Краткие теоретические сведения. Диаграммы вариантов использования описывают функциональное назначение си­стемы или то, что си­стема должна делать в процессе своего функциони­рования.

Диаграммы вариантов использования описывают функциональное назначение си­стемы или то, что си­стема должна делать в процессе своего функциони­рования.

Диаграмма вариантов использования (use case diagram) — диаграмма, на ко­торой изобра­жаются отношения между актерами и вариантами использования.

Созда­ние диаграммы вариантов использования имеет следующие цели:

- определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных эта­пах проектирования системы;

- сформулировать общие требования к функциональному поведению си­стемы;

- разработать исходную концептуальную модель системы для ее последую­щей де­тализации в форме логических и физических моделей;

- подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков си­стемы с ее заказ­чиками и пользователями.

Назначение диаграммы: проектируемая программная система представляется в форме вариантов использования, с которыми взаимодействуют внешние сущности или актеры.

Диаграмма вариантов использования представляет собой граф спе­циального вида, который является графической нотацией для представления кон­кретных вари­ан­тов использования, актеров и отношений между этими элементами.

Базовыми элементами диаграммы вариантов использования являются вариант ис­пользова­ния и актер.

Вариант использования (use case) — внешняя спецификация последовательно­сти действий, которые система или другая сущность могут выполнять в процессе взаимодей­ствия с актерами.

Вариант использования представляет собой спецификацию общих особенностей поведения или функционирования моделируемой системы без рассмотрения внут­ренней структуры этой си­стемы.

Каждый вариант использования определяет после­довательность дей­ствий, кото­рые должны быть выполнены проектируемой систе­мой при взаимодействии ее с соот­ветствующим актером, сами эти действия не изоб­ражаются на рассматриваемой диаграмме.

Содержание варианта использования может быть представлено в форме допол­ни­тельного пояснительного текста, который раскрывает смысл или семантику дей­ствий при выполнении дан­ного варианта использования. Такой пояснительный текст получил назва­ние текста-сценария или просто сценария.

Вариант использования обозначается на диаграмме эллипсом, внутри которого содержится его имя в форме существительного (рис. 2, а) или глагола (рис. 2, б) с по­яснительными словами. Сам текст имени должен начинаться с заглавной буквы.

Имя - строка текста, которая используется для идентификации любого элемента модели.

Рис. 2 Графическое обозначение варианта использования

Каждый вариант ис­пользования соответствует отдельному сервису, который предоставляет моделируемая система по запросу актера, т. е. опре­деляет один из способов применения системы. Сер­вис, который инициализируется по запросу ак­тера, должен представлять собой закончен­ную последовательность действий (после того как система закончит об­работку запроса актера, она должна возвратиться в исходное состояние, в котором снова готова к выполнению следующих запросов).

Диаграмма вариантов использования содержит конечное множество вариантов ис­пользова­ния, которые в целом должны определять все возможные стороны ожи­даемого поведения си­стемы. Для удобства множество вариантов использования может рассматри­ваться как отдельный пакет.

Актер (actor) — согласованное множество ролей, которые играют внешние сущно­сти по отношению к вариантам использования при взаимодействии с ними.

Актер представляет собой любую внешнюю по отношению к моделируемой си­стеме сущ­ность, которая взаимодействует с системой и использует ее функциональ­ные возможности для до­стижения определенных целей или решения задач.

Каждый актер может рассматриваться как некая отдельная роль относительно конкретного вари­анта использования. Стандартным гра­фическим обозначением актера на диаграммах явля­ется фигурка " человечка", под которой запи­сывается имя актера (рис. 3).

Рис. 3 Графическое обозначение актера

В некоторых случаях актер может обозначаться в виде прямоугольника класса со стереоти­пом < < actor> > и обычными составляющими элементами класса. Имена актеров должны начи­наться с заглавной буквы и следовать рекомендациям исполь­зования имен для типов и классов модели. При этом символ отдельного актера свя­зывает соответству­ющее описание актера с кон­кретным именем.

Актеры используются для моделирования внешних по отношению к проектируе­мой си­стеме сущностей, которые взаимодействуют с системой. В каче­стве актеров могут выступать дру­гие системы, в том числе подсистемы проектируе­мой системы или ее от­дельные классы. Наиболее наглядный пример актера — кон­кретный посетитель web-сайта в Интернет со своими па­раметрами аутентификации.

Актеры взаимодействуют с системой посредством пере­дачи и приема сообще­ний от вариантов использования. Со­общение представляет собой запрос ак­тером сервиса от системы и получение этого сер­виса. Это взаимодействие может быть выражено посредством ассоциаций между отдель­ными актерами и вариантами ис­пользования.

Кроме этого, с актерами могут быть связаны интерфейсы, которые определяют, каким образом другие элементы модели взаимодей­ствуют с этими актерами (напри­мер, датчик, устройство считывания штрих-кода и т.д.).

Интерфейс обозначается в виде маленького круга, рядом с которым записыва­ется его имя. В качестве имени может быть существительное или строка текста. Если имя записывается на английском языке, то оно начинается с заглавной буквы I.

Графический символ интерфейса соединяется с тем вариантом использования, который его поддерживает, на диаграмме двумя способами:

- сплошной линией (указывает, что связанный с интерфейсом вариант использо­вания должен реализовывать все необходимые для него сервисы);

- пунктирной линией со стрелкой (означает, что вариант использования предна­значен для спецификации только того сервиса, который необходим для реализации данного интерфейса).

Примечание (note) предназначено для включения в модель произвольной тек­стовой информации, имеющей непосредственное отношение к контексту разрабаты­ваемого про­екта (комментарии разработчика - дата; ограничения - на значе­ния от­дельных связей или экземпляры сущностей; помеченные зна­чения).

Графически обозначаются прямоугольником с " загну­тым" верхним правым уголком (рис. 4). Примечание может относиться к любому элементу диаграммы, в этом случае их соединяет пунктирная линия. Если примечание относится к несколь­ким элементам, то от него проводятся несколько линий.

Рис. 4. Примеры примечаний на диаграммах вариантов использования

Отношение (relationship) — семантическая связь между отдельными элемен­тами модели.

Между элементами диаграммы вариантов использования могут существовать раз­личные отношения, которые описывают взаимодействие экземпляров одних ак­теров и ва­риантов исполь­зования с экземплярами других актеров и вариантов. Один актер может взаимодействовать с не­сколькими вариантами использования. В свою очередь один вариант ис­пользования может взаимодействовать с не­сколькими акте­рами, предоставляя для всех них свой сервис.

В языке UML имеется несколько стандартных видов отношений между акте­рами и вариан­тами использования:

- ассоциации (association relationship);

- включения (include relationship);

- расширения (extend relationship);

- обобщения (generalization relationship).

Общие свойства вариантов использования могут быть представлены тремя раз­личными способами: с помощью отношений включения, расшире­ния и обобщения.

Отношение ассоциации используется при построении всех графических моде­лей систем. Применительно к диаграммам вариантов использования ассоциация служит для обо­значения конкретной роли актера при его взаимодействии с отдель­ным вариантом использова­ния.

На диаграмме вариантов ис­пользования, так же как и на других диаграммах, от­ношение ассоциации обозначается сплошной линией между актером и ва­риантом использования. Эта линия может иметь некоторые дополни­тельные обозначения, например, имя и кратность (рис. 5).

Рис. 5 Пример графического представления отношения ассоциации между акте­ром и ва­риантом использования

Отношение включения (include) — это разновидность отношения зависимости между ба­зовым вариантом использования и его специальным случаем.

Отношение включения устанавливается между двумя вариантами использо­ва­ния и указывает на то, что заданное поведение для одного варианта использования включается в каче­стве составного фрагмента в последовательность поведения дру­гого ва­рианта использования.

Графически от­ношение включения обозначается в форме пунктирной линии со стрел­кой, направленной от базового варианта использования к включаемому вари­анту исполь­зования. При этом данная линия помечается стереотипом < < include> >, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Пример графического изображения отношения включения между вари­антами ис­пользования

Отношение включения, направленное от варианта использования " Предо­ставле­ние кредита в банке" к варианту использования " Проверка платежеспособ­ности кли­ента", указывает на то, что каждый экземпляр первого варианта использования все­гда включает в себя функциональное поведение или выполнение второго варианта ис­пользования. В этом смысле по­ведение второго варианта использования является частью поведения первого варианта использо­вания на данной диаграмме.

Один вариант использования может входить в несколько других вариантов, а также содер­жать в себе другие варианты. Включаемый вариант использования явля­ется незави­симым от базо­вого варианта в том смысле, что он предоставляет послед­нему инкапсули­рованное поведение, де­тали реализации которого скрыты от послед­него и могут быть легко перераспределены между не­сколькими включаемыми вари­антами использования. Базовый вариант зависит только от результатов выполнения включаемого в него варианта использования, но не от структуры включаемых в него вариантов.

Отношение расширения (extend) определяет взаимосвязь базового варианта ис­пользования с другим вариантом использования, функциональное поведение ко­торого за­действуется базовым не всегда, а только при выполнении дополнительных условий.

Графически обозначается в форме пунктирной линии со стрелкой, направленной от того варианта ис­пользования, который является расширением для базового вари­анта использования. Дан­ная линия со стрелкой должна быть поме­чена стереотипом < < extend> >, как показано на рис. 7.

Рис. 7. Пример графического изображения отношения расширения между вариан­тами использо­вания

В изображенном фрагменте имеет место отношение расширения между базовым вариантом использования " Предоставление кредита в банке" и вариантом использо­вания " Предоставление налоговых льгот". Это означает, что свойства поведения первого вари­анта использования в неко­торых случаях могут быть дополнены функ­циональностью вто­рого варианта использования. Для того чтобы это расширение имело место, должно быть выполнено определенное логическое усло­вие данного отношения расширения.

Если базо­вый вари­ант использования выполняет некоторую последовательность действий, которая определяет его поведение, и при этом имеется точка расширения на экземпляр другого варианта использования, то проверяется логическое условие данного отношения. Если это условие вы­полняется, исходная последовательность дей­ствий расширяется посредством включения действий другого варианта исполь­зования. Условие отношения расширения проверяется один раз — при первой ссылке на точку расширения, и если оно выполняется, то все расширяющие вари­анты использования встав­ляются в базо­вый вариант.

Отношение обобщения используется тогда, когда два и более актера могут иметь общие свойства, т. е. взаимодействовать с одним и тем же множеством вари­антов использования одинаковым образом. Такая общность свойств и поведения представляется в виде отношения обобщения с другим актером, который модели­рует соответствующую общность ролей.

Графически обозначается сплошной линией со стрелкой в форме не закрашен­ного треугольника, которая указывает на родительский вариант ис­пользования (рис. 8). Эта линия со стрелкой имеет специальное название — стрелка-обоб­щение.

Рис. 8. Пример графического изображения отношения обобщения между вари­антами использо­вания

В данном примере отношение обобщения указывает на то, что вариант исполь­зова­ния " Предоставление кредита корпоративным клиентам" - специальный случай варианта использова­ния " Предоставление кредита клиентам банка". Другими сло­вами, первый ва­риант использования является специализацией второго варианта использования.

Вариант использования " Предоставление кредита клиентам банка" еще называют предком или родителем по отношению к варианту использования " Предоставление кредита корпо­ративным клиентам", а последний - потомком по отношению к первому варианту использования.

Потомок наследует все свойства пове­дения своего родителя, а также может обладать дополни­тельными особенно­стями поведе­ния.

Отношение обобщения между вариантами использования применяется в том слу­чае, когда необходимо отметить, что дочерние варианты использования обла­дают всеми особенностями по­ведения родительских вариантов и участвуют во всех отношениях родительских вариантов.

Язык UML включает в себя еще и дополнительные графические обозначения, ориентированные для решения за­дач из определенной предметной области. При­меры подобных обозначе­ний, которые использу­ются для моделирования бизнес-систем и могут быть изображены на диаграммах вариантов ис­пользования: бизнес-актер, сотрудник и бизнес - вариант ис­пользования.

Рис. 9. Графические изображения бизнес-актера (а), бизнес-сотрудника (б) и бизнес-ва­рианта ис­пользования (в)

Применение этих элементов графической нотации иллюстрирует пример пред­став­ления диаграмм вариантов использования для системы продажи товаров в су­пермаркете.

Одно из главных назначений диаграммы вариантов ис­пользова­ния заключается в формализации функциональных требований к системе. Общее количество ак­теров в модели не должно превышать 20, а вариантов ис­пользования -50, в противном случае мо­дель теряет свою наглядность.

Для разработки диаграммы вариантов использования рекомендуется некоторая по­следова­тельность действий:

- определить главных и второстепенных актеров;

- определить цели главных актеров по отношению к системе;

- сформулировать основные варианты использования, которые специфици­руют функци­ональные требования к системе;

- упорядочить варианты использования по степени убывания риска их реализа­ции;

- рассмотреть все базовые варианты использования в порядке убывания их сте­пени риска;

- выделить участников, интересы, условия выполнения вы­бран­ного варианта ис­пользования;

- написать сценарий реализации выбранного варианта использова­ния;

- определить исключения в выполнении сценария варианта исполь­зова­ния;

- написать сценарии для всех исключений;

- выделить общие варианты использования и изобразить их взаимосвязи с базо­выми со стереотипом < < include> >;

- выделить варианты использования для исключений и изобразить их взаимо­связи с ба­зовыми со стереотипом < < extend> >;

- проверить диаграмму на отсутствие дублирования вариантов использования и акте­ров.

Пример: Программное средство представляет собой базу данных «Автоматиза­ция процесса со­ставления расписания в учебном заведении». Программное средство обеспечивает корректировку данных, а именно в БД «Группы» может изменяться пере­чень предметов в соответствие с курсом группы и отделением; в БД «Пред­меты» могут из­меняться номера аудиторий и фамилии пре­по­давателей; осуществ­ляет поиск по ФИО преподавателя, номеру аудитории, названию предмета и номеру группы. Программное средство составляет расписание работы для конкретного пре­подавателя на не­делю; для группы на неделю; для группы по конкретному пред­мету, а также отчет о загрузке аудиторий на каждый день.