết kế và quản lý các dự án phần mềm, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Khái quát về UML

UML là ngôn ngữ mô hình hoá mạnh mẽ, bao gồm ký pháp thống nhất để mô tả ngữ nghĩa và các định nghĩa về metamodel, giúp xây dựng các mô hình phần mềm chính xác và rõ ràng UML không đề cập đến phương pháp phát triển phần mềm, mà tập trung vào việc hiển thị, mô tả, xây dựng và tài liệu hóa các vật phẩm trong phân tích và thiết kế phần mềm theo hướng đối tượng Nó được sử dụng xuyên suốt vòng đời phát triển phần mềm, bất kể công nghệ cài đặt hệ thống, giúp các nhà phát triển dễ dàng trình bày và quản lý quá trình phát triển phần mềm một cách hiệu quả.

UML là ngôn ngữ chuẩn để lập kế hoạch chi tiết phần mềm, phù hợp với mô hình hoá các hệ thống như hệ thống thông tin doanh nghiệp và các ứng dụng web phân tán UML không khó hiểu và dễ sử dụng, đồng thời là ngôn ngữ mô hình có thể được cả con người và máy sử dụng Ngôn ngữ UML có cú pháp và bộ luật gồm cú pháp, ngữ nghĩa và luật hình thành câu (pragmatic), đòi hỏi người dùng nắm vững để sử dụng hiệu quả Để khai thác tối đa tiềm năng của UML, cần hiểu rõ ba nội dung chính liên quan đến cú pháp, ngữ nghĩa và cách xây dựng các câu mô hình hợp lệ.

 Các phần tử cơ bản của mô hình trong UML

 Các quy định liên kết các phần tử mô hình

 Một số cơ chế chung áp dụng cho ngôn ngữ này

UML là ngôn ngữ mô hình hóa phần mềm hỗ trợ phát triển dựa trên tiến trình, đặc biệt phù hợp với phương pháp phát triển hướng trường hợp sử dụng (Use Case - UC) UML giúp trực quan hóa các yêu cầu và quy trình trong dự án phần mềm, đồng thời cải thiện khả năng giao tiếp giữa các thành viên trong nhóm phát triển Việc sử dụng UML trong quá trình phát triển phần mềm giúp tối ưu hóa hiệu quả và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Ngôn ngữ cần có từ vựng và quy tắc tổ hợp từ để phục vụ việc giao tiếp hiệu quả Ngôn ngữ mô hình tập trung vào việc biểu diễn mặt vật lý và khái niệm của hệ thống, giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của hệ thống đó UML là ngôn ngữ chuẩn công nghiệp được sử dụng để lập kế hoạch chi tiết phần mềm, với từ vựng và quy tắc rõ ràng giúp xây dựng các mô hình phù hợp Việc nắm vững từ vựng và quy tắc của UML giúp xác định khi nào cần xây dựng các mô hình và cách thức thực hiện để đạt hiệu quả tối ưu trong phát triển phần mềm.

-UML là ngôn ngữ hiển thị:

UML giúp ta xây dựng mô hình để dễ dàng giao tiếp trong phát triển phần mềm Một số công việc phù hợp với mô hình hóa bằng văn bản, trong khi đó, một số khác lại phù hợp với mô hình hóa bằng đồ họa, đặc biệt UML là ngôn ngữ đồ họa phổ biến Với nhiều hệ thống, mô hình UML dạng đồ họa dễ hiểu hơn so với mô hình bằng ngôn ngữ lập trình, giúp các nhà phát triển và nhà quản lý dễ dàng nắm bắt hoặc trình bày ý tưởng Sau mỗi biểu tượng đồ họa của UML là những ý nghĩa rõ ràng hỗ trợ cho việc phân tích và thiết kế hệ thống một cách hiệu quả.

Sinh viên Chu Văn Thức, thuộc lớp 48K_CNTT 4, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xây dựng mô hình UML rõ ràng và dễ hiểu Việc tạo ra các mô hình trong UML giúp các nhà phát triển và công cụ hỗ trợ mô hình hóa hiểu đúng và chính xác chức năng của hệ thống Điều này đảm bảo quá trình phát triển phần mềm diễn ra suôn sẻ, nâng cao hiệu quả công việc và giảm thiểu các lỗi sai trong quá trình xây dựng hệ thống.

UML là ngôn ngữ đặc tả giúp mô tả rõ ràng các điểm mấu chốt của hệ thống phần mềm UML cho phép xây dựng các mô hình chính xác, không nhập nhằng và hoàn thiện, hỗ trợ quá trình phân tích, thiết kế và quyết định cài đặt trong phát triển hệ thống phần mềm Sử dụng UML giúp tối ưu hóa quy trình phát triển và triển khai dự án phần mềm hiệu quả hơn.

-UML là ngôn ngữ để xây dựng:

Mô hình của UML có thể kết nối trực tiếp với các ngôn ngữ lập trình khác nhau

Ánh xạ mô hình UML sang các ngôn ngữ lập trình như Java, C++ và các hệ quản trị dữ liệu quan hệ hoặc hướng đối tượng giúp đảm bảo khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa mô hình và mã nguồn Điều này cho phép biến đổi thuận tiện từ UML sang ngôn ngữ lập trình và ngược lại, đảm bảo việc làm việc với tài liệu dạng văn bản hoặc đồ họa một cách nhất quán và hiệu quả.

-UML là ngôn ngữ làm tài liệu:

UML là công cụ quan trọng trong việc tạo lập tài liệu kiến trúc hệ thống và các chi tiết liên quan Nó giúp biểu diễn rõ ràng các yêu cầu hệ thống, hỗ trợ quá trình thử nghiệm và mô hình hóa các hoạt động lập kế hoạch cũng như quản lý sản phẩm một cách hiệu quả.

 UML cho biết giới hạn của hệ thống và các chức năng chính của nó thông qua

 Trong UML ,các UC được mô tả bằng biểu đồ logic

 Biểu diễn cấu trúc tĩnh của hệ thống nhờ biểu đồ lớp

 Mô hình hoá các hành vi đối tượng bằng biểu đồ chuyển trạng thái

 Phản ánh kiến trúc cài đặt vật lý bằng biểu đồ thành phần và biểu đồ triển khai

 Mở rộng các chức năng bằng Stereotypes

1.2.2 So sánh với các phương pháp khác

UML tổng hợp tinh hoa của ba phương pháp cơ bản là Booch, OMT và OOSE, giúp mô tả hệ thống một cách rõ ràng và thống nhất hơn so với các phương pháp trước đó Những kiến thức và công cụ từ các phương pháp cũ vẫn còn giá trị khi chuyển sang sử dụng UML Việc áp dụng UML mang lại lợi ích lớn, vì nó cho phép mô hình hóa toàn diện các hoạt động trong dự án, điều mà các ngôn ngữ trước đây chưa thể thực hiện.

Những người đã từng sử dụng các phương thức và ngôn ngữ mô hình hóa khác sẽ nhận được lợi ích rõ rệt khi chuyển sang sử dụng ngôn ngữ UML, vì UML giúp họ dễ dàng lập trình, trực quan hóa hệ thống và nâng cao hiệu quả trong quá trình thiết kế phần mềm Việc chuyển đổi này giúp tối ưu hóa quy trình làm việc, giảm thiểu lỗi và thúc đẩy sự hiểu biết chung trong nhóm phát triển UML được xem là công cụ chuẩn mực để mô hình hóa hệ thống, mang lại sự rõ ràng và chính xác cho các dự án phần mềm phức tạp.

UML có hệ thống ký hiệu rõ ràng, thống nhất cao, được hỗ trợ bởi nhiều công cụ phát triển phần mềm, giúp chuyển đổi mô hình hiện có sang UML mà không mất thông tin Nhờ đó, người đã quen thuộc với phương pháp hướng đối tượng có thể học UML trong thời gian ngắn và đạt trình độ tương đương Việc bỏ qua những khác biệt không cần thiết về ngữ nghĩa và kỹ thuật, thường gặp ở các ngôn ngữ khác, giúp nâng cao hiệu quả thiết kế phần mềm.

UML là sự kết hợp của các phương pháp hướng đối tượng, kế thừa một số khái niệm từ các phương pháp này để thể hiện mô hình phần mềm một cách rõ ràng và trực quan UML giúp mô tả các thành phần của hệ thống, mối quan hệ giữa chúng và quá trình tương tác một cách chuẩn xác Nhờ đó, UML trở thành công cụ hữu hiệu trong việc phân tích, thiết kế phần mềm theo hướng đối tượng.

 Lược đồ Use-case tương tự như trong phương pháp OOSE

 Lược đồ lớp được kế thừa từ OMT và Booch và hầu hết các phương pháp hướng đối tượng khác

Cơ chế mở rộng (extension mechanism) trong UML là công cụ quan trọng giúp tạo ra các thành phần đa dạng mang đặc điểm riêng biệt của hệ thống, phù hợp với nhiều loại mô hình khác nhau Nó được hỗ trợ trên nhiều loại lược đồ và mô hình UML, nhằm tăng cường khả năng biểu đạt các góc độ mô hình hóa khác nhau Các khái niệm như stereotypes, constraints và tagged values đã được bổ sung để mở rộng khả năng mô hình hóa, giúp thể hiện các đặc điểm riêng biệt của hệ thống một cách rõ ràng và linh hoạt hơn.

Lược đồ State-chart cơ bản dựa trên mẫu của David Harel với một số chỉnh sửa nhỏ, phản ánh các ngữ nghĩa cốt lõi để định nghĩa trạng thái và quá trình hoạt động Lược đồ này phù hợp với các quy chuẩn UML và tương tự như sơ đồ luồng công việc (workflow diagram) trong nhiều phương pháp thiết kế hệ thống Nó giúp mô tả rõ ràng các trạng thái và sự chuyển đổi trong hệ thống, hỗ trợ việc phân tích và thiết kế phần mềm hiệu quả.

 Lược đồ tuần tự được tìm thấy trong nhiều phương pháp hướng đối tượng dưới nhiều tên gọi khác nhau( interaction, message trace hoặc event trace)

Ứng dụng của UML và tiến trình phát triển ứng dụng

Tầm quan trọng của UML

Trong ngành xây dựng, bảng thiết kế đóng vai trò như ngôn ngữ đồ họa tiêu chuẩn giúp liên kết giữa kiến trúc sư và người xây dựng Toà nhà càng phức tạp, quá trình giao tiếp và hiểu biết giữa hai bên càng trở nên khó khăn, đòi hỏi cả hai phải nắm vững ngôn ngữ thiết kế này như một phần không thể thiếu trong công việc Bảng thiết kế là công cụ truyền đạt ý tưởng, giúp đảm bảo quá trình thi công diễn ra đúng theo ý định của kiến trúc sư.

Viết phần mềm không giống như xây dựng tòa nhà, vì hệ thống càng phức tạp, việc giao tiếp giữa các thành phần liên quan đến phát triển phần mềm càng trở nên khó khăn Trong bối cảnh này, UML ra đời như một ngôn ngữ thiết kế phần mềm giúp nhà phân tích, nhà thiết kế và lập trình viên hiểu rõ hơn về quá trình thiết kế hệ thống UML đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện giao tiếp và phối hợp giữa các bên liên quan trong phát triển phần mềm, từ phân tích nghiệp vụ đến lập trình.

UML thích hợp với việc giải quyết vấn đề hướng đối tượng, giúp xây dựng mô hình trừu tượng hoá các vấn đề cơ bản Nguyên lý cốt lõi của UML liên quan đến việc phân tích và mô hình hóa thế giới thực, giúp người dùng dễ dàng hiểu và quản lý các vấn đề phức tạp Bất kỳ ai quan tâm đến UML đều nhận thức rõ rằng việc bắt đầu bằng xây dựng mô hình là bước quan trọng để giải quyết các vấn đề hướng đối tượng.

Mô hình mô tả các đối tượng tác động lẫn nhau qua việc trao đổi các thông tin khác nhau Mỗi đối tượng tồn tại với các thuộc tính và hành vi riêng biệt, phản ánh trạng thái của nó Giá trị của các thuộc tính trong đối tượng được xác định dựa trên trạng thái hiện tại, giúp mô hình phản ánh chính xác sự tương tác và biến đổi của các đối tượng trong hệ thống.

Lớp trong lập trình là bảng thiết kế cho các đối tượng, bao gồm các thuộc tính và hành vi như phương thức hoặc hàm để mô tả đặc điểm và chức năng của thực thể Các đối tượng chính là các thể hiện cụ thể của lớp, mang lại khả năng tạo ra các đối tượng đa dạng dựa trên cùng một thiết kế ban đầu Việc hiểu rõ về lớp và đối tượng giúp nâng cao kỹ năng lập trình hướng đối tượng, tối ưu hóa quá trình phát triển phần mềm.

Tiến trình phát triển phần mềm RUP và mối quan hệ với UML

Phát triển phần mềm có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, từ quy trình thác nước truyền thống đến quy trình lặp và tăng dần linh hoạt Một trong những quy trình phần mềm nổi tiếng, được phát triển bởi hãng Rational, đã chứng minh hiệu quả trong việc quản lý dự án phần mềm Quy trình này có mối liên hệ chặt chẽ với ngôn ngữ UML, giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế và phát triển phần mềm.

RUP (Rational Unified Process) là quy trình phát triển phần mềm do hãng Rational phát triển, nhằm hỗ trợ các hoạt động làm việc nhóm trong quá trình phát triển phần mềm Quy trình này giúp phân chia công việc theo thứ tự rõ ràng cho từng thành viên trong các giai đoạn khác nhau của dự án RUP sử dụng ngôn ngữ UML để mô hình hóa toàn diện quá trình phát triển và cung cấp hướng dẫn hướng đến việc sử dụng UML một cách hiệu quả nhất, đảm bảo quản lý dự án phần mềm một cách chuyên nghiệp và linh hoạt.

Mục đích chính của RUP là giúp phát triển phần mềm có chất lượng cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của người dùng cuối Phương pháp này hướng tới hoàn thành dự án trong khuôn khổ thời gian và ngân sách đã đề ra, đảm bảo tiến độ và hiệu quả cho quá trình phát triển phần mềm.

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Thức - 48K_CNTT 20

RUP (Rational Unified Process) được phát triển và duy trì bởi hãng Rational, giúp đảm bảo quy trình phát triển phần mềm luôn được cải tiến liên tục Quy trình này dựa trên các kinh nghiệm phản hồi từ đối tác sử dụng, đồng thời thích nghi linh hoạt với sự tiến hóa của công nghệ và các phương pháp vận dụng tối ưu trong thực tế Việc duy trì và cập nhật RUP nhằm nâng cao hiệu quả, chất lượng dự án phần mềm, đáp ứng tốt các yêu cầu của thị trường ngày càng cạnh tranh.

RUP ( Rational Unified Process ) nâng cao năng suất làm việc của nhóm bằng cách cung cấp hướng dẫn, khuôn mẫu và công cụ hỗ trợ phù hợp Các thành viên trong nhóm sử dụng một ngôn ngữ chung và theo một quy trình chung, giúp đảm bảo sự thống nhất trong cách nhìn nhận và phương hướng phát triển phần mềm Nhờ đó, quá trình phát triển phần mềm trở nên hiệu quả hơn, giảm thiểu sai sót và thúc đẩy sự hợp tác đồng bộ giữa các thành viên trong nhóm.

Sử dụng UML để hỗ trợ toàn diện các giai đoạn trong quy trình phát triển phần mềm giúp nâng cao hiệu quả công việc Hoạt động chính của RUP là tạo, cải tiến và quản lý các loại mô hình phần mềm, đảm bảo tính chính xác và linh hoạt trong quá trình phát triển Ngoài ra, RUP hướng dẫn xây dựng lượng lớn tài liệu mô hình, nhấn mạnh việc phát triển các mô hình có ngữ nghĩa phong phú để thể hiện hệ thống từ góc nhìn của nhà phát triển, giúp dự án phần mềm đạt hiệu quả cao hơn.

RUP hiện nay được hỗ trợ bởi các công cụ tự động hóa giúp tối ưu hóa quá trình phát triển phần mềm, bao gồm quản lý dự án, phân công nhân sự, tạo lập và quản lý mô hình, kiểm chứng và đảm bảo chất lượng Không có quy trình phát triển phần mềm nào phù hợp hoàn toàn cho mọi tổ chức, nhưng RUP được xây dựng dựa trên cấu trúc đơn giản, rõ ràng và có thể tùy chỉnh để phù hợp với nhu cầu của từng tổ chức Nhờ tính linh hoạt này, RUP phù hợp cả với các nhóm phát triển nhỏ lẫn các tổ chức lớn, giúp tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng tốt các yêu cầu dự án.

RUP (Rational Unified Process) là một phương pháp phát triển phần mềm dựa trên các công việc và kinh nghiệm đã được áp dụng thành công trong thực tế, giúp tối ưu hóa quy trình phát triển Việc ứng dụng RUP mang lại nhiều lợi ích cho các nhóm phát triển, bao gồm khả năng quản lý dự án hiệu quả hơn và nâng cao chất lượng sản phẩm Phát triển theo RUP tạo điều kiện thuận lợi để các nhóm làm việc nhóm một cách linh hoạt và có hệ thống, từ đó nâng cao năng suất và giảm thiểu rủi ro trong quá trình phát triển phần mềm.

Hình 2.1 Ảnh hưởng của UML đối với các gai đoạn phát triển phần mềm

RUP là quy trình gồm nhiều bước lặp nhằm xây dựng hệ thống qua các chu kỳ phát triển phần mềm Mỗi chu kỳ tạo ra một phiên bản release, bao gồm mã nguồn trong các thành phần biên dịch và thực thi Quá trình phát triển theo RUP được chia thành bốn giai đoạn chính: khởi đầu, triển khai, xây dựng, và chuyển giao, giúp đảm bảo tiến trình phát triển phần mềm linh hoạt và hiệu quả.

 Khởi đầu: xác định phạm vi dự án, các tài nguyên cần thiết và phác thảo chức năng cho người sử dụng (business case)

 Triển khai: phân tích vấn đề, lập kế hoạch dự án, đánh giá rủi ro và xác định kiến trúc hệ thống

 Xây dựng: phát triển các thành phần, tích hợp vào sản phẩm và kiểm chứng các chức năng

 Chuyển giao: chuyển giao sản phẩm đến khách hàng, huấn luyện khách hàng cách sử dụng, bảo trì đồng thời điều chỉnh một số chức năng cần thiết

Trong một chu kỳ phát triển phần mềm, quá trình bao gồm nhiều bước lặp con (iteration), mỗi lần lặp đều tạo ra một phiên bản phần mềm mới Quá trình này được hoàn thành thông qua một chuỗi các công việc cụ thể gọi là luồng công việc, giúp đảm bảo tiến trình diễn ra liên tục và hiệu quả.

Các công việc trong quy trình phát triển phần mềm được phân chia thành các luồng công việc chính để xây dựng phiên bản phần mềm qua nhiều vòng lặp, đảm bảo quá trình phát triển hiệu quả và linh hoạt Các bước cơ bản bao gồm mô hình hóa nghiệp vụ, xác định yêu cầu, phân tích, thiết kế, cài đặt và triển khai, giúp đảm bảo chất lượng và đúng tiến độ dự án Ngoài ra, còn có các luồng công việc hỗ trợ như quản lý dự án, quản lý cấu hình và thay đổi, cùng quản lý môi trường để duy trì sự thống nhất và kiểm soát toàn diện quá trình phát triển phần mềm.

RUP sử dụng mô hình Use Case để mô hình hóa chức năng cho từng loại người dùng, thay cho cách mô tả chức năng truyền thống Các trường hợp sử dụng còn đóng vai trò hướng dẫn quy trình phát triển từ phân tích đến thiết kế và kiểm chứng Dựa trên Use Case, nhà phát triển xây dựng các mô hình phân tích, thiết kế và cài đặt, đồng thời xem xét tính đầy đủ của các thành phần để đảm bảo hệ thống đáp ứng đầy đủ các chức năng yêu cầu Quy trình phát triển theo phương pháp này gồm các bước liên tiếp dựa trên các Use Case đã xác định.

Thiết kế Cài đặt Kiểm chứng Phân tích Xác định yêu cầu Các use case liên kết các luồng dữ liệu này với nhau

Dù UML xuất hiện xuyên suốt các giai đoạn phát triển phần mềm, nhưng nó chủ yếu tập trung vào giai đoạn xây dựng, nơi quan trọng và chiếm phần lớn thời gian trong quá trình phát triển (Hình 2.1).

Các kỹ thuật mô hình hoá hợp nhất (Unified modeling)

Trong lĩnh vực phần mềm, có nhiều phương pháp tiếp cận mô hình, trong đó hai cách phổ biến nhất là mô hình hoá hướng chức năng và mô hình hoá hướng đối tượng Những phương pháp này giúp phát triển phần mềm hiệu quả hơn bằng cách tối ưu hóa quá trình thiết kế và triển khai dự án Chọn lựa giữa mô hình hướng chức năng và hướng đối tượng phụ thuộc vào yêu cầu dự án và đặc điểm của hệ thống cần xây dựng.

Mô hình hóa hướng chức năng tập trung vào việc xây dựng hệ thống dựa trên các chức năng cơ bản, giúp phân chia các chức năng lớn thành các phần nhỏ hơn để dễ quản lý Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là khi yêu cầu về hệ thống thay đổi, hệ thống phần mềm rất khó bảo trì do cấu trúc chức năng đã phân chia cố định.

Mô hình hóa hướng đối tượng coi các lớp và đối tượng là các phần tử cốt lõi của hệ thống Các đối tượng được phát hiện từ không gian vấn đề và giải pháp, thường ít thay đổi khi hệ thống phát triển các yêu cầu mới Trong phần này, chúng tôi giới thiệu các kỹ thuật mô hình hóa hướng đối tượng nhằm mục đích xây dựng các mô hình hệ thống chính xác trên UML, giúp quản lý và phát triển phần mềm hiệu quả hơn.

2.3.1 Xây dựng lược đồ Use case

Việc xây dựng lược đồ use case đòi hỏi các kỹ thuật mô hình hoá sau:

- Mô hình hoá ngữ cảnh của hệ thống

Ngữ cảnh của hệ thống bao gồm tất cả các yếu tố bên ngoài tương tác với hệ thống, giúp xác định môi trường tồn tại của nó Việc mô hình hóa ngữ cảnh hệ thống là quá trình quan trọng nhằm hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng và tương tác bên ngoài Điều này giúp hệ thống vận hành hiệu quả trong môi trường thực tế và thích ứng với các thay đổi trong phạm vi bên ngoài Mô hình ngữ cảnh chính là nền tảng để phát triển các giải pháp phù hợp, tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao khả năng mở rộng của hệ thống trong môi trường đa dạng.

Nhận biết các tác nhân xung quanh hệ thống là bước quan trọng để xác định các nhóm yếu tố cần sự hỗ trợ của hệ thống để thực hiện nhiệm vụ, các nhóm chịu trách nhiệm chính trong chức năng của hệ thống, các nhóm tương tác với các hệ thống phần cứng hoặc phần mềm khác, cũng như các nhóm đảm nhận các chức năng phụ như bảo trì và quản trị hệ thống Việc hiểu rõ các tác nhân này giúp tối ưu hóa hoạt động và thiết kế hệ thống hiệu quả hơn.

 Tổ chức các tác nhân theo quan hệ tổng quát hoá

 Cung cấp các stereotype cho các tác nhân

 Nhận biết lược đồ use case với các tác nhân này và xác định đường truyền thông giữa các tác nhân và use case của hệ thống

-Mô hình hoá các đòi hỏi của hệ thống

Xác định xem hệ thống làm gì chứ không phải là nó làm như thế nào Kỹ thuật mô hình hoá được mô tả như sau:

 Thiết lập ngữ cảnh của hệ thống bằng các xác định các tác nhân tồn tại xung quanh hệ thống

 Với mỗi tác nhân, xác định các hành vi mà các tác nhân đó đòi hỏi ở hệ thống

 Đặt tên cho các hành vi này và xem chúng như là các use cases

 Phân chia các hành vi chung thành các use case mới như là một trình cung cấp tính năng

2.3.2 Xây dựng lược đồ lớp

- Mô hình từ điển hệ thống

Ta sử dụng các lớp để mô hình hóa các trừu tượng trong không gian bài toán và giải pháp, giúp phản ánh phạm vi công nghệ được áp dụng Mỗi trừu tượng là một phần tử quan trọng của từ điển hệ thống, thể hiện các yếu tố cần thiết cho khách hàng và nhà phát triển Quá trình mô hình hóa từ điển bao gồm các bước chủ chốt nhằm xây dựng một hệ thống phân cấp rõ ràng và phù hợp để nâng cao hiệu quả trong quá trình phát triển phần mềm.

Trong quá trình phát triển, việc nhận biết các yếu tố mà khách hàng và phát triển viên sử dụng để mô tả vấn đề cũng như giải pháp là rất quan trọng Để thực hiện điều này hiệu quả, chúng tôi ứng dụng kỹ thuật CRC cards và phân tích dựa trên use case nhằm hiểu rõ hơn các yêu cầu và quy trình liên quan Các phương pháp này giúp xác định rõ các thành phần và mối quan hệ trong hệ thống, từ đó đảm bảo phản ánh đúng nhu cầu của khách hàng và hỗ trợ phát triển giải pháp phù hợp.

Trong quá trình xử lý trừu tượng, cần nhận diện các nhiệm vụ liên quan để đảm bảo phân bổ hợp lý Các lớp được xác định một cách rõ ràng và sinh động, giúp phân chia nhiệm vụ một cách cân đối giữa các lớp Điều này giúp tăng tính hiệu quả và rõ ràng trong quá trình phân lập các nhiệm vụ liên quan đến trừu tượng.

 Cung cấp các thuộc tính và thao tác để thực hiện các nhiệm vụ của lớp

- Mô hình hoá các quan hệ

Nhận biết quan hệ phụ thuộc bằng cách nhận biết các thao tác trong lớp mà tham số của các thao tác có chứa các lớp khác

Trong quá trình xây dựng mô hình từ điển hệ thống, các lớp có cấu trúc và hành vi tương tự nhau thường xuất hiện Để tổ chức chúng hiệu quả, ta trích xuất các đặc điểm chung về cấu trúc và hành vi và đặt vào các lớp tổng quát hơn, nhằm tăng tính phân cấp và khả năng mở rộng của hệ thống Phương pháp này gọi là quan hệ tổng quát hoá, giúp tổ chức các lớp con dựa trên các đặc điểm chung, từ đó xây dựng mô hình quan hệ thừa kế một cách rõ ràng và dễ quản lý.

 Tìm kiếm các điểm chung giữa các lớp như là nhiệm vụ, thuộc tính và thao tác

 Đặt các đặc tính chung đó vào một lớp tổng quát hơn Nếu cần thiết có thể tạo một lớp mới (số mức thừa kế không nên nhiều quá)

 Xác định các quan hệ tổng quát giữa các lớp tổng quát và các lớp thừa kế nó

Quan hệ liên kết xác định cấu trúc tương tác giữa các đối tượng của các lớp, giúp mô hình hóa các mối quan hệ phức tạp trong hệ thống Trong khi quan hệ phụ thuộc thể hiện sự sử dụng và quan hệ tổng quát hóa mô tả mối quan hệ “là một loại của”, thì quan hệ liên kết tập trung vào cấu trúc và sự liên kết giữa các đối tượng để xây dựng mô hình chính xác hơn Để mô hình quan hệ cấu trúc hiệu quả, cần thực hiện các bước như phân tích các đối tượng, xác định các liên kết phù hợp và tổ chức chúng để phản ánh đúng cấu trúc thực tế của hệ thống.

Trong mỗi cặp lớp, ta xác định một quan hệ cấu trúc nếu có thể xác định một lớp từ lớp kia, tạo thành nền tảng của khung nhìn hướng dữ liệu của quan hệ cấu trúc.

Trong thiết kế phần mềm, khi các đối tượng của một lớp cần tương tác với các đối tượng của lớp khác, như là tham số trong các thao tác, ta cần xác định rõ mối quan hệ giữa các lớp này Việc xác định quan hệ giữa các lớp giúp xây dựng hệ thống phần mềm một cách rõ ràng, có cấu trúc hợp lý và dễ bảo trì Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình lập trình hướng đối tượng, đảm bảo các tham số và tương tác giữa các đối tượng diễn ra chính xác, tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Thức - 48K_CNTT 24 cấu trúc giữa cặp lớp này Đây là khung nhìn hướng hành vi của quan hệ cấu trúc

 Với mỗi liên kết trên, xác định multiplicity và vai trò ở mỗi đầu của liên kết

 Xác định quan hệ kết tập (aggregation) giữa hai lớp nếu quan hệ giữa chúng là toàn thể - bộ phận

Mô hình các cộng tác đơn giản tập trung vào việc thể hiện các yếu tố tạo nên khung nhìn thiết kế của hệ thống, bao gồm các phần tử và mối quan hệ giữa chúng Khi mô hình hóa lược đồ lớp, mỗi sơ đồ nên tập trung vào một cộng tác cụ thể tại một thời điểm để phản ánh chính xác hoạt động của hệ thống Việc này giúp đơn giản hóa quá trình phân tích và thiết kế hệ thống, đảm bảo rõ ràng trong việc thể hiện các tương tác giữa các phần tử Để mô hình hóa một cộng tác hiệu quả, cần xác định rõ các phần tử liên quan và mối quan hệ giữa chúng, từ đó xây dựng sơ đồ phù hợp với yêu cầu của hệ thống.

Nhận biết cơ cấu cần mô hình là bước quan trọng để thể hiện chức năng hoặc hành vi của một phần trong hệ thống Cơ cấu này được xây dựng dựa trên các thành phần như lớp, giao diện và các phần tử khác, tạo thành một cộng tác để thực hiện chức năng đề ra Việc xác định rõ cấu trúc cơ cấu giúp tăng tính rõ ràng và hiệu quả trong quá trình thiết kế hệ thống.

 Với mỗi cơ cấu, nhận biết các lớp, giao diện và cộng tác tham gia vào cơ cấu hận biết mối quan hệ giữa chúng

 Sử dụng kịch bản để đánh giá tính đúng đắn và đầy đủ của cộng tác này

 Xác định nội dung của các phần tử trong cộng tác

- Mô hình hoá lược đồ cơ sở dữ liệu quan niệm

 Nhận biết các lớp mà trạng thái của nó phải vượt quá thời gian sống của ứng dụng

 Tạo một lược đồ lớp chứa các lớp này và đánh dấu chúng như là persístent (một giá trị nhãn chuẩn)

Để nâng cao khả năng tái sử dụng và mở rộng của hệ thống, cần mở rộng các chi tiết cấu trúc của các lớp này bằng cách chỉ định rõ các thuộc tính và chú trọng vào liên kết giữa các lớp Việc này giúp tăng tính logic và khả năng quản lý dữ liệu trong hệ thống, đồng thời hỗ trợ phát triển các tính năng mới một cách linh hoạt và hiệu quả hơn.

Công cụ(case tool) mô hình hoá hệ thống Rational Rose

Rational Rose là phần mềm công cụ mạnh mẽ hỗ trợ phân tích và thiết kế hệ thống phần mềm theo hướng đối tượng, giúp mô hình hóa hệ thống trước khi viết mã Đây là giải pháp tối ưu để tối ưu quá trình phát triển phần mềm, nâng cao hiệu quả và độ chính xác của thiết kế hệ thống Với Rational Rose, các nhà phát triển có thể trực quan hóa các thành phần, mối quan hệ trong hệ thống và đảm bảo tính khả thi của dự án từ giai đoạn tiền ký kết mã nguồn.

Sinh viên Chu Văn Thức đã đảm bảo tính chính xác và hợp lý của kiến trúc hệ thống từ khi bắt đầu dự án, giúp mô tả chi tiết hệ thống bao gồm các thành phần và cách chúng hoạt động, từ đó tạo ra kế hoạch rõ ràng cho quá trình xây dựng Rose hỗ trợ giải quyết những vấn đề thường gặp trong dự án như giao tiếp với khách hàng và lập tài liệu yêu cầu, giúp các thành viên trong nhóm dễ dàng tiếp cận các thông tin cần thiết thông qua việc xây dựng các mô hình hệ thống trong Rose, nâng cao hiệu quả phối hợp và quản lý dự án.

Khách hàng và quản lý dự án sử dụng các biểu đồ UC để có cái nhìn tổng thể về hệ thống, giúp đảm bảo sự thống nhất về phạm vi dự án và nâng cao hiệu quả quản lý dự án.

 Quản lý dự án sử dụng biểu đồ UC và tài liệu để chia nhỏ dự án thành tiểu dự án có thể quản lý được

 Thông qua tài liệu UC, các phân tích viên và khách hàng thấy được các chức năng hệ thống sẽ cung cấp

 Thông qua tài liệu UC, người làm tài liệu kĩ thuật có thể bắt đầu viết hướng dẫn sử dụng và kế hoạch huấn luyện sử dụng

Các phân tích viên và nhà phát triển sử dụng biểu đồ trình tự và biểu đồ cộng tác để xác định rõ logic hoạt động của hệ thống, các đối tượng trong hệ thống và luồng thông điệp giữa chúng, giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả hệ thống.

 Đội ngũ kiểm tra chất lượng thu thập thông tin thông qua tài liệu UC và các biểu đồ tương tác để viết mô tả kiểm tra hệ thống

Người phát triển sử dụng biểu đồ lớp và biểu đồ biến đổi trạng thái để có cái nhìn chi tiết về các thành phần của hệ thống Các biểu đồ này giúp phân tích mối quan hệ giữa các phần tử, từ đó tăng cường hiểu biết về cấu trúc và chức năng của hệ thống Việc áp dụng các biểu đồ này là bước quan trọng trong quá trình thiết kế phần mềm, đảm bảo tính rõ ràng và tối ưu hóa quá trình phát triển.

Đội ngũ triển khai sử dụng biểu đồ thành phần và biểu đồ triển khai để xác định các tệp khả thi (exe), tệp DLL và các thành phần khác cần tạo lập Các thành phần này sau đó được phân tích để hiểu rõ cách chúng được triển khai trên mạng, từ đó tối ưu hóa quá trình cài đặt và đảm bảo an toàn hệ thống.

Toàn bộ đội ngũ dự án sử dụng mô hình để đảm bảo khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa yêu cầu hệ thống và mã trình, giúp duy trì sự nhất quán và chính xác trong quá trình phát triển Việc áp dụng mô hình giúp đảm bảo rằng các yêu cầu có thể dễ dàng chuyển đổi thành mã trình và ngược lại, từ đó tối ưu hóa quá trình thiết kế và triển khai hệ thống Điều này góp phần nâng cao hiệu quả làm việc của dự án và đảm bảo sản phẩm cuối cùng đúng với yêu cầu đề ra.

Rose gồm các thành phần chính sau đây: mô hình, phần tử mô hình, module tạo lập ứng dụng, cửa sổ duyệt (browser), cửa sổ lược đồ

Một hệ thống trong Rose được mô hình thông qua bốn mô hình:

 Mô hình use case: cho phép tạo dựng các lược đồ use case, lược đồ tương tác để mô tả hành vi của hệ thống

Mô hình logic là công cụ giúp biểu diễn khung nhìn thiết kế một cách toàn diện, bao gồm cả các yếu tố tĩnh và động Nó cho phép tạo lập các lược đồ lớp, tương tác, trạng thái và gói, từ đó nâng cao khả năng phản ánh chính xác các hướng tiếp cận trong quá trình phát triển hệ thống Việc áp dụng mô hình logic giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế, đảm bảo tính nhất quán và dễ dàng quản lý các thành phần phức tạp của phần mềm.

 Mô hình thành phần: cho phép ta biểu diễn sự thực hiện của hệ thống thông qua các thành phần

Hình 2.2 Màn hình giao diện của Rational Rose

Rose cho phép tạo lập các phần tử mô hình một cách trực quan, mỗi phần tử trong Rose đều có ký hiệu và ngữ nghĩa tuân theo chuẩn UML, giúp người dùng dễ dàng xây dựng và quản lý mô hình phần mềm Người dùng có thể sử dụng các tiêu chuẩn UML theo phương pháp Booch hoặc OMT để đảm bảo tính chính xác và nhất quán trong thiết kế hệ thống Mỗi phần tử trong Rose đều có khả năng lập tài liệu chi tiết và thay đổi giá trị thuộc tính thông qua cửa sổ đặc tả, giúp tối ưu quá trình phân tích và thiết kế hệ thống Hầu hết các phần tử trong UML đều được Thư viện Rose hỗ trợ để dễ dàng tạo ra và chỉnh sửa, nâng cao hiệu quả công việc lập mô hình phần mềm.

- Module tạo lập ứng dụng

Các mô hình trong Rose có thể tham chiếu sang nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau, giúp tương tác linh hoạt giữa các ngôn ngữ và mô hình hóa phần mềm Rose cho phép tạo lập các mô hình từ chương trình nguồn, hỗ trợ các ngôn ngữ phổ biến như Java, Visual Basic, C++, Oracle, DDL, CORBA và phát triển web Tính năng này giúp các nhà phát triển tối ưu hóa quá trình phân tích, thiết kế và chuyển đổi mã nguồn một cách hiệu quả.

Là công cụ duyệt phân cấp cho phép ta quan sát các lược đồ và phần tử mô hình dưới thông qua biểu tượng và tên

Cửa sổ lược đồ trong Rose cho phép người dùng quan sát trực quan từng lược đồ một cách dễ dàng Đây là nơi hiển thị các lược đồ nhằm giúp phân tích dữ liệu hiệu quả Ngoài ra, cửa sổ còn cung cấp chức năng tạo lập lược đồ mới nhanh chóng và thuận tiện, hỗ trợ quá trình trực quan hóa dữ liệu trở nên dễ dàng hơn.

Thử nghiệm UML với bài toán quản lý thư viện

Tiêu đề	Tìm hiểu ngôn ngữ UML (Unified Modeling Language) và ứng dụng
Tác giả	Chu Văn Thức
Người hướng dẫn	ThS. Cao Thanh Sơn
Trường học	Trường Đại Học Vinh
Chuyên ngành	Công Nghệ Thông Tin
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp đại học
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Nghệ An

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	1 MB