Giáo trình Phân tích thiết kế hướng đối tượng - Đặng Văn Đức

Nội dung text: Giáo trình Phân tích thiết kế hướng đối tượng - Đặng Văn Đức

1. Xuất bản năm 2002 Chuyển sang ebook bởi Sinh viên lớp DHTH4LT – Trường ĐH Cơng Nghiệp 10/2009 Phát triển phần mềm bằng UML trang | 1
2. Mục lục CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 7 1.1 LỊCH SỬ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 8 1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 10 1.3 NGUYÊN TẮC QUẢN LÝ ĐỘ PHỨC TẠP 12 1.4 NGUYÊN TẮC MƠ HÌNH HĨA 13 1.5 KHÁI QUÁT VỀ TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM 15 1.5.1 - Các phương pháp mơ hình hĩa hệ thống 15 1.5.2 - Các pha phát triển phần mềm 17 CHƯƠNG 2 KHÁI QUÁT VỀ UML 24 2.1 GIỚI THIỆU UML 24 2.2 MƠ HÌNH KHÁI NIỆM CỦA UML 26 2.2.1 - Phần tử mơ hình trong UML 26 2.2.2 - Các quan hệ trong UML 28 2.2.3 - Kiểu dữ liệu 29 2.2.4 - Biểu đồ UML 29 2.3 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 38 2.3.1 - Khung nhìn UC 38 2.3.2 - Khung nhìn thiết kế 39 2.3.3 - Khung nhìn cài đặt 39 2.3.4 - Khung nhìn triển khai 39 2.3.5 - Khung nhìn tiến trình 40 2.3.6 - Cần bao nhiêu khung nhìn 40 2.4 RATIONAL ROSE LÀ GÌ? 40 2.5 KHẢ NĂNG SỬ DỤNG UML 41 2.6 THỰC HÀNH 41 CHƯƠNG 3 MƠ HÌNH HĨA TRƯỜNG HỢP SỬ DỤNG 44 3.1 PHÂN TÍCH TRƯỜNG HỢP SỬ DỤNG (USE CASE – UC) 44 3.1.1 - UC là gì? 44 3.1.2 - Xây dựng UC để làm gì? 44 3.1.3 - Tìm kiếm UC như thế nào ? 45 3.1.4 - Luồng sự kiện trong UC 48 3.2 BIỂU ĐỒ TRƯỜNG HỢP SỬ DỤNG 50 3.3 THỰC HÀNH 54 3.3.1 - Sử dụng Rational Rose. 54 3.3.2 - Thí dụ: hệ thống bán hàng 60 CHƯƠNG 4 MƠ HÌNH HĨA TƯƠNG TÁC ĐỐI TƯỢNG 63 4.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ TÌM KIẾM ĐỐI TƯỢNG 63 4.2 BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC 63 4.2.1 - Biểu đồ trình tự 64 4.2.2 - Biểu đồ cộng tác 70 4.3 KỸ THUẬT XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC 72 4.4 THỰC HÀNH 75 4.4.1 - Sử dụng Rational Rose 75 4.4.2 - Thí dụ: hệ thống bán hàng (tiếp theo) 83 CHƯƠNG 5 BIỂU ĐỒ LỚP VÀ GĨI 92 5.1 LỚP VÀ TIỀM KIẾM LỚP 92 5.2 BIỂU ĐỒ LỚP 94 5.2.1 - Các loại lớp trong biểu đồ 94 5.2.2 - Stereotype của lớp 95 5.3 GĨI 96 5.4 THUỘC TÍNH LỚP 97 5.4.1 - Tìm kiếm thuộc tính 97 5.4.2 - Đặc tả thuộc tính 98 5.5 THAO TÁC CỦA LỚP 100 Phát triển phần mềm bằng UML trang | 2
3. 5.6 QUAN HỆ 101 5.6.1 - Quan hệ kết hợp 101 5.6.2 - Quan hệ phụ thuộc 104 5.6.3 - Phụ thuộc tụ hợp 105 5.6.4 - Quan hệ khái quát hĩa 106 5.6.5 - Gán đặc tính cho quan hệ 107 5.7 CƠ CHẾ DUY TRÌ ĐỐI TƯỢNG 112 5.8 THỰC HÀNH 115 5.8.1 - Sử dụng Rational Rose 115 5.8.2 - Thí dụ: Hệ thống bán hàng (tiếp theo) 125 CHƯƠNG 6 BIỂU ĐỒ CHUYỂN TRẠNG THÁI VÀ BIỂU ĐỒ HOẠT ĐỘNG 137 6.1 BIỂU ĐỒ CHUYỂN TRẠNG THÁI 137 6.1.1 - Trạng thái 139 6.1.2 - Quá độ 141 6.1.3 - Trạng thái ẩn 142 6.1.4 - Lớp và biểu đồ trạng thái 144 6.2 BIỂU ĐỒ HOẠT ĐỘNG 144 6.2.1 - Trạng thái hành động và trạng thái hoạt động 145 6.2.2 - Quá độ 145 6.2.3 - Rẽ nhánh 145 6.2.4 - Đường dẫn tương tranh 146 6.2.5 - Đường bơi 147 6.2.6 - Luồng đối tượng 147 6.2.7 - Gửi và nhận tín hiệu 148 6.3 THỰC HÀNH 149 6.3.1 - Sử dụng Rational Rose 149 6.3.2 - Thí dụ: Hệ thống bán hàng (tiếp theo) 152 CHƯƠNG 7 BIỂU ĐỒ KIẾN TRÚC VẬT LÝ VÀ PHÁT SINH MÃ TRÌNH 155 7.1 BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN 155 7.1.1 - Thành phần là gì? 155 7.1.2 - Biểu tượng thành phần trong Rational Rose 156 7.1.3 - Phụ thuộc thành phần 157 7.1.4 - Biểu đồ thành phần 158 7.2 BIỂU ĐỒ TRIỂN KHAI 159 7.2.1 - Phần tử mơ hình của biểu đồ 159 7.2.2 - Tiến trình 160 7.3 THỰC HÀNH 160 7.3.1 - Sử dụng Rational Rose 160 7.3.2 - Phát sinh mã trình bằng Rose 164 7.3.3 - Rational Rose và Visual C++ 170 7.3.4 - Thí dụ: Hệ thống bán hàng (tiếp theo) 171 CHƯƠNG 8 VÍ DỤ ÁP DỤNG 184 8.1 KHẢO SÁT TIẾN TRÌNH TÁC NGHIỆP 184 8.2 PHÂN TÍCH LĨNH VỰC 190 8.3 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG. 194 8.3.1 - Xây dựng biểu đồ trường hợp sử dụng (Use Case-UC) 194 8.4 BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC 204 8.4.1 - Tiến trình đặt trước sách để mượn 204 8.4.2 - Tiến trình mượn sách , tạp chí. 206 8.5 BIỂU ĐỒ LỚP. 208 8.6 BIỂU ĐỒ TRIỂN KHAI 209 8.7 THIẾT KẾ GIAO DIỆN 211 CHƯƠNG 9 MÃ TRÌNH PHÁT SINH TRONG ROSE 214 9.1 PHÁT SINH MÃ TRÌNH C++ 214 9.1.1 - Các lớp 214 9.1.2 - Quan hệ kết hợp 216 9.1.3 - Quan hệ phụ thuộc tập hợp 220 Phát triển phần mềm bằng UML trang | 3
4. 9.1.4 - Quan hệ kế thừa 222 9.2 PHÁT SINH MÃ TRÌNH JAVA 222 9.2.1 - Các lớp 223 9.2.2 - Quan hệ kết hợp 224 9.2.3 - Quan hệ phụ thuộc tập hợp 225 9.2.4 - Quan hệ kế thừa 226 9.3 PHÁT SINH MÃ TRÌNH VISUAL BASIC 227 9.3.1 - Các lớp 227 9.3.2 - Quan hệ kết hợp 229 9.3.3 - Quan hệ kế thừa đơn 230 9.4 PHÁT SINH MÃ TRÌNH SQL. 231 9.4.1 - Các lớp 231 9.4.2 - Quan hệ kết hợp 231 9.4.3 - Quan hệ kế thừa 233 Phát triển phần mềm bằng UML trang | 4
5. LỜI NĨI ĐẦU Hệ thống tin học ngày càng phức tạp. Xu thế áp dụng phương pháp hướng đối tượng (phương pháp mới) thay cho phương pháp cấu trúc (phương pháp truyền thống) ngày càng phổ biến khi xây dựng các hệ thống phần mềm lớn và phức tạp. Hơn nữa, từ khi Ngơn ngữ mơ hình hĩa thống nhất (Unified Modeling Language – UML) được tổ chức OMG (Object Management Group) cơng nhận là chuẩn cơng nghiệp thì nĩ đã trở thành cơng cụ phổ dụng và hữu hiệu cho phương pháp mới này. Mục tiêu của tài liệu này nhằm giới thiệu các khái niềm cơ bản về tiếp cận hướng đối tượng và mơ hình hĩa hệ thống phần mềm theo phương pháp hướng đối tượng. Các khái niệm mới được mơ tả, hướng dẫn thực hành thơng qua ngơn ngữ chuẩn UML và phần mềm cơng cụ mơ hình hĩa nổi tiếng Rational Rose của Raitonal Software Corporation. Phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng được sử dụng rộng rãi tại các nước phát triển và bắt đầu được sử dụng tại một số đơn vị tin học tại Việt Nam. Tuy nhiên tài liệu bằng tiếng Việt về lĩnh vực này cịn rất hiếm hoi, khơng đáp ứng nhu cầu hiện tại. Hơn nữa, nhận thức được tầm quan trọng của phương pháp mới này, một số trường đại học đã hình thành mơn học liên quan đến vấn đề nĩi trên cho sinh viên, cịn một số trường khác đang cĩ kế hoạch đưa chủ đề này vào chương trình đào tạo chính khĩa. Chủ điểm của tài liệu được thể hiện dưới gĩc nhìn của người phát triển hệ thống phần mềm, khơng thể hiện dưới gĩc độ quan sát của nhà phương pháp luận. Lựa chọn này xuất phát từ thực tế là từ phương pháp luận hướng đối tượng dẫn đến việc ứng dụng nĩ vào xây dựng phần mềm cụ thể cịn một khoảng cách xa vời và đầy khĩ khăn, đặc biệt với trình độ tin học hiện này nĩi chung cịn chưa cao tại Việt Nam. Với quan điểm này, tài liệu được cấu trúc như sau: Chương mở đầu trình bày khái quát về mơ hình và mơ hình hĩa; các bước xây dưng hệ thống phần mềm và tầm quan trọng của phương pháp hướng đối tượng. Chương tiếp theo giời thiệu ngơn ngữ chuẩn cơng nghiệp UML, một cơng cụ hữu hiệu mơ hình hĩa hệ thống phần mềm. Trong các phần tiếp theo là trình bày kỹ thuật mơ hình hĩa, từ phân tích yêu cầu đến thiết kế hệ thống, kiến trúc hệ thống và cài đặt bằng ngơn ngữ lập trình. Chương cuối cùng là bài học thực nghiệm các kỹ thuật đã trình bày trong các chương trước vào bài tốn cụ thể. Đặc biệt, trong mỗi chương tài liệu đều cĩ phần thực hành trên phần mềm Rational Rose để độc giả cĩ thể áp dụng ngày cơng cụ mới, kỹ thuật mới vào giải quyết vấn đề của riêng họ. Phần phụ lục trình bày một số mã trình trong một vài ngơn ngữ thơng dụng tương ứng với các nhĩm phần tử trong biểu đồ UML Hiện nay phần lớn các bạn sinh viên đại học năm cuối hoặc các kỹ sư tin học mới ra trường đều gặp khĩ khăn khi nhận nhiệm vụ xây dựng hệ thống phần mềm mới hay nâng cấp phần mềm cĩ sẵn. Các bạn thường khơng biết bắt đầu từ đâu và làm như thế nào để cĩ được phần mềm và phần mềm tốt, nĩi cách khác là cịn thiếu phương pháp. Do vậy, quyển sách này cĩ thể là tài liệu tham khảo tốt cho các bạn sinh viên và các kỹ sư tin học. Quyển sách này được hình thành từ nội dung bài giảng của tác giả về chủ đề Phát triển phần mềm hướng đối tượng băng UML cho một số lớp sinh viên đại học. Trong quá trình biên soạn tác giả đã nhận được nhiều ý kiến đĩng gĩp quí báu của các chuyên gia trong lĩnh vực này. Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. TSKH Nguyễn Xuân Huy, CN Ngơ Trung Việt, TS Đặng Thành Phu, TS Đồn Văn Ban, ThS Nguyễn Sơn Hải và các đồng nghiệp khác cơng tác tại Viện Cơng nghệ Thơng tin, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ Quốc gia đã đọc và cho ý kiến sửa chữa bản thảo. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng tài liệu này khơng tránh khỏi các sai sĩt. Tác giả xin chân thành cám ơn mọi ý kiến đĩng gĩp của bạn đọc. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 5
6. Địa chỉ liên lạc: Viện Cơng nghệ Thơng tin, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ Quốc gia. Email: dvduc@ioit.ncst.ac.vn Hà nội, tháng 02 năm 2002 TÁC GIẢ Phát triển phần mềm bằng UML trang | 6
7. CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Phát triển phần mềm ngày càng trở nên phức tạp. Thay đổi giao diện từ các xâu ký tự sang giao diện đồ họa xu thế sự kiện; kiến trúc hệ thống đa tầng khách/chủ; cơ sở dữ liệu (CSDL) phân tán; Internet làm tăng độ phức tạp của hệ thống phần mềm. Thách thức trong hai mươi năm tới của xây dựng hệ thống phần mềm khơng phải là tốc độ thực hiện chương trình, kinh phí hay sức mạnh của nĩ mà vấn đề sẽ là độ phức tạp (Sun Microsystem). Kẻ thù của chúng ta là độ phức tạp, ta phải loại bỏ chúng (Jan Bean). Vậy, loại bỏ độ phức tạp bằng cách nào? Các phương pháp tiếp cận hướng cấu trúc, tiệm cận hướng logic, tiếp cận hướng hướng đối tượng và tiếp cận hướng tác tử để cĩ thể giải quyết vấn đề này nhưng ở mức độ khác nhau. Tổng quát thì việc xây dựng phần mềm phải quan tâm đến tổ chức, các quan hệ và cấu trúc để hình thành được các hành vi phức tạp của hệ thống. Mọi việc khảo sát hệ thống phải được thực hiện với mức độ trừu tượng khác nhau, từ các chi tiết đến tổ chức tổng thể. Do vậy, xây dựng phần mềm là thực hiện dãy tương tác chia nhỏ và hợp nhất. Chia nhỏ để hiểu rõ vấn đề và hợp nhất để xây dựng hệ thống. Tiến trình chia nhỏ (tách) đã cĩ truyền thống và tuân thủ các tiêu chí chức năng. Các chức năng của hệ thống được nhận diện, sau đĩ chúng được tách thành các chức năng con. Tiến trình này được thực hiện lặp đi lặp lại cho đến khi cĩ được các thành phần đơn giản đến mức chúng được biểu diễn trực tiếp bằng các hàm hay thủ tục của ngơn ngữ lập trình (hình 1.1). Cách tiếp cận này được gọi là tiếp cận hướng chức năng (hay cịn gọi là thủ tục, truyền thống). Người phát triển phần mềm sẽ tập trung vào các nhiệm vụ điều khiển và tách thuật tốn lớn thành các thuật tốn nhỏ. Khối chính để hình thành phần mềm ở đây là các hàm hay thủ tục. Chức năng chính Chức năng con 1 Chức năng con 2 Chức năng Chức năng Chức năng Chức năng con 1.1 con 1.2 con 2.1 con 2.2 Hình 1.1 Tiếp cận hướng chức năng Kiến trúc phần mềm được cài đặt theo cách tiếp cận vừa mơ tả trên sẽ phản ảnh các chức năng hệ thống. Tiếp cận trên cơ sở chức năng và cơ chế phân cấp chỉ cho lại kết quả mong muốn khi các chức năng được nhận biết đầy đủ và nĩ khơng được thay đổi theo thời gian. Thực tế lại khơng đúng như vậy vì trong rất nhiều trường hợp, phát triển phần mềm khơng bao giờ kết thúc hồn tồn, luơn cĩ cái gì đĩ phải sửa đổi, nâng cấp. Sửa đổi hay mở rộng hệ thống quá nhiều làm cho chương trình khác xa quan niệm ban đầu. Do đĩ cần phải cĩ phương pháp mới cho khả năng làm chủ được độ phức tạp, giúp quản lý được chất lượng, độ tin cậy phần mềm ngày cả khi cấu trúc bị tách ra hay tiến hĩa. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 7
8. Mở Cửa Phong̀ thang maý Lên tầng 2 Bật đeǹ Đèn Cơng tắc Hình 1.2 Tiếp cận hướng đối tượng Quan điểm hướng đối tượng hình thành trên cơ sở tiếp cận hướng hệ thống, nĩ coi hệ thống như thực thể được tổ chức từ các thành phần mà chỉ được xác định khi nĩ thừa nhận và cĩ quan hệ với các thành phần khác. Phương pháp tách vần đề đang giải quyết để hiểu chúng ở đây khơng chỉ dựa trên cơ sở cái hệ thống làm mà cịn dựa trên việc tích hợp hệ thống là cái gì với hệ thống làm gì. Thí dụ trên hình 1.2 mơ tả các đối tượng và các quan hệ giữa các đối tượng của hệ thống thang máy. Theo cách tiếp cận này thì các chức năng hệ thống được biểu diễn thơng qua cộng tác của các đối tượng; việc thay đổi, tiến hĩa chức năng sẽ khơng ảnh hưởng đến cấu trúc tĩnh của phần mềm. Sức mạnh của tiếp cận hướng đối tượng là việc tách (chia) và nhập (thống nhất) được thực hiện nhờ tập phong phú các cơ chế tích hợp của chúng; khả năng thống nhất cao những cái nĩ đã được tách ra để xây dựng các thực thể phức tạp từ các thực thể đơn giản. Tiếp cận hướng đối tượng đã tỏ rõ lợi thế khi lập trình các hệ thống phức tạp. Những người phát triển phần mềm nhận thấy rằng phát triển phần mềm hướng đối tượng sẽ cho lại phần mềm thương mại chất lượng cao: tin cậy, dễ mở rộng và dễ sử dụng lại, chạy trơn tru, phù hợp với yêu cầu người dùng đang mong đợi. Chúng cịn cho khả năng hồn thành phần mềm đúng kỳ hạn và khơng vượt quá khinh phí dự kiến ban đầu. Ngồi phương pháp cấu trúc và phương pháp hướng đối tượng vừa đề cập trên đây, người ta cịn thấy một số phương pháp khác được các nhà tin học đề xuất cho cơng nghệ phần mềm như tiếp cận hướng logic, tiếp cận hướng tác tử (agent) Phương pháp tiếp cận hướng logic mơ tả quan hệ “logic” giữa tính chất và thuộc tính của các sự kiện nhờ các cơ sở lập luận và luật suy diễn biểu diễn bởi những gợi ý trước. Tiếp cận này hình thành trên cơ sở ngơn ngữ lập trình Prolog. Phương pháp tiếp cận tác tử là kiểu mở rộng của tiếp cận hướng đối tượng. Gần đây nĩ được giới cơng nghiệp rất quan tâm. Các đơn vị cơ sở để phát triển hệ thống ở đây là các tác tử, nĩ là modun phần mềm. Đối tượng được khởi động khi nhận thơng điệp từ bên ngồi và tác tử tích cực làm việc hay khơng phụ thuộc vào mơi trường chứa nĩ. Tuy nhiên, phương pháp hướng đối tượng đang ngày cành được nhiều người sử dụng hơn cả. 1.1 LỊCH SỬ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Khái niệm hướng đối tượng hình thành từ ngơn ngữ lập trình Simula, nhưng nĩ chỉ trở nên quen thuộc khi xuất hiện ngơn ngữ C++ và SmallTalk vào cuối những năm 80 của thế kỳ XX. Sơ đồ trong hình 1.3 chỉ ra thời gian xuất hiện và quan hện của các ngơn ngữ lập trình [OES00]. Trong hình vuơng với gĩc trịn là tên các ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 8
9. Fortran LISP Algol 1960 Cobol PL/1 Simula Smalltalk-72 1970 Prolog Smalltalk-74 Pascal Smalltalk-76 C Smalltalk-78 Loops Smalltalk-80 1980 Objective C Ada C++ ObjectPascal CLOS Eiffel 1990 Ada 9 ObjectCobol Java Hướng đối tượng Khơng hướng đối tượng Hình 1.3 Các ngơn ngữ lập trình Khi các ngơn ngữ hướng đối tượng được sử dụng rộng rãi thì nhu cầu cĩ phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng trở nên cấp bách. Vào đầu những năm 90 của thế kỷ XX đã xuất hiện các phương pháp hướng đối tượng sau đây: Phương pháp Booch, OMT (Object Modeling Technique), OOSE (Object Oriented Software Engineering)/Objectory, Fusion và Coad/Yourdon. Mỗi phương pháp cĩ ký pháp, tiến trình và cơng cụ hỗ trợ riêng. Chúng đều cĩ ưu điểm và nhược điểm riêng. Người sử dụng rất khĩ khăn để chọn cho mình một phương pháp phù hợp. Do nhận biết đươc các vấn đề này, vào năm 1994 các tác giả của các phương pháp này đã hợp tác nhằm tạo ra phương pháp mới. Bắt đầu là sự thống nhất phương pháp Booch với OMT-2 của Rumbagh để hình thành Unified Method 0.8 tại Rational Rose Corporation. Tháng 6 năm 1995, Ivar Jacobson (tác giả của OOSE/Objectory) gia nhập với họ. Từ thời điểm này, nhĩm phát triển phương pháp hướng đối tượng nĩi trên cho rằng nhiệm vụ của họ là tạo ra ngơn ngữ mơ hình hĩa thống nhất cho cộng đồng hướng đối tượng. Do vậy, họ đã đổi tên cơng việc của mình thành Unified Modeling Language – UML (Ngơn ngữ mơ hình hĩa thơng nhất). Booch, Rumbaugh và Jacobson đã đưa ra nhiều phiên bản UML, trong đĩ phiên bản UML 0.9 xuất hiện năm 1995, UML xuất hiện vào năm 1997. Phần lớn UML được xây dựng trên nền tảng của các phương pháp Booch, OMT và OOSE, nhưng UML cịn bao gồm cả các khái niệm cĩ nguồn gốc từ các phương pháp khác như David Harel, Gamma – Helm – Johnson – Vlissides và Fusion. UML cịn là kết quả của sự đĩng gĩp từ các hãng lớn như Digital Equipment Corporation (DEC), Hewlett – Phát triển phần mềm bằng UML trang | 9
10. Packard (HP), I-Logix, Intellicorp, IBM, ICON Computing, MCI Systemhouse, Microsoft, Oracle, Rational Software Corporation, Texas Instrument, Taskon, ObjectTime và Unisys. Phiên bản UML 1.1 đã được đệ trình lên OMG (Object Management tháng 11-1997. Phiên bản UML 1.3 xuất hiện vào năm 1999. Phiên bản UML 1.4 xuất hiện vào tháng 2-2000. 1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Phần này trình bày một số khái niệm cơ bản áp dụng trong phân tích và thiết kế hướng đối tượng. Phương pháp (method). Phương pháp (hay phương thức) là cách thức cấu trúc các suy nghĩ và hành động của con người. Nĩ cho biết chúng ta phải làm cái gì, làm như thế nào, làm khi nào và tại sao phải làm như vậy để hình thành hệ thơng phần mềm. Đối thương (object). Theo nghĩa thơng thường thì đối tượng là người, vật hay hiện tượng mà con người nhằm vào trong suy nghĩ, trong hành động [PHE96]; là bất kỳ cái gì nhìn thầy và sờ mĩ được. Trong phương pháp hướng đối tượng thì đối tượng là trừu tượng cái gì đĩ trong lĩnh vực vấn đề hay trong cài đặt của nĩ; phản ảnh khả năng hệ thống lưu giữ thơng tin về nĩ và tương tác với nĩ; gĩi các giá trị thuộc tính và các dịch vụ (phương thức, phương pháp) [OCAD91]. Lớp (class). Theo nghĩa thơng thường thì lớp là nhĩm của nhiều người hay vật cĩ tính tương tự nhất định hay đặc điểm chung (từ điển Webster’s). Trong phương pháp hướng đối tượng thì lớp là mơ tả một hay nhiều đối tượng, mơ tả tập thống nhất các thuộc tính và phương thức. Nĩ cịn cĩ thể mơ tả cách tạo đối tượng mới trong lớp như thế nào [COAD91]. Trừu tượng (abstract). Trừu tượng là nguyên lý bỏ qua những khía cạnh của chủ thể (subject) khơng liên quan đến mục đích hiện tại để tập trung đầy đủ hơn vào các khía cạnh cịn lại. Như vậy cĩ thể nĩi rằng trừu tượng là đơn giản hĩa thế giới thực một cách thơng minh. Trừu tượng cho khả năng tổng quát hĩa và ý tưởng hĩa vấn đề đang xem xét. Chúng loại bỏ đi các chi tiết dư thừa mà chỉ tập chung và các điểm chính, cơ bản [LIBE98]. Mơ hình (model). Nếu phải xây ngơi nhà thì chắc chắn khơng làm đơn giản là cứ mua gạch, sắt thép về lắp dần đến khi hình thành nhà ở, mà phải cĩ kế hoạch chi tiết và thiết kế trước. Nĩi cách khác là phải xây dựng mơ hình. Tương tự như vậy, trong lĩnh vực phần mềm, mơ hình là kế hoạch chi tiết của hệ thống, nĩ giúp ta lập kế hoạch trước khi xây dựng hệ thống. Mơ hình giúp ta khẳng định tính đúng đắn của thiết kế, phù hợp yêu cầu, hệ thống vẫn giữ vững khi yêu cầu người dùng thay đổi. Phương pháp hướng đối tượng xem một phần của thế giới thực như các đối tượng. Máy điện thoại, xe ơ tơ, con người là các đối tượng. Các đối tượng này lại bao gồm nhiều đối tượng khác như xe ơ tơ cĩ tay lái, bánh xe, con người cĩ tay, chân, mắt, mũi Đối tượng thế giới thực cĩ thế cĩ cấu trúc rất phức tạp, làm cho con người khĩ nhận thức được chúng. Trong cuộc sống hàng ngày ta đơn giản hĩa đối tượng khi suy nghĩ, hay nĩi cách khác ta làm việc với mơ hình. Thí dụ, quả địa cầu là mơ hình của trái đất. Mơ hình chỉ lựa chọn một vài khía cạnh cĩ ý nghĩa cho việc thực hiện cơng việc cụ thể nào đĩ. Chúng cho phép dự đốn, hiểu các khía cạnh của vấn đề đang quan tâm. Thí dụ khi làm việc với đối tượng con người: trong sổ lương cĩ tên, số bảo hiểm xã hội và tiền lương. Nhưng trong sổ điện thoại lại chỉ cĩ tên, số điện thoại và địa chỉ. Vậy, mơ hình là bức tranh hay mơ tả của vấn đề đang được cố gắng giải quyết hay biểu diễn. Mơ hình cịn cĩ thể là mơ tả chính giải pháp. Trong phát triển phần mềm, thay cho đối tượng thực, ta sẽ làm việc với biểu tượng (hình 1.4). Tiến trình phát triển phần mềm là làm giảm một số đặc trưng của đối tượng để hình thành mơ hình: làm giảm độ phức tạp bằng mơ hình trừu tượng. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 10
11. Hình 1.4 Mơ hình thế giời thực Phương pháp luận (methodology). Phương pháp luận mơ tả cách thức suy nghĩ về phần mềm và phát triển phần mềm. Nĩ bao gồm ngơn ngữ mơ hình hĩa metamodel (mơ hình của mơ hình) và tiến trình. Phương pháp luận khác với phương pháp. Phương pháp luận là nghiên cứu phương pháp. Metamodel mơ tả hình thức các phần tử mơ hình, cú pháp và ngữ nghĩa của các ký pháp trong mơ hình. Lĩnh vực vấn đề (domain problem). Mục tiêu của tiếp cận hướng đối tượng là mơ hình hĩa các đặc tính tĩnh và động của mơi trường, nơi xác định yêu cầu phần mềm. Mơi trường này được gọi là lĩnh vực vấn đề. Vấn đề là câu hỏi đặt ra để giải quyết hoặc xem xét. Lĩnh vực là khơng gian (vùng) của các hoạt động hoặc ảnh hưởng. Nĩ là vùng tác nghiệp hay kinh nghiệm của con người trong đĩ phần mềm được sử dụng. Vậy, lĩnh vực vấn đề là vùng mà ta đang cố gắng xem xét. Thí dụ của lĩnh vực vấn đề cĩ thể là tài chính, giáo dục, Phân tích. Phân tích là tách, chia nhỏ tổng thể thành các phần để tìm ra đặc tính, chức năng, quan hệ của chúng (từ điển Webster’s). Khái niệm phân tích trong tiếp cận hướng đối tượng là thực hiện nghiên cứu lĩnh vực vấn đề, dẫn tới đặc tả hành vi quan sát từ ngồi và các thơng báo nhất quán, hồn chỉnh, khả thi của những cái cần [COAD91]. Phân tích hướng đối tượng tập trung vào tìm kiếm, mơ tả các đối tượng (khái niệm) trong lĩnh vực vấn đề. Thí dụ hệ thống thư viện cĩ khái niệm Sách, Thư viện Thiết kế. Là tập tài liệu kỹ thuật tồn bộ, gồm cĩ bản tính tốn, bản vẽ để cĩ thể theo đĩ mà xây dựng cơng trình, sản xuất thiết bị, làm sản phẩm [PHE96]. Khái niệm phân tích trong tiếp cận hướng đối tượng là thực hiện đặc tả các hành vi bên ngồi, bổ sung chi tiết nếu cần thiết để cài đặt hệ thống trên máy tính, bao gồm tương tác người - máy, quản lý nhiệm vụ, quản lý dữ liệu [COAD91]. Thiết kế hướng đối tượng tập trung vào xác định đối tượng phần mềm logic sẽ được cài đặt bằng ngơn ngữ hướng đối tượng. Xây dựng (lập trình) hướng đối tượng: là thiết kết các modun sẽ được cài đặt. Thí dụ lớp Book sẽ được cài đặt bằng C++, Java như thế nào. Mơ hình hĩa (modeling). Khái niệm mơ hình hĩa thường được sử dụng đồng nghĩa với phân tích, đĩ là việc thực hiện tách hệ thống thành các phần tử đơn giản để dễ hiểu. Trong khoa học máy tính, mơ hình hĩa bắt đầu từ mơ tả vấn đề, sau đĩ là mơ tả giải pháp vấn đề. Các hoạt động này cịn được gọi là phân tích và thiết kế. Khi thu thập yêu cầu cho hệ thơng, ta phải tìm ra nhu cầu tác nghiệp của người dùng và ánh xạ chúng thành yêu cầu phần mềm sao cho đội ngũ phát triển phần mềm hiểu và sử dụng được chúng. Tiếp theo là khả năng phát sinh mã trình từ các yêu cầu này, đồng thời đảm bảo rằng các yêu cầu phải phù hợp với mã trình vừa phát sinh và dễ dàng chuyển đổi mã trình ngược lại thành yêu cầu. Tiến trình này được gọi là mơ hình hĩa. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 11
12. Mơ hình hĩa trực quan. Mơ hình hĩa trực quan là tiến trình lấy thơng tin từ mơ hình và hiển thị đồ họa bằng tập các phần từ đồ họa chuẩn. Tiêu chuẩn là cốt lõi để thực hiện một trong các lợi thế của mộ hình trực quan, đĩ là vấn đề giao tiếp. Giao tiếp giữa người dùng, người phát triển, phân tích viên, kiểm tra viên, người quản lý và những người khác tham gia dự án là mục tiêu quan trọng nhất của mơ hình hĩa trực quan. Tương tác này cĩ thể được thực hiện bằng văn bản. Nhờ mơ hình trực quan mà ta cĩ thể chỉ ra các tầng mà hệ thống làm việc, bao gồm tương tác giữa người dùng với hệ thống, tương tác giữa các đối tượng trong hệ thống hay giữa các hệ thơng với nhau. Sau khi tạo mơ hình, ta cĩ thể chỉ ra từng phần quan tâm. Thí dụ, người dùng cĩ thể quan sát tương tác giữa họ với hệ thơng từ mơ hình, phân tích viên quan sát tương tác các đối tượng từ mơ hình, người phát triển sẽ quan sát được đối tượng mà họ sẽ phát triển Các nhà tin học đã rất cố gắng để hình thành ký pháp mơ hình hĩa trực quan. Một số ký pháp quen thuộc là của Booch, OMT và UML. Phần mềm cơng cụ Rational Rose 2000 trợ giúp các ký pháp này. Tĩm lại, lý do cơ bản để mơ hình hĩa là: xây dựng mơ hình để hiểu sâu sắc hơn về hệ thống đang được xây dựng. Chúng ta xây dưng mơ hình cho các hệ thống phức tạp vi ta khơng thể hiểu nĩ như tổng thể. Nhờ mơ hình hĩa ta sẽ đạt được các mục tiêu sau: Mơ hình giúp ta hiển thị hệ thống như chính nĩ hay như cách mà ta muốn nĩ hiển thị. Mơ hình cho phép ta đặc tả cấu trúc hay hành vi hệ thống. Mơ hình cho ta mấu để hướng đẫn trong việc xây dựng hệ thống. Mơ hình giúp ta làm tài liệu cho các quyết định khi phân tích thiết kế hệ thống. 1.3 NGUYÊN TẮC QUẢN LÝ ĐỘ PHỨC TẠP Như đã trình bày trên thì nhiệm vụ quan trọng nhất của người xậy dựng hệ thống phần mềm ngày nay là quản lý được độ phức tạp. Theo Coad và Yourdon [COAD91] thì các nguyên tắc quản lý độ phức tạp của hệ thống trong phân tích và thiết kế hướng đối tượng bao gồm các vấn đề mơ tả dưới đây. Trừu tượng hĩa. Sử dụng nguyên tắc trừu tượng hĩa cĩ nghĩa là thừa nhận thế giới thực là phức tạp; thay vì cố gắng hiểu biết tồn bộ bằng lựa chọn một phần của vấn đề. Trừu tượng bao gồm hai loại chính: trừu tượng thủ tục (procedural) và trừu tượng dữ liệu (data). Trừu tượng thủ tục thường được đặc trưng bởi trừu tượng chức năng/chức năng con. Chia nhỏ tiến trình xử lý thành các bước là phương pháp cơ bản để quản lý độ phức tạp. Tuy nhiên việc chia nhỏ để tổ chức thiết kế là khá tùy tiện và khơng ổn định. Trừu tượng thủ tục khơng phải là hình thức trừu tượng của phương pháp hướng đối tượng. Trừu tượng dữ liệu là cơ chế mạnh, dựa trên cơ sở tổ chức suy nghĩ và đặc tả về các nhiệm vụ của hệ thống. Trừu tượng dữ liệu là nguyên tắc xác định kiểu dữ liệu cho các thao tác áp dụng cho đối tượng, với ràng buộc là các giá trị lưu trữ trong đối tượng chỉ được sửa đổi hay quan sát thơng qua các thao tác đĩ. Người thiết kế áp dụng trừu tượng dữ liệu đễ xác định thuộc tính và phương thức xử lý thuộc tính xâm nhập thuộc tính thơng qua phương thức. Bao bọc (encapsulation). Cịn gọi là dấu thơng tin. Nguyên tắc này dựa trên nền tảng là mỗi thành phần của chương trình được bao bọc hay dấu quyết định thiết kế đơn lẻ. Giao diện tời mỗi mođun được hình thành sao cho ít nhìn thấy các cơng việc bên trong. Bao bọc làm tăng tính sử dụng lại khi phát triển hệ thống mới. Bao bọc các nội dung liên quan với nhau làm giảm lưu lượng giữa các phần của hệ thơng khi hoạt đơng. Kế thừa (inheritance). Cơ chế biểu diễn tính tương tự của các lớp, đơn giản hĩa định nghĩa những lớp tương tự từ các lớp khác đã định nghĩa trước. Nĩ miêu tả tổng quát hĩa và đặc biệt hĩa, tạo ra các thuộc tính và phương thức chung cho các lớp phân cấp. Nguyên tắc này hình thành nền tảng của kỹ thuật biển diễn những cái chung của các lớp. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 12
13. Kết hợp (association). Là hợp nhất hay liên kết các ý tưởng (từ điển Webster’s). Sử dụng kết hợp để gắn một vài phần tử xảy ra vào thời điểm cụ thể hay dưới điều kiện tương tự nhau. Thí dụ, gắn xe cộ vào chủ xe Giao tiếp bằng thơng điệp. Thơng điệp là giao tiếp (viết nĩi) được trao đổi giữa người với người (từ điển Webster’s). Giao tiếp bằng thơng điệp liên quan đến tính bao bọc trong đĩ các chi tiết của hành động sẽ thực hiện được bao bọc trong nơi nhận thơng điệp. Đa hình (polymorphism). Đa hình là các thơng điệp đồng âm được gứi đến các đối tượng của lớp khác nhau để khởi sự những hành vị khác nhau [OEST00]. Ảnh hưởng của phương pháp tổ chức. Bách khoa tồn thư Britannica cho rằng để hiểu thế giới thực, con người sử dụng ba phương pháp tổ chức suy nghĩ như sau: (1) Phân biệt đối tượng cụ thể với các thuộc tính của nĩ; thí dụ, phân biệt cây với kích thước của nĩ hoặc quan hệ khơng gian với các đối tượng khác. (2) Phân biệt giữa tồn bộ đối tượng với thành phần của nĩ; thí dụ, phân biệt cây với cành cây.(3) Phân biệt giữa các lớp đối tượng với nhau; thí dụ, phân biệt lớp cây với lớp đất đá. Cả ba phương pháp tổ chức này được áp dụng và chúng cho cái nhìn rõ ràng hơn trong lĩnh vực vấn đề và trách nhiệm của hệ thống khi tiếp cận hướng đối tượng. Quy mơ (scale). Nguyên tắc áp dụng qui tắc tổng thể-thành phần để quan sát cái gì đĩ rất lớn được gọi là qui mơ. Phân lớp hành vi. Sau khi đã tìm ra ảnh hưởng tổ chức suy nghĩ, ta phải hiểu rõ các hành vi của đối tượng. Hành vi là những phản ứng, cách cư xử biểu hiện ra ngồi. Phân lớp hành vi bao gồm ba loại sau: (a) trên cơ sở tạo ra kết quả tức thì; (b) sự tương tự của lịch sử tiến hĩa (thay đổi theo thời gian) và (c) sự tương tự của các chức năng. Mẫu (pattern). Năm 1977 Christopher Alexander [MULL97] đã đề xuất khái niệm mẫu khi thiết kế hệ thống theo quan điểm hướng đối tượng. Mẫu là tổ hợp đối tượng và lớp. Lợi thế của thiết kế theo mẫu cho phép xử lý các quan niệm về kiến trúc ở mức cao hơn đối tượng vì chúng là cụ thể trong lĩnh vực ứng dụng. Cĩ thể xem mối tương ứng giữa mẫu và các đối tượng như mối tương ứng giữa chương trình con và các dịng lệnh chương trình. Mẫu là đơn vị sử dụng lại trong thiết kế hướng đối tượng. 1.4 NGUYÊN TẮC MƠ HÌNH HĨA Khả năng của con người là cĩ giới hạn khi khảo sát các vấn đề phức tạp như tổng thể. Thơng qua mơ hình hĩa ta sẽ giới hạn vấn đề nghên cứu bằng cách chỉ tập trung vào một khía cạnh của vấn đề vào một thời điểm. Đĩ là quan điểm chia để trị và Edsger Dijkstra đã phát biểu từ vài năm trước đây: Tấn cơng vào vấn đề khĩ bằng cách chia nhỏ nĩ thành dãy các vấn đề nhỏ hơn mà ta cĩ thể giải quyết được. Mơ hình hĩa sẽ làm tăng tri thức của con người. Việc chọn mơ hình đúng cho khả năng mơ hình làm việc ở mức trừu tượng cao. Mơ hình hĩa đã cĩ lịch sử lâu đời trong mọi lĩnh vực kỹ nghệ. Người ta đã rút ra bốn nguyên tắc cơ bản sau [BRJ99]: 1. Việc chọn mơ hình nào để tạo lập cĩ ảnh hưởng sâu sắc đến cách giải quyết vấn đề và cách hình thành các giải pháp. Các mơ hình đúng sẽ làm sáng tỏ vấn đề phát triển phức tạp nhất, cho cái nhìn thấu đáo vấn đề cần giải quyết. Mặt khác, mơ hình tồi sẽ làm ta lạc lối, làm cho ta chỉ tập trung vào các nhiệm vụ khơng thích hợp. Việc chọn mơ hình cho hệ thống phần mềm tác động mạnh đến cách quan sát thế giới. Nếu xây dựng hệ thống theo cách nhìn của người phát triển CSDL thì họ sẽ tập trung vào mơ hình quan hệ thực thể, đẩy hành vi vào trigger (khởi sự hành động) và thủ tục lưu trữ. Dưới con mắt của người phân tích cấu trúc, mơ hình tập trung vào thuật tốn và luồng dữ liệu từ tiến trình này sang tiến trình khác. Dưới con mắt của người phát triển hướng đối tượng, hệ thống cĩ kiến trúc tập trung vào vơ số lớp và các Phát triển phần mềm bằng UML trang | 13
14. mẩu thử tương tác giữa các đối tượng lớp. Một cách tiếp cận trên cĩ thể phù hợp cho mỗi lớp ứng dụng hay thĩi quen phát triển hệ thống. Tuy nhiên kinh nghiệm cho thấy rằng tiếp cận hướng đối tượng là ưu việt nhất cho mọi kiến trúc. Mỗi cách nhìn thế giới sẽ dẫn đến sự khác nhau về giá cả và lợi nhuận của hệ thống được xây dựng. 2. Mỗi mơ hình biểu diễn hệ thống với mức độ chính xác khác nhau. Khi xây dựng nhà cao tầng, đơi khi ta phải đứng xa hàng trăm mét để quan sát tổng thể. Tương tự với các mơ hình phát triển phần mềm, đơi khi ta chỉ cần cĩ mơ hình nhanh, đơn giản về giao diện người dùng; đơi khi lại phải quan sát sâu hơn đến mức các bit khi giải quyết vấn đề tắc nghẽn đường truyền hệ thống. Trong mọi trường hợp nĩi trên thì các loại mơ hình tốt nhất là mơ hình cho phép ta lựa chọn mức độ chi tiết khác nhau, phụ thuộc vào ai sẽ là người quan sát và tại sao họ lại cần quan sát nĩ. Người phân tích và người sử dụng cuối cùng muốn tập trung vào câu hỏi cái gì?, người phát triển sẽ tập trung trả lời câu hỏi như thế nào?. Cả hai muốn biểu diễn hệ thống ở mức độ chi tiết khác nhau và vào thời điểm khác nhau. 3. Mơ hình tốt nhất phải là mơ hinh phù hợp với thế giới thực. Mơ hình càng gần với cách suy nghĩ của ta về thế giới thực thì càng dễ dàng quản lý độ phức tạp. Nếu mơ hình vật lý của ngơi nhà mà khơng đáp ứng cách sử dụng của các vật liệu cĩ trên thị trường thì giá trị của mơ hình đĩ chỉ cĩ hạn. Nếu giả thiết của mơ hình tốn học của con tàu vũ trụ là điều kiện lý tưởng và cơng nghệ hồn hảo thì sẽ loại bỏ các đặc điểm nguy hiểm tiềm tàng của tàu vũ trụ thực. Tốt nhất là phải cĩ mơ hình kết nối rõ ràng với thế giới thực. Mọi mơ hình đều đơn giản hĩa thế giới thực, do vậy phải đảm bảo tiến trình đơn giản hĩa sẽ khơng loại bỏ đi các chi tiết quan trọng. Với phần mềm, trong các kỹ thuật phân tích cấu trúc thì mơ hình phân tích và mơ hình thiết kế hệ thống sẽ được tách biệt nhau. Thiếu cầu nối giữa hại loại mơ hình này, dẫn tới hệ thống sẽ được hiểu và xây dựng khác nhau vào các thời điểm khác nhau. Trong hệ thống hướng đối tượng, cĩ khả năng liên kết mọi quan sát tương đối độc lập vào tồn thể. 4. Khơng mơ hình nào là đầy dủ. Mỗi hệ thống thường được tiếp cận thơng qua tập mơ hình gần như độc lập nhau. Khi xây dựng tịa nhà, khơng cĩ một bản thiết kế nào cĩ thể bộc lộ tồn bộ chi tiết của nĩ. Ít nhất thì ta phải cĩ thiết kế các tầng, thiết kế cầu thang, thiết kế hệ thơng điện, nước, thiết kế hệ thống cứu hỏa, Khái niệm gần như độc lập nhau ở đây cĩ nghĩa rằng các mơ hình này được hình thành và nghiên cứu tách biệt nhưng nĩ vẫn cĩ quan hệ với nhau. Thí dụ, ta cĩ thể thiết kế hệ thơng điện, nước một cách độc lập, nhưng trong quá trình thiết kế này thì phải quan tâm đến thiết kế của các tầng nhà cho nĩ phù hợp. Tương tự trong hệ thống phần mềm hướng đối tượng, để hiểu kiến trúc hệ thống phần mềm ta cần một vài quan sát bổ trợ nhau: quan sát trường hợp sử dụng diễn tả yêu cầu hệ thống, quan sát thiết kế (thu thập từ vựng của khơng gian vấn đề và khơng gian giải pháp), quan sát tiến trình (mơ hình hĩa phân bổ tiến trình và luồng của hệ thống), quan sát cài đặt (tập trung vào hiện thực vật lý của hệ thống), quan sát triển khai (tập trung vào các nhiệm vụ kỹ nghệ của hệ thống). Mỗi quan sát đều cĩ khía cạnh kiến trúc hay hành vi riêng. Tập hợp lại các quan sát này cĩ khả năng biểu diễn được kế hoạch chi tiết của phát triển phần mềm. Phục thuộc vào bản chất của hệ thống mà mỗi mơ hình cĩ tầm quan trọng khác nhau. Thí dụ, với hệ thống quản lý nhiều dữ liệu thì các mơ hình quan sát thiết kế tĩnh sẽ quan trọng hơn. Nếu hệ thống phải cĩ nhiều giao diện người dùng thì các quan sát trường hợp sử dụng tĩnh và động đều rất quan trọng. Hệ thống thời gian thực coi trọng quan sát tiến trình động. Cuối cùng, hệ thống phân tán (các ứng dụng Web) coi mơ hình triển khai và cài đặt là quan trọng nhất. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 14
15. 1.5 KHÁI QUÁT VỀ TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM Hệ thống là tổ hợp phần cứng, phần mềm cung cấp giải pháp cho vấn đề cần giải quyết. Ngày nay, trong khi hệ thống quá phức tạp mà tri thức lại quá chuyên ngành cho nên một người khơng thể biết mọi khía cạnh tác nghiệp. Một người khơng thể hiểu đồng thời mọi vấn đề của hệ thống: từ thiết kế giải pháp, viết mã trình, triển khai trên nền phần cứng đến đảm bảo chắc chắn mọi thành phần phần cứng đều làm việc tốt với nhau. Tiến trình phát triển phần mềm phức tạp phải được nhiều người thực hiện. Trước hết là khách hàng, đĩ là người đưa ra vấn đề cần giải quyết. Phân tích viên làm tài liệu vấn đề của khách hàng và chuyển nĩ tới người phát triển, đĩ là những lập trình viên xây dựng phần mềm để giải quyết, kiểm tra và triển khai nĩ trên các phần cứng. Phát triển phần mềm cĩ thể được thực hiện bằng nhiều con đường khác nhau. Các dự án cĩ thể tuân thủ một trong các loại tiến trình lặp và tăng dần. Mỗi loại cĩ ưu và nhược điểm riêng. 1.5.1 - Các phương pháp mơ hình hĩa hệ thống 1.5.1.1 - Mơ hình thác nước Từ đã lâu, hệ thống phần mềm thường được mơ hình hĩa theo phương pháp thác nước (waterfall). Phương pháp này được Royce mơ tả từ năm 1970 (hình 1.5). Trong mơ hình này phát triển phần mềm là dãy các pha liên tiếp từ phân tích yêu cầu, thiết kế hệ thống, phát triển hệ thống đến thử nghiệm và triển khai hệ thống. Pha sau chỉ được bắt đầu khi pha trước đã hồn thành. Phân tích Thiết kế Viết chương trình Thử nghiệm Hình 1.5 Mơ hình thác nước Để xây dựng được hệ thống phần mềm ta phải mơ tả được vấn đề (problem) và yêu cầu (requirement) của khách hàng bằng trả lời các câu hỏi như vấn đề của hệ thống là gì? và hệ thống cần phải làm gì?. Pha phân tích của tiến trình tập trung vào việc điều tra vấn đề thay cho việc tìm ra giải pháp. Thí dụ, khi xây dựng hệ thống quản lý thư viện thì phân tích cĩ nghĩa là tìm kiếm tiến trình tác nghiệp nào liên quan đến việc sử dụng nĩ. Để cĩ tài liệu phân tích đầy đủ và đúng đắn thì phải phân tích lĩnh vực vấn đề. Lĩnh vực vấn đề là khu vực tác nghiệp của con người, trong đĩ phần mềm được xây dựng. Thí dụ, hệ thống phần mềm thư viện trong trường học lĩnh vực là giáo dục, sinh viên Pha thiết kế tập trung vào giải pháp logic, thí dụ phải trả lời câu hỏi hệ thống đang xây dựng thực hiện các yêu cầu và các ràng buộc như thế nào?. Trong hệ thống quản lý thư viện thì pha này thực hiện trả lời câu hỏi thu thập, ghi chép việc mượn, trả sách hay tạp chí như thế nào?. Pha cài đặt (viết trương trình) tập trung vào mà hĩa trương trình. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 15
16. Phân tích Kiểm tra chức năng Thiết kế Kiểm tra tích hợp Viết chương trình Kiểm tra mơ đun Chương trình ứng dụng hình 1.6 Mơ hình chữ “V” Những người tham gia vào xây dựng hệ thống phần mềm như khách hàng, phân tích viên, lập trình viên theo phương pháp thác nước rất ít khi cùng làm việc với nhau để chia sẽ các hiểu biết sâu sắc vấn đề đang giải quyết. Do vậy họ mất rất nhiều thời gian để xây dựng được hệ thống phần mềm. Chu kỳ thác nước cịn được biểu diễn dưới dạng chữ V (hình 1.6), trong đĩ pha kiểm tra được thực hiện đồng thời với các pha phát triển khác. Thí dụ, kiểm tra chức năng được thực hiện trong quá trình phân tích, kiểm tra tích hợp trong pha thiết kế, kiểm tra mođun trong pha mã hĩa chương trình. 1.5.1.2 - Mơ hình lặp và tăng dần Mơ hình thác nước khơng cho ta đi ngược lại chuỗi trình tự phát triển phần mềm như trình bày trên. Bắt đầu dự án, theo mơ hình này thì ta phải xác định tồn bộ yêu cầu, nĩ được thực hiện thơng qua bàn bạc với người sử dụng hệ thống và khảo sát chi tiết các tiến trình tác nghiệp. Thực tế thì khi kết thúc cơng việc, may mắn lắm chỉ 80% nhu cầu hệ thống là được thu thập trong pha phân tích. Tiếp theo là pha thiết kế, nơi kiến trúc hệ thống sẽ được xác định. Pha này tập trung vào những nhiệm vụ như đặt chương trình ở đâu, cần phần cứng nào Trong khi thực hiện cơng việc này, ta cĩ thể tìm ra một số nhiệm vụ mới (nhu cầu mới) của hệ thống. Do đĩ, xuất hiện nhu cầu đi trở lại người sử dụng để trao đổi, bàn bạc về nĩ; cĩ nghĩa rằng chúng ta phải trở lại pha phân tích. Sau khi đi lại vài lần như vậy ta mới chuyển đến pha phát triển để bắt đầu lập trình hệ thống. Khi mã hĩa chương trình, ta phát hiện ra rằng một vài quyết định khi thiết kế là khơng thể cài đặt. Vậy ta lại phải trở lại pha thiết kế xem xét lại các nhiệm vụ. Sau khi mã hĩa xong, pha kiểm tra bắt đầu. Trong khi kiểm tra ta nhận thấy rằng một vài yêu cầu chưa đủ chi tiết, giải thích nhầm lẫn cĩ thể xảy ra. Vậy ta phải quay trở lại pha phân tích để xem xét lại yêu cầu. Sau vài lần lặp ta mới cĩ được hệ thống hồn chỉnh và phân phát cho người sử dụng. Tác nghiệp cĩ thể thay đổi theo thời gian khi xây dựng hệ thống. Người sử dụng cĩ thể phàn nàn về sản phẩm ta làm ra khơng hồn tồn như họ mong đợi. Nguyên nhân cĩ thể là: vấn đề tác nghiêp (bussiness) thay đổi quá nhanh; người sử dụng khơng truyền đạt đúng cái họ muốn; đội ngũ dự án khơng tuân thủ tiến trình Đội ngũ phát triển thường lập ra các biểu đồ và vơ số tài liệu, văn bản, nhưng người dùng khơng phải lúc nào cũng hiểu cái mà đội ngũ phát triển cung cấp cho họ. Giải pháp nào để tránh các vấn đề này? Câu trả lời là mơ hình hĩa trực quan cĩ thể giúp họ. Phát triển phần mềm là tiến trình phức tạp. Nếu bỏ qua khả năng quay trở lại các bước thực hiện trước đĩ thì thiết kế hệ thống cĩ thể sai làm và thiếu sĩt nhu cầu. Để cĩ thể đi ngược lại các bước phát triển hệ thống phần mềm ta cĩ phương pháp mới, phương pháp phát triển lặp (iterative). Phát triển lặp là làm đi làm lại việc gì đĩ. Trong phương pháp này ta sẽ đi qua các bước phân tích, thiết kế, phát triển, kiểm tra và triển khai phần mềm theo từng bước nhỏ nhiều Phát triển phần mềm bằng UML trang | 16
17. lần. Cần nhớ rằng khơng cĩ khả năng thu thập đầy đủ mọi yêu cầu vào cơng đoạn đầu tiên của dự án. Các vấn đề cĩ thể nảy sinh, vậy ta phải lập kế hoạch lặp trong dự án. Theo quan niệm này thì dự án được coi là dãy các thác nước nhỏ. Mỗi thác nước được thiết kế sao cho đủ lớn để hồn thành thiện từng bộ phận quan trọng của dự án và đủ nhỏ để tối thiểu nhu cầu đi trở lại. Hình 1.7 [MULL97] cho thấy mỗi chu kỳ lặp là một vịng đời thác nước nhỏ. Vịng lặp sau được hình thành trên cơ sở tiến hĩa của vịng lặp trước đĩ. Như vậy, các pha truyền thống được lặp đi lặp lại và tăng dần. Trong phương pháp này, phân tích viên, người thiết kế, người lập trình hợp tác làm việc để hiểu biết sâu sắc hệ thống, chi sẻ các ý tưởng mới dẫn tời xây dựng được hệ thơng mạnh, phức tạp hơn. Phân tích Thiết kế Mã hĩa Tích hợp Hình 1.7 Mơ hình lặp và tăng dần Cĩ nhiều biết thể của chu kỳ lặp. Các chu kỳ lặp này được hình thành trên cơ sở phạm vi của dự án, độ phức tạp của vấn đề và các lựa chọn kiến trúc. Thí dụ, chu kỳ lặp hình chữ b của Birrel N.D và Ould M.A. (1985) tập trung vào pha bảo trì hệ thống, được áp dụng cho các dự án trung bình; chu kỳ lặp hình chữ O của Boehm B.M (1988) bao gồm lặp cơng việc phân tích và thiết kế. Mơ hình này cho khả năng các nhĩm thực hiện song song dự án. 1.5.2 - Các pha phát triển phần mềm Khơng cĩ tiến trình phát triển phần mềm nào là phù hợp cho mọi dự án, mọi lĩnh vực ứng dụng [MULL97]. Phần này mơ tả tiến trình phát triển phần mềm tổng quát, mỗi dự án phải thích nghi chúng với các ràng buộc riêng. Phát triển phần mềm được quan sát từ hai gĩc độ bổ trợ nhau. Đĩ là, gĩc độ hỗ trợ bao gồm các khía cạnh tài chính, chiến lược, thị trường và con người và gĩc độ kỹ thuật bao gồm kỹ nghệ, kiểm tra chất lượng và phương pháp mơ hình hĩa. 1.5.2.1 - Khía cạnh kỹ thuật trong tiến trình phát triển phần mềm Gĩc nhìn kỹ thuật tập trung vào triển khai và tổ chức các hoạt động kỹ thuật để dẫn tời sản sinh các thế hệ phần mềm khác nhau. Như trình bày trên, chu kỳ phát triển được xem như trình tự các lặp, thơng qua nĩ mà phần mềm tiến triển dần. Kết quả của mỗi vịng lặp là chương trình cĩ thể chạy được (khả thực). Nội dung của lặp phải cĩ ích cho tiến trình phát triển và cho người sử dụng. Một số kết quả của lặp chỉ được sử dụng nội bộ tiến trình phát triển, một số khác được sử dụng để thể hiện trạng thái tiến triển. Từ lặp này đến lặp khác, chương trình sẽ được bổ sung các chức năng mới và chất lượng của nĩ đươc nâng cao cho đến một vịng lặp nào đĩ sẽ sản sinh ra thế hệ thứ nhất của phần mềm. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 17
18. Lặp Kết quả Pha Lặp Khảo sát khởi đầu Makét khả thi Lặp kiến trúc Bản mẫu kiến trúc Chi tiết Lặp kiến trúc Bản mẫu kiến trúc Lặp phát triển Bản mẫu phát triển Lặp Xây dựng phát triển Bản mẫu phát triển Lặp phát triển Bản beta Lặp chuyển giao Bản beta Chuyển giao Lặp chuyển giao Thế hệ phần mềm Hình 1.8 Tiến trình phát phần mềm Các hoạt động truyền thống khơng được thực hiện trình tự như trong chu kỳ phát triển thác nước, nĩ được phân bổ vào các lặp khác nhau. Mỗi lặp bao gồm lập kế hoạch, phân tích, thiết kế, cài đặt, thử nghiệm và tích hợp. Chương trình khả thực là kết quả của các bước lặp được gọi là bản mẫu (prototype). Bản mẫu là tập con của một ứng dụng, nĩ được sử dụng để hình thành các yêu cầu hay đánh giá hiệu quả của cơng nghệ lựa chọn. Bản mẫu ngày càng phong phú thơng qua mỗi bước lặp. Thơng thường, bản mẫu thứ nhất chỉ cĩ một mục đích là chưng minh quan niệm ứng dụng. Nĩ được hình thành càng nhanh càng tốt, đơi khi bỏ qua tiêu chuẩn chất lượng thơng thường. Bản mẫu này thường được gọi là mơ hình hay maket. Các bước lặp áp chĩt sẽ phát sinh các phiên bản beta, nĩ được gửi đến nhĩm người sử dụng thử nghiệm. Phiên bản chính thức cũng là bản mẫu như các bản mẫu khác (hình 1.8) [MULL97]. Nĩ được xem như bản mẫu cuối cùng của thế hệ phần mềm đang phát triển và là bản mẫu đầu tiên của thế hệ phần mềm tiếp theo. 1.5.2.2 - Quản lý rủi ro trong tiến trình phát triển lặp Như trong mọi hoạt động khác của con người, phát triển phần mềm phải tuân thủ luật chia sẻ rủi ro. Phân tích rủi ro bao gồm đánh giá dự án, cơng nghệ và tài nguyên để xác định, hiểu rõ bản chất của rủi ro và quan hệ giữa chúng phải được mơ tả vắn tắt để mọi thành viên trong dự án biết chúng. Rủi ro phải được lượng hĩa và phải biết rằng nĩ cĩ thể hay khơng cĩ thể loại bỏ. Khơng được mơ tả thiếu rõ ràng trong tài liệu như “Hệ thống cần đủ nhanh” hay “Bộ nhớ cần đủ lớn” Rủi ro của dự án được chia thành bốn nhĩm như sau đây: Rùi ro về thương mại: Cĩ thể thu thập đầy đủ thơng tin cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường? Rủi ro về tài chính: Nhà đầu tư phát triển phần mềm cĩ đủ kinh phí để hồn thành dự án? Rủi ro về kỹ thuật: Nền tảng cơng nghệ vững chắc và đã được thử thách? Phát triển phần mềm bằng UML trang | 18
19. Rủi ro về phát triển: Đội ngũ phát triển cĩ đủ kinh nghiệm? Họ cĩ làm chủ hồn tồn cơng nghệ đang sử dụng? Tuy nhiên, luơn nhớ rằng cái rủi ro lớn nhất là khơng biết được rủi ro xảy ra ở đâu. Nhiệm vụ quản lý rủi ro là phải lập kế hoạch làm giảm rủi ro, sau đĩ là thực hiện kế hoạch này. 1.5.2.3 - Khía cạnh hỗ trợ tiến trình phát triển phần mềm Từ gĩc nhìn hỗ trợ, phát triển phần mềm được thực hiện trong bố pha: Khảo sát khả thi hay khởi đâu (inception), chi tiết (elaboration), xây dựng (construction) và chuyển giao (transition). Chu kỳ phát triển phần mềm từ gĩc độ này được mơ tả trên hình 1.8. Hình này cịn cho thấy quan hệ giữa hai gĩc nhìn khác nhau: gĩc nhìn hỗ trợ và gĩc nhìn kỹ thuật. Dưới đây là mơ tả các pha phát triển phần mềm từu gĩc nhìn hỗ trợ. Pha khởi đầu (hay khảo sát khả thi). Pha này bao gồm khảo sát thị trường, đặc tả sản phẩm cuối cùng, xác định phạm vi dự án. Khởi đầu là bắt đầu dự án, từ khi ai đĩ cho rằng nếu cĩ hệ thống phần mềm mới để giúp đỡ cơng việc của họ thì tốt hơn. Tiếp theo là ai đĩ nghiên cứu ý tưởng. Người quản lý (khách hàng) hỏi bao lâu thì cĩ phần mềm? Kinh phí là phần mềm là bao nhiêu? Tính khả thi của dự án thế nào? Tiến trình tìm ra các câu trả lời cho các câu hỏi này thuộc pha khởi đầu. Khảo sát thị trường khơng phải là cơng việc của các kỹ sư phần mềm mà là cơng việc của chuyên gia khảo sát thị trường và phân tích cạnh tranh. Họ cố gắng đánh giá việc xây dựng hệ thống phần mềm mới hay nâng cấp phần mềm cĩ sẵn cĩ kinh tế khơng, giúp các cơng ty xác định các ưu, nhược điểm. Cơng việc đầu tiên ở đây là hình dung bức tranh tổng quát của sản phẩm để dễ dàng nhận ra và tách các thành phần cho pha chi tiết. Theo E. Morel thì bức tranh này được mơ tả như sau: Bức tranh sản phẩm = Cái gì + Cho ai + Giá bao nhiêu trong đĩ, Cái gì muốn đề cập đến các đặc trưng tơng thể về sản phẩm; Cho ai xác định khách hàng sử dụng sản phẩm và Giá bao nhiêu dự báo giá của mỗi sản phẩm mà người sử dụng cĩ thể chấp nhận. Thơng thường phải xây dựng bản mẫu khái niệm cho pha khảo sát khả thi để đánh giá tính rủi ro của các chức năng phần mềm, sức mạnh và độ phức tạp của hệ thống, cơng nghệ mới sẽ áp dụng. Từ đĩ mà các quyết định về quan niệm sản phẩm được hình thành. Loại bản mẫu này khơng cần tuân thủ các quy luật phát triển phần mềm thơng thường như độ tin cậy cao hay tốc độ xử lý phải nhanh. Đĩ chỉ là maket hệ thống, mã trình của nĩ sẽ khơng đĩng vai trị gì trong sản phẩm cuối cùng. Từ đây, tính rủi ro của dự án được nhận biết và pha khảo sát thì sẽ tiếp tục cố gắng đánh giá kinh phí cho dự án và lợi nhuận sẽ đem lại. Dự báo kinh phí luơn là cơng việc khĩ khăn. Số liệu của dự báo ban đầu sẽ khơng bao giờ đúng, chỉ cĩ được số liệu đúng khi kết thúc phát triển hệ thống. Do vậy, việc dự báo này thường được hiệu chỉnh dần dần trong nhiều bước khác. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 19
20. Độ tin cậy của dự báo Kinh phí thực tế Độ chính xác của dự báo Thời gian Khỏa sát Chi tiết Xây dựng Chuyển giao khả thi Hình 1.9 Độ tin cậy của dự báo kinh phí dự án Với các dự án nhỏ, khảo sát khả thi thường chỉ giới hạn bởi danh sách yêu cầu phần mềm. Với các dự án trung bình (thực hiện khoảng một năm) thì pha khảo sát khả thi sẽ thực hiện trong khoảng một tháng, bao gồm cả việc xây dựng maket. Với các dự án lớn, việc xây dựng maket cĩ thể là một dự án con và nĩ cũng cĩ các bước thực hiện như mơ tả trên. Pha chi tiết. Pha chi tiết bắt đầu bằng phân tích yêu cầu và mơ hình hĩa lĩnh vực. Nĩ cĩ nhiệm vụ lựa chọn kiến trúc, làm giảm mức độ rủi ro của dự án, cuối cùng là xác định được kế hoạch đầy đủ cho các nhiệm vụ phát triển hệ thống phần mềm. Tham gia vào pha này bao gồm kiến trúc sư hệ thống, chuyên gia lĩnh vực, người sử dụng, đại diện của nhĩm kiểm tra chất lượng và thử nghiệm, người viết tài liệu, chuyên gia về các cơng cụ phát triển phần mềm. Phân tích yêu cầu được thực hiện trên cơ sở khảo sát các trường hợp sử dụng. Các trường hợp sử dụng được mơ tả theo khái niệm khách hàng, cĩ thể khác xa với hình thức mơ tả của kỹ nghệ phần mềm. Các phân tích viên cĩ nhiệm vụ chuyển đổi chúng sang hình thức gần máy tính hơn, thí dụ, chuyển đổi trường hợp sử dụng sang cộng tác của các đối tượng trong lĩnh vực ứng dụng. Đĩ là các đối tượng trong thế giới thực, cơng tác với nhau để hình thành các chức năng trong trường hợp sử dụng. Người sử dụng vẫn cĩ thể hiểu rõ trên hình thức biểu diễn này. Hình 1.10 là thí dụ về cài đặt trường hợp sử dụng Bán hàng bằng ba đối tượng hợp tác là khách hàng, người bán hàng và xe ơ tơ. Người sử dụng Kỹ sư phần mềm Bán hàng: Bán hàng: Trường hợp sử dụng Cộng tác > > Khách hàng > Xe ơ tơ Nhân viên bán hàng Hình 1.10 Cài đặt trường hợp sử dụng Phát triển phần mềm bằng UML trang | 20
21. Pha chi tiết cho lại các sản phẩm sau đây: Mơ tả hành vi hệ thống dưới hình thức trường hợp sử dụng (use case), ngữ cảnh hệ thống, các tác nhân (người sử dụng hệ thống), các kịch bản ứng dụng và mơ hình các lớp ứng dụng. Với dự án trung bình thì cĩ thể bao gồm hàng chục trường hợp sử dụng, khoảng 100 kịch bản chính, vài trăm kịch bản phụ và khoảng từ 50 đến 100 lớp lĩnh vực. Kiến trúc, tài liệu mơ tả kiến trúc, mơ tả rủi ro. Kế hoạch đầy đủ cho phát triển trong dự án. Kế hoạch chi tiết cho các vịng lặp, tiêu chí đánh giá, danh sách yêu cầu cho mỗi vịng lặp và kết quả cảu kiểm tra chất lượng. Cĩ thể bao gồm các bản thảo của tài liệu hướng dẫn sử dụng. Thời gian thực hiện pha chi tiết rất khác nhau trong từng dự án, nĩ phụ thuộc vào loại ứng dụng và cơ sở hạ tầng lựa chọn cho nĩ. Thí dụ, nếu dự án thực hiện trong một năm thì pha này sẽ kéo dài từ hai đến bốn tháng. Khơng nên đánh giá quá nhiều thời gian để cĩ được phân tích hồn hảo. Nên chuyển dần sang giai đoạn tiếp theo khi đã khảo sát khoảng 80% kịch bản chính. Khơng nên đi quá chi tiết khi khảo sát kịch bản để tránh việc mất đi tính trừu tượng trong giải pháp. Pha xây dựng. Pha xây dựng đề cập đến tiến trình phát triển và kiểm tra phần mềm. Pha xây dựng tương ứng với triển khai các vịng lặp. Mỗi vịng lặp ở đây cho lại một mẫu khả thực ổn định, đầy đủ. Đĩ là những phiên bản đầu tiên của phần mềm. Việc cài đặt lặp bao gồm các hoạt động như sau: Nhận ra các kịch bản hồn chỉnh hay sử dụng lại trong vịng lặp trên cơ sở khảo sát các rủi ro và kết quả của vịng lặp trước đĩ; giao nhiệm vụ cụ thể cho đội ngũ phát triển để hồn thiện vịng lặp; xác định tiêu chí đánh giá, vị trí kiểm tra và hạn định; tập hợp lại tài liệu người sử dụng và tài liệu triển khai. Pha xây dựng kết thúc khi hồn thiện phần mềm và được kiểm nghiệm. Phải đảm bảo rằng phần mềm đồng bộ với mơ hình. Với dự án nhỏ, pha xây dựng kéo dài từ hai đến ba tháng. Trong các nước phát triển, dự án hướng đối tượng trung bình được thực hiện trong khoảng một năm với năm hay sáu nhân viên thì pha xây dựng chiếm từ sáu đến chín tháng. Với dự án lớn thì mỗi tiểu hệ được xem như dự án con và chúng cũng cĩ các vịng lặp riêng. Pha chuyển giao. Pha chuyển giao bắt đầu khi sản phẩm phần mềm hồn thiện được chuyển đến cộng đồng người sử dụng. Mức độ phức tạp của pha này phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể. Pha chuyển giao bao gồm sản xuất hàng loại, vận chuyển, cài đặt, huấn luyện, hỗ trợ kỹ thuật và bảo trì. Tham gia vào pha này bao gồm một vài người từ đội ngũ phát triển và thử nghiệm chương trình, kiến trúc sư hệ thống làm việc bán thời gian và người cĩ trách nhiệm cập nhật tài liệu. Nhân viên hỗ trợ kỹ thuật, nhân viên bán hàng, quảng cáo sẽ thực hiện việc kiểm tra. Trong pha chuyển giao, cơng việc phát triển phần mềm hầu như đã hồn thành. Mọi sản phẩm đều đạt tời mức chín muồi để cung cấp rộng rãi đến người quản lý dự án và người sử dụng. Người sử dụng sẽ được cung cấp: phiên bản beta và phiên bản cuối cùng của chương trình khả thực; tài liệu hướng dẫn sử dụng, tài liệu triển khai và cài đặt. Người quản lý dự án được cung cấp: cĩ mơ hình hệ thống cuối cùng; tiêu chí đánh giá cho mỗi vịng lặp; mơ tả việc phân phối sản phẩm; kết quả của kiểm tra chất lượng và các kinh nghiệm rút rra từ thực hiện dự án. 1.5.2.4 - Phân bổ hoạt động trong các pha phát triển phần mềm Mỗi hoạt động phát triển phần mềm là khác nhau trong các pha phát triển. Khơng cĩ sự tương ứng một – một giữa các pha dưới gĩc nhìn hỗ trợ với các pha cổ điển của chu kỳ thác nước. Các hoạt động như phân tích, triển khai trải dài trên nhiều pha từ gĩc nhìn hỗ trợ. Các hoạt động dược Phát triển phần mềm bằng UML trang | 21
22. phân bổ giữa các chu kỳ, điểm bắt đầu và kết thúc của chúng khơng tương ứng với các giới hạn các pha từ gĩc nhìn hỗ trợ (hình 1.11). Khởi đầu Chi tiết Xây dựng Chuyển giao Lập kế hoạch 15% Phân tích 15% Kiến trúc 15% Lập trình 30% Bảo trì 5% Thử nghiệm 15% Quản lý sự thay đổi 10% Lặp Lặp Lặp Lặp Lặp Lặp Lặp ban đầu #1 #2 #n #n + 1 #n + 2 #m Cơng sức 5% 20% 65% 10% Thời gian 10% 30% 50% 10% Hình 1.11 Sơ đồ các pha phát triển phần mềm Sơ đồ trên hình 1.11 cho ta thấy: Kế hoạch thực hiện trong các pha phát triển. Cơng việc phân tích được thực hiện chủ yếu trong pha chi tiết, một phần của nĩ được thực hiện trong pha khảo sát khả thi và pha xây dựng. Phần lớn kiến trúc được xác định trong pha chi tiết. Việc viết mã trình (bao gồm cả thử nghiệm các modun) bắt đầu từ pha chi tiết và được thực hiện trong tồn bộ pha cài đặt. Việc bảo trì được xác định ngay từ phiên bản đầu tiên của phân mềm, thơng thường nĩ bắt đầu trong pha chi tiết. Thử nghiệm và kiểm tra chất lượng trả dài suốt tồn bộ các pha và áp dụng cho mọi bản mẫu chương trình. Quản lý sự thay đổi (phiên bản và cấu hình) lưu trữ lịch sử tồn bộ dự án. Dãy số bên phải hình 1.11 thể hiện phân bổ cơng sức thực hiện các hoạt động của một dự án phát triển phần mềm hướng đối tượng do năm nhân viên thực hiện trong khoảng một năm. Các hoạt động đĩ bao gồm: Lập kế hoạch: bao gồm các hoạt động thí điểm dự án, kế hoạch phát triển quản lý các tài nguyên dự án. Phân tích: Bao gồm phát triển mơ hình đối tượng và mơ hình người sử dụng, đặc tả tổng thể về dự án, mơ tả các tiêu chí đánh giá. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 22
23. Kiến trúc: bao gồm viết mã trình cơ sở, thiết kế tổng quan về ứng dụng và xây dựng cơ chế chung Cài đặt: Nhĩm tồn bộ thiết kế chi tiết, viết mã trình và kiểm tra các mođun chương trình. Thử nghiệm và đánh giá: Bao gồm các hoạt động chứng minh rằng phần mềm phù hợp với mục tiêu ban đầu và các tiều chí đánh giá. Quản lý thay đổi: Lưu trữ trạng thái kết quả của các giai đoạn phát triển. Các dãy số phía dưới hình 1.11 chỉ ra phân bố cơng sức và thời gian cho các pha phát triển phần mềm của một dự án cỡ trung bình. Chính bản thân Ngơn ngữ mơ hình hĩa trực quan UML khơng định nghĩa tiến trình phát triển phần mềm, nhưng UML và phần mềm cơng cụ Rational Rose (cịn gọi tắt là Rose) được sử dụng cĩ hiệu quả trong một số cơng đoạn của tiến trình phát triển phần mềm. Khi bắt đầu dự án, trong pha khảo sát khả thi, Rose được sử dụng để phát sinh mơ hình trường hợp sử dụng. Trong pha chi tiết, Rose được sử dụng đễ xây dựng biểu đồ trình tự và biểu đồ cộng tác, chỉ ra các đối tượng tương tác với nhau như thế nào. Biểu đồ lớp được xây dựng trong Rose để thấy sự phụ thuộc vào nhau của các đối tượng. Trong giai đoạn đầu của pha xây dựng, biểu đổ thành phần được hình thành nhờ Rose để chỉ ra sự phụ thuộc của các thành phần trong hệ thống và cho ta khả năng phát sinh mã trình cơ bản. Trong suốt pha xây dựng, Rose cho ta khả năng chuyển đổi ngược mã trình thành mơ hình để tích hợp mọi sự thay đổi trong quá trình phát triển. Trong pha chuyển giao, Rose được sử dụng để cập nhật các mơ hình được tạo lập ra cho dự án. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 23
24. CHƯƠNG 2 KHÁI QUÁT VỀ UML UML là ngơn ngữ mơ hình hĩa, trước hết nĩ là mơ tả ký pháp thống nhất, ngữ nghĩa và các định nghĩa về metamodel (mơ tả định nghĩa chính ngơn ngữ mơ hình hĩa), nĩ khơng mơ tả về phương pháp phát triển. UML được sử dụng để hiển thị, đặc tả, xây dựng và làm tài liệu các vật phẩm (artifacts) của phân tích quá trình xây dựng hệ thống phần mềm theo hướng đối tượng. UML được sử dụng cho mọi tiến trình phát triển phần mềm, xuyên suốt vịng đời phát triển và độc lập với các cơng nghệ cài đặt hệ thống. 2.1 GIỚI THIỆU UML UML là ngơn ngữ chuẩn để viết kế hoạch chi tiết phần mềm. Nĩ phù hợp cho việc mơ hình hĩa các hệ thống như hệ thơng tin doanh nghiệp, các ứng dụng phân tán trên nền Web, hệ thơng nhúng thời gian thực Các khung nhìn của ngơn ngữ được quan sát từ gĩc độ phát triển và triển khai hệ thống, nĩ khơng khĩ hiểu và dễ sử dụng. UML là ngơn ngữ mơ hình được cả con người và máy sử dụng. Nhớ lại rằng phương pháp là cách cấu trúc rõ ràng suy nghĩ và hành động của ai đĩ. Phương pháp cho người sử dụng biết làm cái gì, làm như thế nào, khi nào làm việc đĩ và tại sao lại làm như vậy. Phương pháp chứa mơ hình và các mơ hình này đươc sử dụng để mơ tả cái gì đĩ. Sự khác nhau chủ yếu của phương pháp và ngơn ngữ mơ hình hĩa là ngơn ngữ mơ hình hĩa thiếu tiến trình cho biết làm cái gì, làm như thế nào, khi nào làm việc đĩ và tại sao lại làm nhu vậy. Như mọi ngơn ngữ mơ hình hĩa khác, UML cĩ ký pháp (các biểu tượng sử dụng trong mơ hình) và tập các luật sử dụng nĩ. Các luật bao gồm cú pháp, ngữ nghĩa và pragmatic (luật hình thành câu cĩ nghĩa). Cần chú ý rằng ngay cả khi nắm chắc ngơn ngữ UML, khơng cĩ gì đảm bảo sẽ cĩ mơ hình tốt. Tương tự nhà văn viết tiểu thuyết bằng ngơn ngữ tự nhiên, ngơn ngữ chỉ là cơng cụ, cịn tiểu thuyết cĩ hay hay khơng là phục thuộc hồn tồn vào nhà văn. Để sử dụng UML cĩ hiệu quả, địi hỏi phải hiểu được ba vấn đề chính sau [BRJ99] Các phần tử cơ bản của mơ hình UML Các qui định liên kết các phần tử mơ hình Một số cơ chế chung áp dụng cho ngơn ngữ này. UML là ngơn ngữ và nĩ chỉ là một phần của tiến trình phát triển phần mềm, độc lập với tiến trình. Tuy nhiên UML rất phù hợp với các tiến trình hướng trường hợp sử dụng (Use case – UC), lấy kiến trúc làm trung tâm, tương tác tăng dần. 2.1.1.1 - UML là ngơn ngữ Ngơn ngữ phải cĩ từ vựng và qui tắc tổ hợp các từ trong từ vựng để giao tiếp. Ngơn ngức mơ hình là ngơn ngữ cĩ từ vựng và qui tắc tập trung vào biểu diễn về mặt vật lý và khái niệm của hệ thống. UML là ngơn ngữ chuẩn cơng nghiệp để lập kế hoạch chi tiết phần mềm. Như đã trình bày trong chương trước, khơng cĩ mơ hình nào là thỏa mãn cho tồn bộ hệ thống. Thơng thường ta phải xây dựng nhiều mơ hình cho một hệ thống, do vậy ngơn ngữ phải cho phép biểu diễn nhiều khung nhìn (views) khác nhau của một kiến trúc hệ thống trong suốt quá trình phát triển phần mềm. Từ vựng và qui tắc ngơn ngữ UML cho ta cách thức xây dựng mơ hình và đọc mơ hình, nhưng khơng cho biết mơ hình nào cần phải được lập và khi nào lập chúng. Nhiệm vụ đĩ được xác định nhờ qui trình phát triển phần mềm. Qui trình phát triển phần mềm sẽ giúp chúng ta đưa Phát triển phần mềm bằng UML trang | 24
25. ra quyết định hình thành vật phẩm nào, hoạt động nào và nhân viên nào sẽ tạo ra, sử dụng và quản lý chúng. Đồng thời chúng được sử dụng như thế nào vào việc quản lý tồn bộ dự án. 2.1.1.2 - UML là ngơn ngữ để hiển thị Với nhiều lập trình viên, khơng cĩ khoảng cách từ ý tưởng đến cài đặt mã trình. Họ suy nghĩ vấn đề và viết ngay mã trình cho nĩ. Thực tế là cĩ thể trực tiếp viết mã trình cho một số việc, trực tiếp mơ tả thuật tốn và biểu thức bằng văn bản. Tuy nhiên, việc giao tiếp giữa mơ hình khái niệm với những cái khác trong vịng đời phát triển phần mềm sẽ khĩ khăn khi mọi người khơng sử dụng chung một ngơn ngữ cho dự án. Nếu dự án hay tổ chức nào đĩ đưa ra ngơn ngữ riêng của họ thì người mới tham gia dự án sẽ gặp rất nhiều khĩ khăn. Hơn nữa, một số vấn đề của hệ thống phần mềm sẽ được hiểu rõ ràng hơn thơng qua mơ hình thay cho ngơn ngữ lập trình văn bản. Thí dụ, cĩ thể suy luận ra ý nghĩa phân cấp lớp nhưng khơng thể hiểu thấu đáo nếu bắt đầu trực tiếp bằng mã trình của lớp trong phân cấp. Tương tự, ta khơng thể hiểu rõ hệ thống trên nền Web nếu khơng cĩ mơ hình. UML giúp xây dựng mơ hình để dễ dàng giao tiếp. Một số cơng việc phù hợp với mơ hình hĩa băng văn bản, một số cơng việc khác lại phù hợp hơn với mơ hình hĩa bằng đồ họa. UML là ngơn ngữ đồ họa. Với nhiều hệ thống, mơ hình trong ngơn ngữ đồ họa dễ hiểu hơn so với ngơn ngữ lập trình. Sau mỗi biểu tượng đồ họa của ngơn ngữ UML là ngữ nghĩa. Vậy, khi xây dựng mơ hình trong UML thì người phát triển khác hay các cơng cụ hỗ trợ mơ hình hĩa cĩ thể hiểu mơ hình một cách rỗ ràng. 2.1.1.3 - UML làn ngơn ngữ đặc tả Đặc tả là mơ tả rõ ràng những điểm mấu chốt của vấn đề. UML cho phép mơ tả mơ hình chính xác, khơng nhập nhằng và hồn thiện. UML hướng tới đặc tả thiết kế, phân tích và quyết dịnh cái đặt trong quá trình phát triển và triển khai hệ thống phần mềm. 2.1.1.4 - UML là ngơn ngữ đễ xây dựng UML là khơng phải là ngơn ngữ lập trình trực quan, nhưng mơ hình của nĩ cĩ thể kết nối trực tiếp tới các ngơn ngữ lập trình khác nhau. Cĩ nghĩa rằng cĩ thể ánh xạ mơ hình trong UML tới các ngơn ngữ lập trình khác nhau như Java, C++ hay các bảng CSDL quan hệ, CSDL hướng đối tượng. Ánh xạ này cho khả năng biến đổi thuận từ mơ hình UML sang ngơn ngữ lập trình. Đồng thời, cho khả năng biến đổi ngược lại từ cài đặt về mơ hình UML; cĩ nghĩa rằng nĩ cho khả năng làm việc với văn bản hay đồ họa một cách nhất quán. 2.1.1.5 - UML là ngơn ngữ tài liêu UML hướng tới làm tài liệu kiến trúc hệ thống và các chi tiết của nĩ. UML cho khả năng biểu diễn yêu cầu, thử nghiệm, mơ hình hĩa các hoạt động lập kế hoạch và quản lý sản phẩm. UML cho biết giới hạn của hệ thống và các chức năng chính của nĩ thơng qua UC và tác nhân. Trong UML, các UC được mơ tả bằng biểu đồ logic Biểu diễn cấu trúc tĩnh của hệ thống nhờ biểu đồ lớp Mơ hình hĩa các hành vi đối tượng bằng biểu đồ chuyển trạng thái Phản ảnh kiến trúc cài đặt vật lý bằng biểu đồ thành phần và biểu đồ triển khai Mở rộng các chức năng bằng stereotypes Phát triển phần mềm bằng UML trang | 25
26. 2.2 MƠ HÌNH KHÁI NIỆM CỦA UML Để hiểu được UML ta phải hình dung được mơ hình khái niệm của ngơn ngữ. Nĩ địi hỏi nắm được ba vấn đề chính, bao gồm các phần tử cơ bản để xây dựng mơ hình, quy tắc liên kết các phần tử mơ hình và một số cơ chế chung sử dụng cho ngơn ngữ. Khi nắm vững được các vấn đề này thì ta cĩ thể đọc được mơ hình UML và tạo ra một vài mơ hình cơ bản. 2.2.1 - Phần tử mơ hình trong UML Các khối hình thành mơ hình UML gồm ba loại như sau: phần từ, quan hệ và biểu đồ. Phần tử là trừu tượng căn bản trong mơ hình, các quan hệ gắn các phần tử này lại với nhau; cịn biểu đị nhĩm tập hợp các phần tử. Trong UML cĩ bốn loại phần tử mơ hình, đĩ là cấu trúc, hành vi, nhĩm và chú thích. Các phần tử này là các khối để xây dựng hướng đối tượng cơ bản của UML. 2.2.1.1 - Phần tử cấu trúc Phần từ cấu trúc là các danh từ trong mơ hình UML. Chúng là bộ phận tĩnh của mơ hình để biểu diễn các thành phần khái niệm hay vật lý. Cĩ bảy loại phẩn tử cấu trúc như mơ tả sau đây: Lớp. Lớp mơ tả tập các đối tượng cùng chung thuộc tinh, thao tác, quan hệ và ngữ nghĩa. Một lớp cài đặt một hay nhiều ghép nối. Hình 2.1 biểu diễn đồ họa lớp bằng hình chữ nhật, thơng thường chú cĩ tên, thuộc tính và thao tác. Giao diện. Giao diện là tập hợp các thao tác làm dịch vụ của lớp hay thành phần. Giao diện mơ tả hành vi thấy được từ ngồi của thành phần. Giao diện biểu diễn tồn bộ hay một phần hành vi của lớp. Giao diện định nghĩa tập đặc tả thao tác chứ khơng định nghĩa cài đặt của chúng. Ký pháp đồ họa của nĩ được mơ tả trên hình 2.2. Giao diện thường khơng đứng một mình mà được gắn vào lớp hay thành phần thực hiện giao diện. Window Origin Open() Close() Interface Hình 2.1 Lớp Hình 2.2 Giao diện Phần tử cộng tác. Phần tử cộng tác là mơ tả ngữ cảnh của tương tác. Ký pháp đồ họa của nĩ là hình elíp với đường vẽ nét đứt, kèm theo tên như trên hình 2.3. Phần tử cộng tác thể hiện một giải pháp thi hành bên trong hệ thống, bao gồm các lớp, quan hệ và tương tác giữa chúng để đạt được một chức năng mong đợi của UC. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 26
27. Hình 2.3 Cộng tác Hình 2.4 Use case Trường hợp sử dụng (Use case). Mơ tả chình tự các hành động mà hệ thống sẽ thực hiện để đạt được một kết quả cho tác nhân nào đĩ. Tác nhân là những gì bên ngồi tương tác với hệ thống. Tập hợp các UC của hệ thống sẽ hình thành các trường hợp mà hệ thống được sử dụng. Sử dụng UC để cấu trúc các phần tử cĩ tính hành vi trong mơ hình. Nĩ được hiện thực hĩa bởi phần tử cộng tác như vừa mơ tả trên. Hình 2.4 là ký pháp đồ họa của UC. Lớp tích cực (active class). Lớp tích cực là lớp cĩ đối tượng làm chủ một hay nhiều lớp tiến trình hay luồng. Lớp tích cực được xem như lớp thơng thường nhưng đối tượng của nĩ biểu diễn các thành phần cĩ hành vi đang tương tranh với các thành phần khác. Ký pháp đồ họa của nĩ tương tự lớp thơng thường nhưng biên chữ nhật được tơ đậm. Thơng thường chúng cũng cĩ tên, thuộc tính và thao tác. Thành phần. Thành phần biểu diễn vật lý mã nguồn, các tệp nhị phân trong quá trình phát triển hệ thống. Ký pháp đồ họa của nĩ đươc biểu diễn trên hình 2.5 Nút (node). Nút là thể hiện thành phần vật lý, tồn tại khi chương trình chạy và biểu diễn các tài nguyên tính tốn. Cĩ thể đặt tập các thành phần trên nút chuyển từ nút này sang nút khác. Nút cĩ thể là máy tính, thiết bị phần cứng. Ký pháp đồ họa của chúng được mơ tả trên hình 2.6. Maý chu ̉ Myfile.cpp Hình 2.5 Cộng tác Hình 2.6 Use case 2.2.1.2 - Phần tử hành vi Phần tử hành vi là bộ phận động của mơ hình UML. Chúng là các động từ của mơ hình, biểu diễn hành vi theo thời gian và khơng gian. Cĩ hai loại chính là tương tác và trạng thái. Tương tác. Tương tác là hành vi bao gồm tập các thơng điệp trao đổi giữa các đối tượng trong ngữ cảnh cụ thể để thực hiện mục đích cụ thể. Hành vi của nhĩm đối tượng hay của mỗi thao tác cĩ thể được chỉ ra bằng tương tác. Biểu diễ đồ họa của thơng điệp được thể hiện như trên hình 2.7, bao gồm mũi tên và tên thao tác của nĩ. Chờ Hiển thị Hình 2.7 Thơng điệp Hình 2.8 Trạng thái Máy trạng thái. Máy trạng thái là hành vi chỉ ra trật tự các trạng thái mà đối tượng hay tương tác sẽ đi qua để đáp ứng sự kiện. Hành vi của lớp hay cộng tác của lớp cĩ thể được xác định bằng Phát triển phần mềm bằng UML trang | 27
28. máy trạng thái. Máy trạng thái kích hoạt nhiều phần tử, bao gồm trạng thái, chuyển tiếp (từ trạng thái này sang trạng thái khác), sự kiện và các hoạt động (đáp ứng sự kiện). Ký pháp đồ họa của trạng thái được thể hiện trên hình 2.8, nĩ chứa tên và trạng thái con nếu cĩ. 2.2.1.3 - Phần tử nhĩm Phần tử nhĩm là bộ phận tổ chức của mơ hình UML. Chỉ cĩ một phần tử thuộc nhĩm này cĩ tên là gĩi (package). Gĩi là cơ chế đa năng để tổ chức các phần tử vào nhĩm. Các phần tử cấu trúc, hành vi và ngay cả phần tử nhĩm cĩ thể cho vào gĩi. Khơng giống thành phần (component), phần tử nhĩm hồn tồn là khái niệm, cĩ nghĩa rằng chúng chỉ tồn tại vào thời điểm phát triển hệ thống chứ khơng tồn tại vào thời gian chạy chương trình. Ký pháp đồ họa của nhĩm được biểu diễn trên hình 2.9. gĩi giúp ta quan sát hệ thống ở mức tổng quan hơn. Chú thích (annotaitonal) Phần tử chú thích là bộ phận chú giải của mơ hình UML. Đĩ là lời giải thích áp dụng để mơ tả các phần tử khác trong mơ hình. Phần tử chú thích được gọi là ghi chú (note). Ký pháp đồ họa của chúng thể hiện trên hình 2.9 Các luật thương mại Đây là chú thích Hình 2.9 Nhĩm và lời ghi chú 2.2.2 - Các quan hệ trong UML Cĩ bốn loại quan hệ trong UML, bao gồm quan hệ phụ thuộc, kết hợp, khai quát và hiện thực hĩa. Chúng là cơ sở đễ xây dựng mọi quan hệ trong UML. Phụ thuộc (dependency). Phục thuộc là quan hệ ngữ nghĩa hai phần tử trong đĩ thay đổi phần tử độc lập sẽ tác động đến ngữ nghĩa của phần tử phục thuộc. Ký pháp đồ họa của nĩ được thể hiện trên hình 2.10. 0 1 . Ơng chủ Nhân viên Hình 2.10 Cộng tác Hình 2.11 Use case Kết hợp (association). Kết hợp là quan hệ cấu trúc để mơ tả tập liên kết (một liên kết là kết nối giữa các đối tượng). Khi đối tượng của lớp này gửi/nhận thơng điệp đến/từ đối tượng của lớp kia thì ta gọi chúng là cĩ quan hệ kết hợp. Ký pháp đồ họa của kết hợp được mơ tả trên hình 2.11 chúng cĩ thể chứa tên nhiệm vụ và tính nhiều (multiplicity). Tụ hợp (aggregation) là dạng đặc biệt của kết hợp, nĩ biểu diễn quan hệ cấu trúc giữa tồn thể và bộ phận. Ký pháp đồ họa của nĩ trên hình 2.12. một dạng dặc biệt của tập hợp là quan hệ hợp thành (composition), trong đĩ nếu như đối tượng tồn thể bị hủy bỏ thì các đối tượng bộ phận của nĩ cũng bị hủy bỏ theo. Biểu diễn đồ họa của tập hợp như trên hình 2.13. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 28
29. Hình 2.12 Tụ hợp Hình 2.13 Use case Khái quát hĩa (generalization). Khái quát hĩa là quan hệ đặc biệt hĩa/ khái quát hĩa mà trong đĩ đối tượng cụ thể sẽ kế thừa các thuộc tính và phương pháp của đối tượng tổng quát. Ký pháp đồ họa của khái quát hĩa được mơ tả trên hình 2.14. Hình 2.14 Khái quát hĩa Hình 2.4 Hiện thực Hiện thực hĩa (realization). Hiện thực hĩa là quan hệ ngữ nghĩa giữa giao diện và lớp (hay thành phần) hiện thực lớp; giữa UC và hợp tác hiện thực UC. Biểu diễn đồ họa của nĩ dược mơ tả trên hình 2.15. 2.2.3 - Kiểu dữ liệu Kiểu dữ liệu khơng phải là phần tử mơ hình trong UML. Kiểu dữ liệu cơ sở là kiểu dữ liệu khơng cĩ cấu trúc. UML cĩ các kiểu dữ liệu sau: Boolean: là kiểu đếm với hai giá trị True và False Biểu thức (Expression): là xâu ký tự cĩ cú pháp Tính nhiều (Multiplicity): là tập khơng rỗng của các số nguyên dương và ký tự * (để biểu thị tính nhiều vơ hạn). Tên (Name): là xâu ký tự cho khả năng đặc tả phẩn tử. Số nguyên (Integer): là kiểu cơ bản và là phần tử của tập vơ hạn các sơ nguyên âm và dương. Xâu (String): là trật tự cảu các ký tự, được sử dụng là tên. Thời gian (Time): xâu ký tự biểu dirn giá trị tuyệt đối hay khoảng tương tương đối. Khơng lý giải (Uninterpreted): là ‘cái gì đĩ’ mà ý nghĩa của nĩ phụ thuộc và lĩnh vực. 2.2.4 - Biểu đồ UML Biểu đồ là biểu diễn đồ họa tập hợp các phần tử mơ hình. Vẽ biểu đồ để biểu diễn hệ thống đang xây dựng dưới các gĩc độ quan sát khác nhau. Cĩ thể hiểu biểu đồ là ánh xạ của hệ thống. Một phần tử cĩ thể xuất hiện trong một hay nhiều biểu đồ. Về lý thuyết thì biểu đồ cĩ thể bao gồm tổ hợp vơ số phần từ đồ họa và quan hệ vừa mơ tả trên. UML cho khả năng xây dựng một vài kiểu biểu đồ trực quan để biểu diễn các khía cạnh khác nhau của hệ thống, bao gồm biểu đồ trường hợp sử dụng (use case diagram), biểu đồ trình tự (sequence diagram), biểu đồ cộng tác (collaboration diagram), biểu đồ lớp (class diagram), biểu đồ biến đổi trạng thái (state transition diagram), biểu đồ thành phần (component diagram) và biểu đồ triển khai (deployment diagram). Các loại biểu đồ nay sẽ được giới thiệu tĩm tắt dưới đây thơng qua ví dụ về xây dựng phần mềm cho hệ thống máy rút tiền tự động (Automated Teller Machine – ATM). Giả sử rằng ta cĩ các máy rút tiền tự động ATM đặt tại các đường phố khác nhau trong thành phố. Chúng được nối với máy tính trung tâm tại trụ sở ngân hàng thơng qua hệ thống mạng máy tính. Máy tính trung tâm lưu trữ và quản trị CSDL khách hàng, xử lý một số cơng việc chuyên ngành và yêu cầu ATM trả tiền. Máy rút tiền tự động bao gồm máy đọc thẻ từ, màn hình và bàn phím để tương tác với người sử dụng. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 29
30. 2.2.4.1 - Biểu đồ trường hợp sử dụng (Use case – UC) Biểu đồ này chỉ ra tương tác giữa các UC và tác nhân. UC biểu diễn các chức năng hệ thống. Tác nhân là con người hay hệ thống khác cung cấp hay thu nhận thơng tin từ hệ thống đang được xây dựng. Biểu đồ UC tập trung vào quan sát trạng thái tĩnh của các UC trong hệ thống. Vì UC biểu diễn yêu cầu hệ thống từ gĩc độ người dùng, cho nên UC là chức năng mà hệ thống phải cĩ. Biểu đồ loại này chi ra tác nhân nào khởi động UC và khi nào tác nhân nhận thơng tin từ hệ thống. Biểu đồ trên hình 2.16 chỉ ra tương tác giữa các UC và tác nhân của hệ thống rút tiền tự động ATM. Khách hàng (là tác nhân) cĩ khả năng khởi động một số UC như Rút tiền, Gửi tiền, Chuyển tiền, Xem số dư tài khoản, Thay đổi số căn cước cá nhân (PIN) và Thanh tốn. Nhân viên ngân hàng (là tác nhân khác) cĩ khả năng khởi động UC với Thay đổi số căn cước cá nhân. Trường hợp sử dụng Thanh tốn cĩ mũi tên đi đến Hệ thống tín dụng. Hệ thống ngồi cĩ thể là tác nhân, thí dụ Hệ thống tín dụng là hệ thống ở bên ngồi hệ thống ATM, do vậy nĩ là tác nhân. Mũi tên đi từ UC đến tác nhân cho biết UC phát sinh thơng tin để tác nhân sử dụng (UC trả lại thơng tin cho tác nhân). Chuyển tiền Gửi tiền Thay đổi PIN Nhân viên ngân hàng Khách hàng Rút tiền Thanh toán Hệ thống tín dụng Xem số dư Hình 2.16 Biểu đồ UC của ATM Biểu đồ UC chỉ ra chức năng tổng thể của hệ thống đang phát triển. Khách hàng, quản lý dự án, phân tích viên, lập trình viên, kỹ sư kiểm tra chất lượng và những ai quan tâm tổng thể đến hệ thống đều cĩ thể biết được hệ thống sẽ hỗ trợ gì thơng qua biểu đồ này. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 30
31. Máy đọc thẻ Màn hình Tài khoản Máy trả tiền Văn : Khách ATM ông Văn mặt hàng 1: Chấp nhận thẻ 2: Đọc số thẻ 3: Khởi động màn hình 4: Mở tài khoản 5: Yêu cầu vào PIN 6: Nhập PIN (1234) 7: Kiểm tra PIN 8: Yêu cầu giao dịch 9: Chọn giao dịch rút tiền 10: Yêu cầu nhập số tiền 11: Nhập số tiền (100000đ) 12: Rút tiền (100000đ) 13: Kiểm tra tài khoản (100000đ) 14: Giảm tài khoản (100000đ) 15: Trả tiền (100000đ) 16: Trả biên nhận 17: Đẩy thẻ ra Hình 2.17 Biểu đồ trình tự của hệ thơng ATM 2.2.4.2 - Biểu đồ trình tự (sequence) Biểu đồ trình tự chỉ ra luồng chức năng xuyên qua các UC, nĩ là biểu đồ mơ tả tương tác giữa các đối tượng và tập trung vào mơ tả trật tự các thơng điệp theo thời gian. Thí dụ trường hợp sử dụng Rút tiền cĩ thể cĩ nhiều trình tự như khách hàng yêu cầu rút tiền khi đã hết tiền trong tài khoản, khi khách hàng nhập nhầm PIN hay trường hợp hoạt động bình thường. Hình 2.17 là thí dụ kịch bản bình thường (nhập dúng PIN, số tiền trong tài khoản đủ số lượng yêu cầu rút). Tác nhân tác động UC này được hiển thị trên đỉnh biểu đồ, thí dụ tác nhân khách hàng trên hình 2.16. Các đối tượng mà hệ thống cần để thực hiện UC Rút tiền cũng được đặt trên đỉnh biểu đồ. Mỗi mũi tên trong biểu đồ thể hiện thơng điệp truyền giữa tác nhân và đối tượng hay đối tượng với đối tượng để thực hiện chức năng cụ thể. Chú ý rằng biểu đồ trình tự hiển thị phần tử mơ hình đối tượng chứ khơng phải lớp. Thí dụ, biểu đồ này hiển thị tên khách hàng cụ thể (ơng Văn) thay cho hiển thị lớp Khách hàng. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 31
32. UC rút tiền bắt đầu khi khách hàng bỏ thẻ tín dụng vào máy đọc thẻ. Máy đọc thẻ là đối tượng được chỉ ra trong hình chữ nhật trên đỉnh biểu đồ. Sau đĩ máy đọc thẻ sẽ đọc số thẻ tín dụng, mở đối tượng tài khoản của ơng Văn và khởi động màn hình của hệ thống ATM. Màn hình hiển thị dấu nhắc để nhập số hiệu khách hàng (PIN). Thí dụ, khách hàng nhập số PIN 1234. Màn hình kiểm tra PIN với đối tượng tài khoản và thấy phù hợp. Màn hình hiển thị các chức năng để ơng Văn lựa chọn. Ơng ta chọn chức năng Rút tiền. Màn hình hiển thị dấu nhắc để ơng Văn nhập số tiền sẽ rút. Ơng ta nhập số tiền rút 100000đ. Màn hình thực hiện rút tiền từ tài khoản cĩ đủ 100000đ? Giảm số dư trong tài khoản đi 100000đ. Yêu cầu máy trả tiền chi trả 100000đ tiền mặt và in ra biên nhân. Cuối cùng yêu cầu máy đọc thẻ trả lại thẻ tín dụng cho ơng Văn. Biểu đồ trình tự trên đây mơ tả tồn bộ luồng sử lý cho UC rút tiền thơng qua thí dụ trường hợp ơng Văn rút 100000đ. Khách hàng cĩ thể thấy được tiến trình tác nghiệp cụ thể của họ thơng qua biểu đồ. Phân tích viên thấy được luồng tiến trình, người phát triển thấy được các đối tượng cần xây dựng và các thao tác cho các đối tượng này, kỹ sư kiểm tra chất lượng cĩ thể thấy chi tiết của tiến trình đễ xây dựng qui trình thử nghiệm, kiểm tra. Biểu đồ trình tự cĩ ích cho mọi người tham gia dự án. 2.2.4.3 - Biểu đồ cộng tác (Collabaration) Biểu đồ cộng tác chỉ ra các thơng tin như biểu đồ trình tự theo cách khác, nĩ tập trung vào tổ chức cấu trúc của các đối tượng gửi và nhận thơng điệp. Hình 2.18 là thí dụ biểu đồ cộng tác của biểu đồ trình tự tương ứng mơ tả trên hình 2.17. Biểu đồ cộng tác và biểu đồ trình tự thuộc loại biểu đồ tương tác và chúng cĩ thể biến đổi qua lại. Trong biểu đồ cộng tác, đối tượng đặt trong chữ nhật, tác nhân là người hình cây như trong biểu đồ trình tự. Trong khi biểu đồ trình tự biểu diễn tương tác đối tượng và tác nhân theo thời gian thì biểu đồ cộng tác lại khơng quan tâm đến thời gian. Thí dụ trên hình 2.18 cho thấy máy đọc thẻ ra lệnh mở tài khoản ơng Văn, đối tượng tài khoản của ơng Văn ra lệnh máy đọc trả lại thẻ tín dụng. Các đối tượng giao tiếp trực tiếp với nhau được thể hiện bằng đường nối. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 32
33. 6: Nhập PIN 9: Chọn giao dịch (Rút tiền) 11: Nhập tổng tiền (100000đ) Màn hinh ATM 5: Yêu câu nhập PIN Văn : Khách 8: Yêu câu giao dịch 7: Kiểm tra PIN hàng 10: Yêu câu nhập số tiền 12: Rút tiền (100000đ) 1: Chấp nhận thẻ 13: Kiểm tra tài khoản 14: Giảm tài khoản 2: Đọc số thẻ 3: Khởi dộng màn hinh 4: Mở tài khoản Tài khoản Máy đọc ông Văn thẻ 17: Trả thẻ tín dụng 15: Trả tiền (100000đ) 16: Trả biên nhận Máy trả tiền Hình 2.18 Sơ đồ cộng tác ơng Văn rút 100000đ Tuy rằng biểu đồ cộng tác cùng chỉ ra các thơng tin như biểu đồ trình tự, nhưng biểu đồ cộng tác được sử dụng vì lý do khác. Kỹ sư kiểm tra chất lượng và kiến trúc sư hệ thống thấy được việc phân bổ tiến trình giữa các đối tượng thơng qua biểu đồ loại này. Thí dụ, nếu biểu đồ cộng tác cĩ hình dạng như ngơi sao, với nhiều đối tượng giao tiếp với đối tượng trung tâm thì kiến trúc sư cĩ thể kết luận rằng hệ thống quá phục thuộc vào một đối tượng và họ sẽ đi thiết kế lại phân bổ tiến trình để nâng cao hiệu suất hệ thống. 2.2.4.4 - Biểu đồ lớp (class) Biểu đồ lớp chỉ ra tương tác giữa các lớp trong hệ thống. Các lớp được xem như kế hoạch chi tiết của các đối tượng. Tài khoản ơng Văn là đối tượng; Tài khoản là lớp. Lớp Tài khoản chứa PIN khách hàng và hành vi Kiểm tra PIN. Mỗi lớp trong biểu đồ lớp được tạo ra cho mỗi loại đối tượng trong biểu đồ trình tự và cộng tác. Thí dụ biểu đồ lớp cho UC Rút tiền được mơ tả trên hình 2.19 Phát triển phần mềm bằng UML trang | 33
34. Máy đọc thẻ Màn hinh ATM Số thẻ Chấp nhận thẻ() Nhận đầu vào() Trả thẻ() Dấu nhắc() Đọc thẻ() Tài khoản Số tài khoản PIN Máy trả tiền Số dư Số dư tài khoản Mở() Trả tiền() Rút tiền() Trừ số dư() Kiểm tra số dư() Hình 2.19 Biểu đồ lớp của UC Rút tiền Biểu đồ lớp trên hình 2.19 chỉ ra quan hệ giữa các lớp hình thành nên UC Rút tiền. Biểu đồ này bao gồm bốn lớp, đĩ là Máy đọc thẻ, Tài khoản, Màn hình ATM, và Máy trả tiền. Mỗi lớp trong biểu đồ được biểu diễn bằng hình chữ nhật chia làm ba phần: tên lớp (thí dụ tên lớp Tài khoản), thuộc tính (thí dụ lớp Tài khoản chứa ba thuộc tính: Số tài khoản, Số căn cước cá nhân – PIN và Cân đối tài khoản) và thao tác (thí dụ lớp Account cĩ bốn thao tác: Mở tài khoản, Rút tiền, Trừ tiền trong tài khoản và Kiểm tra số tiền trong tài khoản. Đường nối giữa các phần tử biểu đồ lớp là quan hệ giao tiếp giữa chúng. Phía trái của một số thuộc tính và thao tác cĩ gắn biểu tượng khĩa; cĩ nghĩa rằng đĩ là các thuộc tính và thao tác riêng. Người phát triển sử dụng biểu đồ lớp để xây dựng các lớp. Các cơng cụ phần mềm như Rose phát sinh mã trình xương sống cho các lớp, sau đĩ người phát triển phải chi tiết hĩa nĩ bằng ngơn ngữ lập trình. Kiến trúc sư quan sát thiết kế hệ thống thơng qua biểu đồ lớp. Nếu trên biểu đồ thấy một lớp chứa quá nhiều chức năng thì phải chia chúng ra nhiều lớp khác nhau. Kiến trúc sư cũng dễ phát hiện ra nếu giữa các lớp thiếu giao tiếp. 2.2.4.5 - Biểu đồ chuyển trạng thái (state transition) Biểu đồ chuyển trạng thái mơ tả vịng đời của đối tượng, từ khi nĩ được sinh ra đến khi bi phá hủy. Biểu đồ chuyển trạng thái cung cấp cách thức mơ hình hĩa các trạng thái khác nhau của đối tượng. Trong khi biểu đồ lớp cung cấp bức tranh tĩnh về các lớp và quan hệ của chúng thì biểu đồ chuyển trạng thái được sử dụng để mơ hình hĩa các hành vi động của hệ thống. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 34
35. Mở Rút tiền[ Số dư 30 ngày ] Đóng Hình 2.20 Biểu đồ biến đổi trạng thái của lớp tài khoản Biểu đồ chuyển trạng thái chỉ ra hành vi của đối tượng. Thí dụ, đối tượng Tài khoản trong ngân hàng cĩ thể ở trong một vài trạng thái như mở, đĩng hay rút quá mức. Tài khoản sẽ ứng xử khác nhau với mỗi trạng thái khác nhau. Hình 2.20 là thí dụ biểu đồ chuyển trạng thái của lớp Tài khoản. Biểu đồ trên cho thấy các trạng thái và quá trình chuyển trạng thái của Tài khoản. Thí dụ, khi Tài khoản đang mở và Khách hàng yêu cầu đĩng Tài khoản thì nĩ chuyển sang trạng thái đĩng. Yêu cầu của Khách hàng được gọi là sự kiện. Sự kiện là cái gây ra biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác. Nếu Tài khoản mở và khách hàng rút tiền thì cĩ thể dẫn tới trạng thái rút quá. Trạng thái này xảy ra khi khách hàng con nợ ngân hàng hay Tài khoản < 0. Điều kiện này cĩ thể được nêu trên biểu đồ trong đấu ngoặc vuơng và được gọi là điều kiện giác. Điều kiện gác điều khiển việc xảy ra hay khơng xảy ra biến đổi trạng thái. Biểu đồ biến đổi trạng thái cĩ hai trạng thái đặc biệt, đĩ là Khởi đầu (Start) và Dừng (Stop). Trên biểu đồ trạng thái chỉ cĩ duy nhất một trạng thái Start và cĩ thể cĩ nhiều hay khơng cĩ trạng thái Dừng. Các tiến trình xảy ra khi đối tượng đang trong trạng thái nào đĩ thì được gọi là hành động (action). Thí dụ, khi Tài khoản bị rút quá thì thơng báo được gửi tới khách hàng; việc gửi thơng báo là hành động. Thơng thường, khơng tạo lập biểu đồ chuyển trạng thái cho mọi lớp mà chỉ sử dụng cho các lớp phức tạp. Nếu đối tượng của lớp tồn tại trong nhiều trạng thái và cĩ ứng xử khác nhau trong mỗi trạng thái thì nên xây dựng biểu đồ chuyển trạng thái cho chúng. Nhiều dự án khơng quan tâm đến loại biểu đồ này. Biểu đồ chuyển trạng thái chỉ dành cho việc làm tài liệu Rose khơng phát sinh mã trình từ biểu đồ này. 2.2.4.6 - Biểu đồ thành phần (component) Biểu đồ thành phần cho ta cái nhìn vật lý của mơ hình. Biểu đồ thành phần cho ta thấy được các thành phần phần mềm trong hệ thống và quan hệ giữa chúng. Hai loại thành phần trong biểu đồ, đĩ là thành phần khả thực và thành phần thư viện. Trong Rose, mỗi lớp mơ hình được ánh xạ đến một thành phần mã nguồn. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 35
36. Hình 2.21 mơ tả biểu đồ thành phần của hệ thơng ATM. Biểu đồ trên hình 2.21 là các thành phần phía máy trạm trong hệ thống ATM. Nếu quyết định cài đặt hệ thống bằng ngơn ngữ C++ thì trong mỗi lớp sẽ cĩ tiệp .cpp và tiệp .h riêng biệt, vậy mỗi lớp được ánh xạ đến hai thành phần riêng trong biểu đồ. Thí dụ, lớp Màn hình ATM ánh xạ đến hai thành phần để thể hiện tiệp .h (header) và tiệp .cpp (thân lớp) của lớp. Thành phần tơ đen là đặc tả cảu gĩi (package specification); biểu diễn tệp cpp của lớp Màn hình ATM. Thành phần khơng tơ đen cũng được gọi là đặc tả gĩi, biểu diễn tiệp .h của lớp. Thành phân ATM.exe trên biểu dồ là đặc tả nhiệm vụ và biểu diễn luồng (thread) xử lý. Các thành phần nối với nhau bằng đường gạch – gạch để cho biết chúng cĩ quan hệ phụ thuộc. Thí dụ, lớp Máy đọc thẻ phụ thuộc vào lớp Màn hình ATM. Cĩ nghĩa rằng phải cĩ lớp Màn hình ATM thì lớp Máy đọc thẻ mới dịch được. Khi tồn bộ các lớp dịch được thì ta mới cĩ thành phần ATMClient.exe. ATM.exe Máy đọc thẻ Máy trả tiền Màn hình ATM Máy trả tiền Máy đọc thẻ *.h Màn hình ATM *.cpp Hình 2.21 Biểu đồ thành phần của ATM client Thí dụ máy rút tiền tự động ATM cĩ hai luồng xử lý cho nên chúng cĩ hai trình khả thực. Một trình là Máy trạm ATM, bao gồm các thành phần Máy trả tiền, Máy đọc thẻ và Màn hình ATM. Trình thứ hai là Máy chủ ATM, nĩ chỉ cĩ thành phần Tài khoản. Biểu đồ thành phần của Máy chủ ATM trên hình 2.22. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 36
37. Tài khoản Tài khoản Hình 2.22 Biểu đồ thành phần của máy chủ ATM Cĩ thể cĩ nhiều biểu đồ thành phần cho một hệ thống, số lượng này phụ thuộc vào các hệ thống con của chúng. Mỗi hệ thống con là gĩi thành phần. Tổng quát, gĩi là tập hợp các đối tượng. Thí dụ này cĩ hai gĩi, đĩ là gĩi Máy trạm ATM và gĩi Máy chủ ATM. Bất kỳ ai cĩ trách nhiệm dịch chương trình đều quan tâm đến biểu đồ loại này. Biểu đồ cho ta thấy trình tự dịch của các mođun trong hệ thống. Đồng thời nĩ cũng cho biết rõ thành phần nào được tạo ra khi chạy chương trình. Biểu đồ thành phần chỉ ra ánh xạ của lớp và các thành phần cài đặt. 2.2.4.7 - Biểu đồ triển khai (deployment) Biểu đồ triển khai chỉ ra bố trí vật lý của mạng và các thành phần hệ thống sẽ đặt ở đâu. Trong thí dụ hệ thống ATM thì ATM bao gồm nhiều hệ thống con chạy tách biệt trên các thiết bị vật lý khác nhau hay cịn gọi là nút. Biểu đồ triển khai của hệ ATM được thể hiện trên hình 2.23. Biểu đồ trên hình này cho thấy Máy trạm ATM sẽ chạy trên nhiều địa điểm khác nhau. Chúng giao tiếp với Máy chủ ATM qua mạng riêng. Máy chủ ATM sẽ giao tiếp với các Máy chủ CSDL thơng qua mạng LAN. Như vậy, hệ thống ATM này cĩ kiến trúc ba tầng: một tầng là CSDL, một tầng là máy chủ, tầng cịn lại là máy trạm. CSDL Ngân hàng > Máy chủ Máy in ATM vùng > > Số 1 Số 2 Tràng Tiền Đội Cấn Hình 2.23 Biểu đồ triển khai của hệ thống ATM Thơng qua biểu đồ triển khai mà người quản lý dự án, người sử dụng, kiến trúc sư và đội ngũ triển khai hiểu phân bổ vật lý của hệ thống và các hệ thống con sẽ được đặt ở đâu. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 37
38. 2.3 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG Kiến trúc là trừu tượng hĩa các khía cạnh quan trọng nhất của hệ thống. Nĩ cung cấp khung trong đĩ thiết kế sẽ được xây dựng. Nĩ mơ tả tầm cỡ, sức mạnh của hệ thống, thu thập các UC quan trọng nhất và các yêu cầu ứng dụng. Nĩ thể hiện phần mềm sẽ được tổ chức như thế nào và cung cấp các giao thức trao đổi dữ liệu và giao tiếp giữa các mođun. Việc hiển thị, đặc tả, xây dựng và làm tài liệu hệ thống phần mềm địi hỏi hệ thống phải được xem xét từ nhiều khía cạnh khác nhau. Người sử dụng khác nhau (người sử dụng cuối cùng, nhà phân tích, người phát triển, người tích hợp hệ thống, kiểm tra viên, người quản lý dự án ) cĩ cách quan sát hệ thống khác nhau vào các thời điểm khác nhau. Kiến trúc hệ thống là vật phẩm quan trọng nhất, được sử dụng để quản lý các điểm nhìn khác nhau để điều khiển phát triển hệ thống tăng dần và lặp trong suốt chu kỳ sống. Kiến trúc là tập các quyết định về: Tổ chức của hệ thống phần mềm Lựa chọn các phần tử cấu trúc và giao diện cho hệ thống Hành vi của chúng thể hiện trong hợp tác giữa các phần tử Tổ hợp các phần tử cấu trúc và hành vị vaị hệ thống con lớn hơn Kiến trúc phần mềm khơng chỉ liên quan đến cấu trúc và hành vi mà cả chức năng, tính sử dụng lại, dễ hiểu, ràng buộc cơng nghệ Design view Implementation view Use case view Process view Deployment view Hình 2.24 Mơ hình hĩa kiến trúc hệ thống Kiến trúc hệ thống phần mềm được mơ tả bằng các khung nhìn. Các khung nhìn ánh xạ vào tổ chức và cấu trúc hệ thống, mỗi khung nhìn tập trung vào khía cạnh cụ thể của hệ thống (hình 2.24). Theo biểu đồ của Philippe Krutchen [LIBE98] ta cĩ năm khung nhìn như sau: khung nhìn trường hợp sử dụng (Use case view), khung nhìn logic (Logical view), khung nhìn cài đặt (Implementation view), khung nhìn triển khai (Deployment view) và khung nhìn tiến trình (Process view). Mỗi khung nhìn phục vụ mục đích riêng. 2.3.1 - Khung nhìn UC Khung nhìn này đứng trước mọi khung nhìn khác (hình 2.24). Nĩ được hình thành từ giai đoạn phân tích yêu cầu và được sử dụng để điều khiển và thúc đẩy phần việc cịn lại của thiết kế. Nĩ mơ tả các hành vi hệ thống theo cách nhìn của khách hàng, phân tích viên và kỹ sư kiểm tra, thử nghiệm. Khung nhìn UC chứa các tác nhân, UC, biểu đồ UC (khía cạnh tĩnh của khung nhìn) trong hệ thống. Chúng cũng cĩ thể bao gồm vài biểu đồ trình tự, biểu đồ cộng tác (khía cạnh động của khung nhìn) và gĩi. Khung nhìn UC tập trung vào mức độ cao của cái hệ thơng sẽ làm, khơng quan tâm đến hệ thống làm như thế nào. Chúng khơng xác định tổ chức của hệ thống. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 38
39. Khi dự án bắt đầu, khách hàng, phân tích viên và người quản lý dự án làm việc với UC, biểu đồ UC và tài liệu UC để thống nhất về hệ thống. Một khi khách hàng đã nhất trí về các UC và tác nhân thì họ sẽ nhất trí về phạm vi hệ thống. Hệ thống được tiếp tục phát triển băng khung nhìn logic. 2.3.2 - Khung nhìn thiết kế Rose gọi khung nhìn này là khung nhìn logic (logical view). Khung nhìn logic biểu diễn tổ chức của các lớp cĩ ý nghĩa nhất và các quan hệ của chúng với nhau. Khung nhìn logic tập trung vào hệ thống cài đặt hành vi trong UC như thế nào. Nĩ bao gồm các lớp, biểu đồ lớp, biểu đồ đối tượng (khía cạnh tĩnh của khung nhìn), biểu đồ tương tác, biểu đồ biến đổi trạng thái (khía cạnh động của khung nhìn) và các gĩi. Hầu hết mọi người trong dự án đều quan tâm đến khung nhìn logic. Thơng thường đội ngũ phát triển phần mềm tiệm cận khung nhìn logic theo hai bước. Bước thứ nhất là nhận ra các lớp phân tích (analysis class). Các lớp này độc lập với ngơn ngữ. Trong UML các lớp này được biểu diễn bằng các biểu tượng sau: Lớp phân tích cĩ thể xuất hiện cả ở trong biểu đồ tương tác của khung nhìn UC. Một khi đã nhận ra các lớp phân tích thì đội ngũ phát triển phần mềm chuyển chúng sang lớp thiết kế (design class). Đĩ là những lớp phụ thuộc ngơn ngữ. Khung nhìn logic tập trung vào cấu trúc logic của hệ thống. Trong khung nhìn này ta sẽ nhận ra các bộ phận hệ thống, khảo sát thơng tin và hành vi, khảo sát quan hệ giữa các bộ phận. Cần cẩn thận khi gán thơng tin và hành vi cho lớp, nhĩm các lớp, khảo sát quan hệ giữa các lớp và gĩi để đảm bảo khả năng sử dụng lại. 2.3.3 - Khung nhìn cài đặt Rose gọi khung nhìn này là khung nhìn thành phần (component view). Thành phần là mođun vật lý hay tiệp mã trình để lắp ráp thành hệ thống vật lý. Khung nhìn thành phần bao gồm: thành phần, biểu đồ thành phần và gĩi. Người quan tâm nhất đến khung nhìn thành phần là người cĩ trách nhiệm quản lý mã trình, dích chương trình và triển khai ứng dụng. Một vài thành phần là thư viện, một số khác là mã trình khả thực (exe) và thư viện (dll). 2.3.4 - Khung nhìn triển khai Khung nhìn này tập trung vào phân bổ vật lý của tài nguyên và phân bổ nhiệm vụ giữa các tài nguyên. Khung nhìn triển khai liên quan đến triển khai vật lý của hệ thống, khác với kiến trục logic. Thí dụ, hệ thống cĩ kiến trúc ba tầng logic, bao gồm giao diện, logic và tác nghiệp và logic CSDL tách biệt nhau. Nhưng triển khai cĩ thể chỉ cĩ hai tầng, trong đĩ logic tác nghiệp và logic CSDL trên cùng một máy. Khung nhìn triển khai bao gồm tiến trình (luơng thực hiện trong vùng nhớ riêng), bộ xử lý và thiết bị. Khung nhìn triển khai chỉ ra các tiến trình và thiết bị trên mạng và các kết nối vật lý giữa chúng. Biểu đồ triển khai cũng hiển thị tiến trình và chỉ ra tiến trình nào chạy trên máy nào. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 39
40. 2.3.5 - Khung nhìn tiến trình Khung nhìn tiến trình biểu diễn phân tách các luồng thực hiện chương trình (tiến trình – process, luồng – thread, nhiệm vụ – task, ), đồng bộ giữa các luồng, phân bổ các đối tượng và lớp cho các luồng thực hiện khác nhau. Khung nhìn tiến trình tập trung vào các nhiệm vụ tương tranh tương tác với nhau như thế nào trong hệ thơng đa nhiệm. Trong biểu đồ cảu phần mềm cơng cụ Rose 2000 khơng cĩ khung này. 2.3.6 - Cần bao nhiêu khung nhìn Khơng phải tất cả các hệ thống đều địi hỏi đầy đủ các khung nhìn mơ tả trên. Hệ thống trên máy riêng lẻ cĩ thể bỏ khung nhìn triển khai, nếu hệ đơn xử lý thì bỏ khung nhìn tiến trình, nếu chương trình nhỏ thì bỏ khung nhìn cài đặt. 2.4 RATIONAL ROSE LÀ GÌ? Rational Rose là phần mềm cơng cụ mạnh hỗ trợ phân tích, thiết kế hệ thống phần mềm theo hướng đối tượng. Nĩ giúp ta mơ hình hĩa hệ thống trước khi viết mã trình, nĩ đảm bảo tính đúng đắn, hợp lý của kiến trúc hệ thống từ khi khởi đầu dự án. Mơ hình Rose là bức tranh hệ thống, nĩ bao gồm tồn bộ biểu đồ UML, tác nhân, trường hợp sử dụng, đối tượng, lớp, thành phần và các nút triển khai trong hệ thống. Nĩ mơ tả chi tiết hệ thống bao gồm cài gì và chúng làm việc ra sao để người phát triển hệ thống cĩ thể sử dụng mơ hình như kế hoạch chi tiết cho việc xây dựng hệ thống. Rose hỗ trợ giải quyết vấn đề muơn thủa là đội ngũ dự án giao tiếp với khách hàng và làm tài liệu yêu cầu. Theo phong cách lập trình truyền thống thì sau khi đã xác định yêu cầu hệ thống, người phát triển sẽ lấy một vài yêu cầu, quyết định thiết kế và viết mã trình. Một số người phát triển khác cũng làm như vậy với yêu cầu khác, thiết kế khác. Cách làm này dẫn tời nhiều khĩ khăn cho ai muốn hiểu và quản trị tồn bộ hệ thống, họ khĩ thấy được quyết định thiết kế đã được làm trước đĩ. Nếu khơng cĩ tài liệu thiết kế thì khĩ đảm bảo rằng hệ thống được xây dựng đúng là hệ thống mà người sử dụng nghĩ tới. Tuy rằng các yêu cầu được làm tài liệu đầy đủ, nhưng thiết kế chỉ tồn tại trong đầu người phát triển nào đĩ, người khác sẽ khơng cĩ ý tưởng gì về cấu trúc hệ thống. Nếu người phát triển chuyển đi nơi khác thì dự án sẽ gặp khĩ khăn. Phong cách khác phát triển hệ thống là sau khi xác định yêu cầu, các thiết kế phải được làm tài liệu chi tiết. Mọi người tham gia phát triển cùng trao đổi quyết định thiết kế trước khi viết mã trình. Do vậy, dự án khơng cịn phải lo lắng khi ai đĩ rời bỏ dự án. Ngồi người phát triển hệ thơng quan tâm đến mơ hình, ta cịn thấy mọi thành viên khác của dự án đều cĩ thể thu nhận các thơng tin cần thiết từ mơ hình. Khách hàng và quản lý dự án sử dụng các biểu đồ UC để cĩ cài nhìn bao quát về hệ thống và thống nhất với nhau về phạm vi dự án. Quản lý dự án sử dụng biểu đồ UC và tài liệu để chia nhỏ dự án thành tiểu dự án cĩ thể quản lý được. Thơng qua tài liệu UC, các phân tích viên và khách hàng thấy được các chức năng hệ thống sẽ cung cấp Các phân tích viên và người phát triển, thơng qua các biểu đồ trình tự và biểu đồ cơng tác, thấy được logic mà hệ thống tuân thủ, các đối tượng trong hệ thống và các thơng điệp giữa các đối tượng. Đội ngũ kiểm tra chất lượng thu thập thơng tin thơng qua tài liệu UC và các biểu đồ tương tác để viết mơ tả kiểm tra hệ thống. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 40
41. Người phát triển sử dụng biểu đồ lớp, biểu đồ biến đổi trạng thái để cĩ cái nhìn chi tiết về các phần hệ thống và chúng cĩ quan hệ với nhau như thế nào. Đội ngũ triển khai sử dụng các biểu đồ thành phần và biểu đồ triển khai để thấy được các tệp khả thực (exe) nào, tệp DLL nào và các thành phần khác cần được tạo lập; các thành phần này được triển khai trên mạng như thế nào. Tồn bộ đội ngũ dự án sử dụng mơ hình để đảm bảo rằng các yêu cầu cĩ thể được chuyển sang mã trình và ngược lại, mã trình cĩ thể được chuyển trở lại yêu cầu hệ thống. Hơn nữa, Rational Rose cịn hỗ trợ phát sinh mã khung chương trình trong nhiều ngơn ngữ khác nhau như C++, Java, Visual Basic, Oracle8 2.5 KHẢ NĂNG SỬ DỤNG UML Mục tiêu của UML là để mơ tả bất kỳ loại hệ thống nào bằng biểu đồ hướng đối tượng. Đặc tính của hệ thống đĩ được tĩm tắt như sau: Các hệ thống thơng tin: Lưu trữ, truy vấn, biểu diễn thơng tin. Quản lý số lượng thơng tin lớn cĩ quan hệ phức tạp trong CSDL quan hệ hay CSDL hướng đối tượng. Các hệ thống ký thuật: Quản lý và điểu khiển các thiết bị kỹ thuật như truyền tin, hệ thống quân sự, dây chuyền cơng nghiệp. Thơng thường phải quản lý các giao diện người sử dụng đặc biệt, khơng cĩ phần mềm chuẩn. Các hệ thống này phần lớn là hệ thống thời gian thực. Các hệ thống nhúng thời gian thực: Thực hiện trên phần cứng đơn giản nhúng trong các thiết bị khác như điện thoại di động, xe ơ tơ, các dụng cụ gia đình Các hệ thống này thường thiếu thiết bị như màn hình, ổ đĩa Các hệ thơng phân tán: Phân tán trên nhiều máy. Địi hỏi cơ chế giao tiếp đồng bộ để đảm bảo tồn vẹ dự liệu. Thường được xây dựng trên cơ chế đối tượng như CORBA, COM/DCOM Các phần mềm hệ thống: Xác dịnh hạ tầng kỹ thuật để phần mềm khác sử dụng như hệ điều hành, CSDL Các hệ thống thương mại: Mơ tả mục tiêu, tài nguyên (con người, máy tính ) và các quy luật (chiến lược thương mại, luật ) và qui trình thương mại. Tuy nhiên ngày nay một hệ thống thường thuộc nhiều loại hoặc tổ hợp của các loại hệ thống kể trên, nhưng ta vẫn cĩ khả năng sử dụng UML để mơ hinh hĩa chúng. 2.6 THỰC HÀNH Phần mềm Rose cĩ nhiều phiên bản khác nhau. Độc giả cĩ thể sử dụng phần mềm Rose 98, Rose 2000, Rose v2002 hay các phiên bản thử nghiệm để thực hành các bài tập trong tài liệu này. Độc giả cĩ thể tìm kiếm các phiên bản thử nghiệm hay phiên bản hạn chế (dành cho huấn luyện, đào tạo) của Rose trên trang Web sau: Mục tiêu của bài thực hành này là làm quen với các màn hình của phần mềm cơng cụ Rose 2000, một phiên bản của phần mềm cơng cụ Rational Rose. Hãy thự hiện theo các bước như mơ tả dưới đầy để làm quen với Rose: 1. Khởi động Rose 2000. Trên màn hình cĩ các thành phần như hình 2.25. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 41
42. 2. Cĩ thể tắt/mở các cửa sổ duyệt (Brower Window) và cửa sổ tài liệu (Document Window) bằng cách chọn thực đơn View>Brower. Nơi đặt lại thuộc tính của Rose Browser Cửa sổ biểu đồ Cửa sổ tài liệu Hình 2.25 Giao diện của Rational Rose 3. Cửa sổ duyệt chứa danh sách tồn bộ phần tử mơ hình trong mơ hình hiện hành. Browser cĩ thể trơi nổi hay bám dính (docked) bằng cách nhấp đúp chuột trên biên cửa sổ. Các phần tử mơ hình hiển thì trong Browser dưới dạng cây. Các thơng tin nén đươc thể hiện bằng dấu +. Nếu nhấn chuột trên dấu + ta sẽ cĩ thơng tín khơng nén. Thự hành: tạo lập tệp mơ hình mới bằng cách chọn thực đơn File>New, File>Save as với tên tutorial.mdl 4. Cửa sổ tài liệu là nơi tạo lập, sửa đổi văn bản để gắn vào phần tử mơ hình (tác nhân, UC, quan hệ, thuộc tính, thao tác, thành phần và nút). Để tạo tài liệu cho phần tử mơ hình ta làm như sau: chọn phần tử (nhấn chuột lên phần tử), nhập tài liệu vào cửa sổ tài liệu. Cửa sổ tài liệu cũng cĩ thể tắt/mở, trơi nổi hay bám dính như cửa sổ Browse. Thự hành: Nhập tài liệu cho Use case View, Logical View và Component View. Use Case View chứa thơng tin về tác nhân và UC cho hệ thống đang phát triển. Logical View chứa thơng tin về lớp và quan hệ giữa chúng Component View chứa thơng tin về phần mềm và các phần tử khả thực và thư viện. 5. Lưu trữ mơ hình vào đĩa từ Phát triển phần mềm bằng UML trang | 42
43. 6. Cửa sổ biểu đồ là nơi cho phép ta tạo lập và sử đổi khung nhìn đồ họa mơ hình hiện hành. Mỗi biểu tượng trong biểu đồ biểu diễn một thành phần mơ hình hĩa. Mỗi phần tử mơ hình cĩ thể hiển thị trong nhiều biểu đồ mơ hình khác nhau. Cửa sổ biểu đồ xuất hiện khi nhấn đúp chuột trên cửa sổ biểu đồ trong cửa sổ duyệt. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 43
44. CHƯƠNG 3 MƠ HÌNH HĨA TRƯỜNG HỢP SỬ DỤNG Phân tích và thiết kế bao gồm mơ hình hĩa vấn đề và giải pháp từ các gĩc nhìn khác nhau. Trong pha phân tích ta thường quan tâm đến ba loại mơ hình,đĩ là mơ hình trường hợp sử dụng, mơ hình lĩnh vự và mơ hình giao diện người sử dụng. Mơ hình trường hợp sử dụng mơ tả hệ thống sẽ được sử dụng như thế nào. Mơ hình lĩnh vực sẽ mở rộng mơ hình trường hợp sử dụng bằng cách đặt hệ thống vào ngữ cảnh. Mơ hình giao diện người sử dụng mơ tả người sử dụng tương tác với hệ thống như thế nào. Chương này mơ tả cách phân tích tìm kiếm trường hợp sử dụng (Use case – UC) , tác nhân (actor) và quan hệ giữa chúng. Trường hợp sử dụng và tác nhân xác định phạm vi hệ thống. UC là những gì bên trong hệ thống cịn tác nhân là những gì bên ngồi hệ thống. Tiếp theo là trình bày về cách tạo lập biểu đồ UC. Cuối chương là phần giới thiệu về cơng cụ phần mềm Rational Rose 2000 và ứng dụng nĩ vào các cơng việc nĩi trên. 3.1 PHÂN TÍCH TRƯỜNG HỢP SỬ DỤNG (USE CASE – UC) 3.1.1 - UC là gì? Khái niệm UC được Ivar Jacobson đề xuất vào năm 1994 khi làm việc cho hãng Eriction. UC mơ tả ai đĩ sử dụng hệ thống như thế nào, mơ tả tương tác giừa người sử dụng với hệ thống phần mềm để thực hiện các thao tác giải quyết cơng việc cụ thể nào đĩ. UC khơng cho biết hệ thống làm việc bên trong như thế nào. Nĩ khơng phải là thiết kế, cũng khơng phải là kế hoạch cài đặt, nĩ là một phần của vấn đề cần giải quyết. tiến trình của hệ thống được chia nhỏ thành các UC để cĩ thể nhận ra từng bộ phận của nĩ một cách rõ ràng và để nhiều người cĩ thể cùng xử lý. UC là nền tảng của phân tích hệ thống. Việc tìm ra đầy đủ các UC đảm bảo rằng hệ thống sẽ xây dựng đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng. Mỗi UC là tập hành động. mỗi hành động là cái gì đĩ mà hệ thống làm, nĩ là hạt nhân được hệ thống thực hiện hồn tồn hay khơng được thực hiện phần nào. 3.1.2 - Xây dựng UC để làm gì? Mục tiêu xây dựng UC trong tiến trình phát triển hệ thống phần mềm được tĩm tắt như sau: Hình thành quyết định và mơ tả yêu cầu chức năng hệ thống. Là kết quả của thỏa thuận giữa khách hàng và người phát triển hệ thống phần mềm. Cho phép mơ tả rõ ràng và nhất quán cái hệ thống sẽ làm, sao cho mơ hình cĩ khả năng được sử dụng xuyên suốt quá trình phát triển. Cung cấp cơ sở để kiểm tra, thử nghiệm hệ thống. Cho khả năng dễ thay đổi hay mở rộng yêu cầu hệ thống. Hình 3.1 thể hiện tiến trình phân tích phần mềm theo quan điểm hướng đối tượng được hình thành trên cơ sở UC. Các hành động trong các pha phân tích, thiết kế và cài đặt, kiểm tra và thử nghiệm chương trình đều liên quan đến UC. Phát triển phần mềm bằng UML trang | 44