Cel i zakres trzeciego wykładu

Cel i zakres trzeciego wykładu Tytuł: Diagramy sekwencji, pakietów, stanu i wdrożenia w perspektywie implementacyjnej Cel wykładu: Zaprezentować sposób przygotowania wyżej wymienionych diagramów w perspektywie implementacyjnej. Zakres wykładu 1) Zasady tworzenia diagramów sekwencji 2) Zasady tworzenia diagramów pakietów 3) Sposoby implementacji diagramów stanów 4) Zasady tworzenia diagramów wdrożeń Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 1 1

Diagram sekwencji przedstawia sposób wymiany komunikatów pomiędzy obiektami z zachowaniem ich kolejności. Pomijają natomiast całkowicie aspekt dostępu i operacji na danych, związany z komunikacją. Uczestnikami diagramów sekwencji są obiekty, opisane nazwą obiektu i jego klasą, które wymieniają między sobą komunikaty. Diagramy sekwencji Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 2 Diagramy interakcji to modele opisujące, jak współpracują ze sobą grupy obiektów. UML definiuje kilka rodzajów diagramów interakcji, z których najczęściej używanym jest diagram sekwencji. Zwykle diagram sekwencji przedstawia zachowanie się systemu dotyczące jednego przypadku użycia. Diagram pokazuje kilka przykładowych obiektów i komunikaty przez nie wymieniane w ramach przypadku użycia. Pierwszy przykładowy diagram sekwencji będzie dotyczył następującego prostego scenariusza: załóżmy że mamy zamówienie i zamierzamy wywołać na nim polecenie obliczające wartość tego zamówienia. W tym celu najpierw należy wybrać wszystkie pozycje zamówienia i określić ich ceny na podstawie reguł cenowych ustalonych dla zamawianych produktów. Następnie zamówienie musi obliczyć ogólną zniżkę, obliczaną na podstawie reguł ustalonych dla danego klienta. Na rysunku został przedstawiony diagram sekwencji ukazujący jedną z możliwych implementacji tego scenariusza. Diagramy sekwencji ilustrują interakcje wymieniając każdego jej uczestnika razem z pionową linią oznaczającą czas, w którym ten uczestnik bierze udział w interakcji. Kolejno pojawiające się komunikaty są uporządkowane od góry do dołu. Widać wyraźnie, że instancja klasy Zamówienie wysyła komunikaty pobierzllość i pobierzprodukt do klasy Pozycje Zamówienia. Można też dostrzec, jak jest zapisywana metoda wywoływana przez klasę Zamówienie na sobie samej, oraz to, że inna wywoływana w ten sposób metoda wysyła komunikat pobierzinformacjeozniżkach do instancji klasy Klient. Diagram jednak nie przedstawia wszystkiego bardzo dobrze. Sekwencja komunikatów pobierzllość, pobierzprodukt, pobierzcennik oraz obliczcenę jest wysyłana dla każdej pozycji zamówienia, natomiast obliczzniżkę jest wywoływana tylko raz. Nie można na podstawie tego diagramu stwierdzić, że tak jest, chociaż można wprowadzić dodatkową notację, która to umożliwi. Na przedstawionych diagramach nadano uczestnikom nazwy składające się tylko z nazwy obiektu. Pełniejsza składnia ma postać nazwaobiektu : nazwakiasy, gdzie zarówno nazwa obiektu, jak i nazwa klasy może być pominięta. Jeśli opuści się nazwę obiektu, to trzeba pozostawić dwukropek. Na każdej linii czasu są umieszczane słupki aktywności reprezentujące chwile, w których uczestnik bierze udział w interakcji. Oznaczają one obecność jednej z metod uczestnika na stosie wywołań. Słupki aktywności są w UML-u opcjonalne. Odpowiednie nazewnictwo często pomaga w powiązaniu uczestników na diagramie. Wywołanie komunikatu pobierzprodukt zwraca Produkt mający tę samą nazwę, a więc będący tym samym uczestnikiem, co Produkt, do którego jest wysyłany komunikat pobierzcennik. Proszę zwrócić uwagę na to, że użyto strzałki zwrotnej tylko w tym wywołaniu tak aby podkreślić istnienie odpowiedniości. Można używać strzałek zwrotnych we wszystkich wywołaniach, ale lepiej stosować je tylko tam, gdzie niosą one dodatkową informację. Pierwszy komunikat nie ma wysyłającego go uczestnika i nadchodzi z nieokreślonego źródła. Jest nazywany komunikatem wykrytym. 2

Inna wersja diagramu sekwencji z pop. slajdu Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 3 Inne podejście do tego samego scenariusza zostało pokazane na aktualnym slajdzie. Podstawowy problem pozostaje ten sam, ale sposób, w który uczestnicy współpracują ze sobą w celu jego rozwiązania, jest zupełnie inny. Zamówienie prosi każdą PozycjęZamówienia, aby obliczyła swoją własną Cenę. PozycjaZamówienia następnie zleca wykonanie obliczenia ceny wszystkim instancjom klasy produkt, które znajdują się na liście zamówienia. Tu warto zwrócić uwagę na to, jak jest przedstawione przekazywanie parametru. Podobnie, aby obliczyć wysokość zniżki, Zamówienie wywołuje metodę na Kliencie. Klient do wykonania swojego zadania potrzebuje dodatkowej informacji z Zamówienia, więc wywołuje na Zamówieniu metodę pobierzcenępodstawową w celu pobrania danych. Pierwsze, co można powiedzieć na temat tych dwóch ostatnich diagramów, jest to, że diagram sekwencji bardzo jasno przedstawia różnice we wzajemnej komunikacji uczestników. To jest ogromna zaleta diagramów interakcji. Nie nadają się one dobrze do przedstawiania szczegółów algorytmów, takich jak pętle lub zachowania warunkowe, ale wywołania między uczestnikami ukazują wyjątkowo przejrzyście i dają naprawdę dobry obraz działań wykonywanych przez poszczególnych uczestników. Drugą sprawą jest oczywista różnica w stylach między dwiema zaprezentowanymi interakcjami. Na poprzednim slajdzie przedstawiono sterowanie scentralizowane, w którym jeden z uczestników wykonuje zdecydowaną większość zadań, a inni uczestnicy dostarczają tylko dane. Na aktualnym slajdzie pokazano sterowanie rozproszone, w którym przetwarzanie jest rozdzielone między wielu uczestników i każdy z nich wykonuje mały fragment algorytmu. Oba style mają swoje wady i zalety. Wiele osób, zwłaszcza tych, które mają małe doświadczenie w technikach obiektowych, jest bardziej przyzwyczajonych do sterowania scentralizowanego. Z wielu względów jest ono mniej skomplikowane, ponieważ całe przetwarzanie dokonuje się w jednym miejscu. Przy sterowaniu rozproszonym można odnieść wrażenie, że ciągle skacze się po różnych obiektach, a sam program jakoś trudno uchwycić. Pomimo to, w projektowaniu obiektowym preferuje się sterowanie rozproszone. Jednym z zadań dobrego projektu jest zlokalizowanie efektów zachodzących zmian. Dane i metody, które uzyskują dostęp do tych danych, często zmieniają się równocześnie. A więc umieszczenie danych i metod ich używających razem w jednym miejscu, jest najważniejszą zasadą projektowania obiektowego. Ponadto, sterowanie rozproszone daje więcej okazji do użycia polimorfizmu zamiast logiki warunkowej. Jeśli algorytmy ustalania cen produktów są różne dla różnych typów produktów, to mechanizm sterowania rozproszonego pozwala na użycie klas pochodnych klasy Produkt w celu poprawnego uwzględnienia tych różnic. Ogólnie styl obiektowy daje możliwość użycia wielu małych obiektów z wieloma małymi metodami, dających mnóstwo okazji do zastosowania przeciążania funkcji i różnych ich wariacji. Jest to coś, czego bardzo trudno nauczyć. Wydaje się, że jedynym sposobem na zrozumienie tego podejścia jest popracowanie w środowisku obiektowym o silnie rozproszonym sterowaniu. 3

Tworzenie i usuwanie obiektów Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 4 Na diagramach sekwencji można stosować pewną dodatkową notację oznaczającą tworzenie i usuwanie uczestników. Aby utworzyć uczestnika, należy narysować strzałkę komunikatu łączącą się bezpośrednio z prostokątem uczestnika. Nazwa komunikatu jest w tym wypadku opcjonalna. Można tę nazwę opisać typem konstruktora, którego wywołuje się do tworzenia obiektu. Nazwa nowy jest uniwersalna i nie pokazuje, którego konstruktora użyto. Jeśli uczestnik zaraz po pojawieniu się wykonuje jakąś czynność, na przykład wywołuje komunikat kwerendy, to słupek aktywacji jest umieszczany bezpośrednio pod prostokątem uczestnika. Usunięcie uczestnika jest oznaczane dużym krzyżykiem w kształcie litery X. Strzałka komunikatu skierowana w stronę tego krzyżyka oznacza, że jeden uczestnik jawnie usuwa innego uczestnika. Krzyżyk umieszczony na końcu linii czasu oznacza, że uczestnik usuwa się sam. W środowisku, w którym zwalnianie pamięci przebiega automatycznie (Java,.NET) nie usuwa się obiektów bezpośrednio, ale nadal warto używać krzyżyków w celu wskazania, kiedy obiekt już przestaje być potrzebny i jest gotowy do usunięcia. Jest to również wskazane dla operacji zamykania, w celu zaznaczenia, że obiekt nie będzie już używany. 4

Rodzaje komunikatów Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 5 W nowej wersji języka UML strzałka z wypełnionym grotem oznacza komunikat synchroniczny, a strzałka z grotem otwartym należy do komunikatu asynchronicznego. Jeśli obiekt wysyła komunikat synchroniczny, to musi zaczekać na jego zrealizowanie, na przykład na wykonanie podprocedury. Jeśli natomiast obiekt wysyła komunikat asynchroniczny, to może kontynuować przetwarzanie, nie czekając na odpowiedź. Komunikaty asynchroniczne występują w aplikacjach wielowątkowych i w oprogramowaniu pośredniczącym opartym na komunikatach. Asynchroniczność umożliwia szybsze reagowanie i redukuje występowanie sprzężeń czasowych, ale utrudnia wykrywanie błędów w kodzie programu. 5

Pętle i instrukcje warunkowe procedure wysłanie foreach (pozycjazamówienia) if (produktwartość > 10000 zł) ostrożny.wysłanie else zwykły.wysłanie end if end for if (wymaganepotwierdzenie) komunikator.potwierdzenie end procedurę Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 6 Częstym problemem towarzyszącym diagramom sekwencji jest to, jak pokazać pętle i zachowania warunkowe. Przede wszystkim warto od razu zaznaczyć, że nie jest to coś, przy czym diagramy sekwencji dobrze się spisują. Aby pokazać tego typu struktury sterujące, znacznie lepiej użyć diagramu czynności lub nawet samego kodu programu. Diagramy sekwencji należy traktować jako sposób wizualnego przedstawienia, w jakie interakcje wchodzą ze sobą obiekty, a nie jako sposób modelowania logiki sterującej systemem. Jeśli chodzi o samą notację, to zarówno pętle, jak i instrukcje warunkowe korzystają z ramek interakcji, które służą do wyróżnienia fragmentu diagramu sekwencji. Na slajdzie zilustrowano nieskomplikowany algorytm oparty na pseudokodzie zaprezentowanym na lewo od diagramu. Ogólnie, ramki składają się z pewnego obszaru diagramu sekwencji, który może być dodatkowo podzielony na kilka fragmentów. Każda ramka ma operator a każdemu wydzielonemu fragmentowi ramki może towarzyszyć warunek. Aby przedstawić pętlę, używa się operatora loop i jednego fragmentu ramki, a podstawę iteracji umieszcza się w warunku. Dla instrukcji warunkowej można użyć operatora alt, a w każdym fragmencie ramki umieścić warunek. Zostaje wykonany tylko ten fragment, którego warunek jest prawdziwy. Jeśli istnieje tylko jeden obszar, to rządzi nim operator opt. Ramki interakcji są nowością w UML-u 2.0. Na diagramach przygotowanych przed pojawieniem się UML-a 2.0 stosowano inne podejścia. 6

Operatory ramek interakcji alt (od alternative) określający warunek wykonania bloku operacji, odpowiadający instrukcji if-else; warunek umieszcza się wówczas wewnątrz bloku w nawiasach kwadratowych opt (od optional) reprezentujący instrukcję if (bez else). Fragment zostaje wykonany tylko wówczas, gdy zawarty w nim warunek jest prawdziwy. Jest to odpowiednik operatora alt z jednym wyjściem. par (od parallel) nakazujący wykonać operacje równolegle Loop - definiujący pętlę typu for (o określonej z góry liczbie iteracji) lub while (wykonywanej dopóki pewien warunek jest prawdziwy) critical oznaczający obszar krytyczny. Fragment może mieć tylko jeden wątek uruchomiony w danej chwili. neg (od negation)negacja. Fragment przedstawia niepoprawną interakcję. W ten sposób opisujemy niepożądane interakcje w systemie. ref (od reference) Referencja. Odwołuje się do interakcji zdefiniowanej na innym diagramie. Ramka jest rysowana tak, aby przykrywać linie czasu biorące udział w interakcji. Można zdefiniować parametry i wartość zwrotną. sd (od sequence diagram) Diagram sekwencji. Używany do otoczenia ramką całego diagramu sekwencji, w miarę potrzeby. Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 7 7

Kiedy używać diagramów sekwencji Należy stosować diagramy sekwencji, aby spojrzeć na zachowanie się kilku obiektów w ramach jednego przypadku użycia systemu. Diagramy sekwencji są użyteczne do przedstawiania współpracy obiektów nie są jednak najlepsze do podawania ścisłej definicji zachowań. Do obserwowania zachowania się jednego obiektu w ramach kilku przypadków użycia należy zastosować diagram stanów. Do badania zachowania w wielu przypadkach użycia lub wielu wątkach należy rozważyć zastosowanie diagramów czynności. Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 8 8

Diagramy pakietów (1) Pakiet jest elementem grupującym pozwalającym na pogrupowanie dowolnych bytów UML-a w jednostki wyższego poziomu. Najczęstszym sposobem użycia pakietów jest grupowanie klas. Właśnie to użycie zostanie zaprezentowane w tym fragmencie wykładu. W modelu UML: Każda klasa jest składnikiem jednego pakietu Pakiety mogą być składnikami innych pakietów. Umożliwia to utworzenie hierarchicznej struktury, w której pakiety najwyższego poziomu są podzielone na mniejsze pakiety mające swoje własne podpakiety itd., aż hierarchia osiągnie najniższy poziom w postaci klas. Pakiet może zawierać zarówno pakiety podrzędne, jak i klasy. W językach programowania pakiety odpowiadają takim elementom, jak pakiety w Javie i przestrzenie nazw w językach C++ i.net. Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 9 Klasy są podstawowym składnikiem struktury systemu obiektowego. Są bardzo przydatne, jednak do tworzenia struktury ogromnych systemów, mających po kilkaset klas, potrzeba czegoś więcej. UML umożliwia grupowanie klas w pakiety. Diagramy pakietów służą do bardzo ogólnej prezentacji systemu. Pakiety są wykonywane w perspektywie projektowej lub implementacyjnej stąd na wykładzie z modelowania systemów informatycznych tego typu diagramy nie były prezentowane. Każdy pakiet reprezentuje przestrzeń nazw, co oznacza, że każda klasa musi mieć jednoznaczną nazwę wewnątrz zawierającego ją pakietu. Jeśli chcemy utworzyć klasę o nazwie Data i klasa Data już istnieje w pakiecie System, to nadal możemy mieć klasę Data, jeśli umieścimy ją w odrębnym pakiecie. Aby rozpoznać, która jest która, można użyć w pełni kwalifikowanej nazwy, tzn. nazwy uwzględniającej również zawierający klasę pakiet. Do określania nazw pakietów w UML-u używa się podwójnych dwukropków, więc na przykład klasy Data mogłyby mieć nazwy System::Data oraz MartinFowler::Użytkil::Data. 9

Diagramy pakietów (2) Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 10 Na diagramach pakiety są oznaczane za pomocą folderów z zakładkami. Na rysunku pokazano przykład takiego diagramu. Można uwidocznić tylko nazwę pakietu lub też jego zawartość. Wszędzie można używać zamiennie w pełni kwalifikowanych nazw lub zwykłych nazw prostych. Zawartość pakietu można przedstawić za pomocą ikon klas i uwzględnić wszystkie szczegóły klasy, nawet do poziomu diagramu klasy. Wypisanie samych nazw klas ma sens wtedy, gdy chcemy jedynie wskazać, jakie klasy znajdują się w poszczególnych pakietach. Znacznie częściej spotyka się krótkie nazwy klas, takie jak Datę (z pakietu java.util), niż nazwy w pełni kwalifikowane. W UML-u klasy w pakietach mogą być publiczne lub prywatne. Klasa publiczna jest częścią interfejsu pakietu i może być używana przez inne pakiety. Klasa prywatna jest ukryta. W różnych środowiskach programistycznych stosuje się różne reguły dotyczące zakresów widoczności występujących między poszczególnymi elementami pakietów. Należy przestrzegać konwencji środowiska programistycznego, nawet jeśli wymaga to nagięcia zasad UML-a. Dobrą praktyką jest ograniczenie interfejsu pakietu do niewielkiego podzbioru operacji klas publicznych. Można to osiągnąć, nadając wszystkim klasom prywatny zasięg widoczności, tak aby były one widziane tylko przez inne klasy tego pakietu, i dorzucając do pakietu dodatkowe klasy publiczne dla definicji zachowania publicznego. Te dodatkowe klasy, zwane fasadami, zlecają wykonanie operacji publicznych ich prywatnym partnerom w ramach pakietu. W jaki sposób zdecydować, które klasy umieścić w poszczególnych pakietach? Jest to dość trudne pytanie i aby umieć na nie odpowiadać, trzeba posiąść duże umiejętności w dziedzinie projektowania. Pakiety powinny być tworzone tak aby były jak najbardziej spójne wewnętrznie i aby było jak najmniej zależności między pakietami. Każdy nowy element wstawiany do pakietu powinien stanowić pełną całość wraz z pozostałymi elementami w pakiecie (powinien być z nimi w pewien sposób powiązany). Dobrym testem na sprawdzenie czy pakiet jest spójny może być próba nadania krótkiej nazwy pakietowi. Jeżeli istnieją problemy z nadaniem takiej nazwy to prawdopodobnie można dodać do pakietu niepowiązane elementy. 10

Zależności między pakietami Diagram pakietów przedstawia pakiety i zależności między nimi. Pojęcie zależności wprowadziłem na poprzednim wykładzie slajd 20. Jeżeli w pakiecie A istnieje przynajmniej jedna klasa, która jest zależna od przynajmniej jednej klasy pakietu B to mówimy, że pakiet A jest zależny od pakietu B. W ten sposób zależności między pakietami podsumowują zależności między zawartościami tych pakietów. Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 11 UML wymienia wiele różnych zależności, z których każda ma własną semantykę i słowo kluczowe. Zwykle jednak łatwiej jest zaczynać od ogólnych zależności bez słów kluczowych, a dopiero później, w miarę potrzeb, stosować bardziej wyrafinowane, jeżeli oczywiście jest to potrzebne. W średnich i dużych systemach narysowanie diagramu pakietów może być jedną z najbardziej wartościowych czynności, którą można wykonać w celu skontrolowania wielkoskalowej struktury systemu. W idealnej sytuacji diagram taki powinien zostać wygenerowany z samego kodu, tak aby można było zobaczyć, co rzeczywiście znajduje się w systemie. Dobra struktura pakietów charakteryzuje się przejrzystym przepływem zależności. Tę cechę trudno zdefiniować, ale często łatwiej rozpoznać. Na rysunku pokazano przykładowy diagram pakietów dla aplikacji przedsiębiorstwa, który ma dobrą strukturę i przejrzysty przepływ zależności. Często przejrzysty przepływ zależności można rozpoznać po tym, że wszystkie zależności podążają w jednym kierunku. Mimo że jest to dobry wyznacznik, to widać na rysunku, że pakiety warstwy odwzorowania danych nie są zgodne z tą regułą. Pakiety te stanowią warstwę izolacyjną między pakietami domeny i bazy danych. Im więcej zależności dochodzi do pakietu, tym stabilniejszy musi być interfejs tego pakietu, ponieważ każda zmiana w interfejsie przeniesie się na wszystkie zależne pakiety. A zatem na rysunku pakiet warstwy domeny aktywów musi mieć stabilniejszy interfejs niż pakiet warstwy odwzorowania danych leasingu. Aby pakiet był bardziej stabilny powinien zawierać możliwie dużo interfejsów i klas abstrakcyjnych (patrz slajd 25 z poprzedniego wykładu). Relacje zależności nie są przechodnie (poprzedni wykład slajd 20). Aby dostrzec, dlaczego jest to istotne w wypadku zależności, spójrzmy ponownie na rysunek na slajdzie. Zmiana w klasie pakietu aktywa-domena może pociągnąć za sobą zmianę w pakiecie leasing-domena. Ale ta zmiana niekoniecznie przeniknie do warstwy prezentacji dziedziny leasingu. (Stanie się tak tylko wtedy, gdy dziedzina leasingu zmieni swój interfejs.) 11

Pakiet jak zbiór klas abstrakcyjnych i interfejsów Aplikacja Bramka Bazy danych Bramka Oracle Bramka SQL Server Bramka Test Stub Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 12 Zdarza się, że jeden pakiet definiuje interfejs implementowany przez kilka innych pakietów, na przykład tak jak na zaprezentowanym rysunku. W takim wypadku relacja implementacji wskazuje na to, że bramka bazy danych definiuje Merfejs, a inne klasy bramek bazodanowych zapewniają implementację. W praktyce oznaczałoby to, że pakiet bramki bazodanowej zawiera interfejsy i klasy abstrakcyjne zaimplementowane całkowicie przez inne pakiety. Bardzo częstą praktyką jest umieszczanie interfejsu i jego implementacji w osobnych pakietach. 12

Przykład pakietu z interfejsem Ogrzewanie::Grzejnik Oświetlenie::Lampa Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 13 Załóżmy, że należy zaprojektować element interfejsu użytkownika do włączania i wyłączania różnych urządzeń. Element ten powinien współpracować z wieloma różnymi urządzeniami, takimi jak grzejniki i światła. Musi wywoływać metodę na przykład dla grzejnika, ale nie powinien być od niego zależny. Powstania zależności między grzejnikiem a elementem sterującym można uniknąć, definiując w pakiecie elementu sterującego interfejs, który następnie zostanie zaimplementowany przez dowolną klasę, która zechce współpracować z tym elementem sterującym. Ilustruje to rysunek na slajdzie 13

Używanie diagramów pakietów Diagramy pakietów są przydatne w dużych systemach, gdyż pozwalają na uzyskanie obrazu zależności między głównymi elementami. Diagramy pakietów dobrze odpowiadają często stosowanym strukturom programistycznym. Rysowanie diagramów pakietów i zależności pomaga w utrzymywaniu pod kontrolą zależności występujących w aplikacji. Diagramy pakietów reprezentują mechanizm grupowania w czasie kompilowania programu. Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 14 14

Diagram stanów Diagram stanów przedstawia maszynę stanową składającą się ze stanów, przejść, zdarzeń i czynności. Opisuje on stany pewnego procesu, które są istotne z punktu widzenia modelu pojęciowego tego procesu, oraz przejścia pomiędzy stanami wymuszane poprzez wywoływane usługi obiektu. Określa też reakcje obiektu na zdarzenia zachodzące podczas jego użycia. Diagram stanów odnosi się do modelowania dynamicznych aspektów systemu. Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 15 Zasady tworzenia diagramów stanów zaprezentowano na wykładzie dotyczącym modelowania systemów informatycznych w poprzednim semestrze. W celu przypomnienia podstawowych informacji dotyczących diagramów stanów proszę przeczytać odpowiedni fragment kursu modelowania systemów informatycznych. Na niniejszym wykładzie zamierzam zaprezentować jedynie sposoby implementacji diagramów stanów na podstawie przykładu. Będąc studentem, a nie było to tak dawno (niestety za kilka lat to ostatnie wtrącenie będę musiał wykreślić), namiętnie grałem w gry strategiczne typu Heroes of Might and Magic, Age of Empires, Red Alert. Niestety teraz nie mam już czasu na tego typu intelektualne przygody. Ponieważ jednak darze sentymentem gry strategiczne to mój przykład będzie związany z pewnym aspektem tego typu gier. Załóżmy, że gramy w grę gdzie musimy rozbudowywać osadę. Pierwszym budynkiem jaki należy zbudować aby stworzyć wioskę jest chata sołtysa. Następnie rozbudowujemy wioskę tworząc kolejne chaty i zakłady rzemieślnicze, koszary itd. Kiedy liczba mieszkańców przekroczy 100 wtedy możemy zlecić rozbudowanie (upgrade) chaty sołtysa do ratusza. Wydanie zlecenia rozbudowy chaty sołtysa pod warunkiem osiągnięcia liczby 100 mieszkańców oznacza przekształcenie wioski w miasto. Miasto rozbudowujemy dalej o nowe budynki również takie których nie mogliśmy tworzyć we wiosce. Wydanie zlecenia rozbudowy ratusza do zamku królewskiego pod warunkiem osiągnięcia liczby 1000 mieszkańców oznacza przekształcenie miasta w stolicę. Status stolicy oznacza dodatkowe przywileje oraz umożliwia budowanie nowych budynków, których nie można było budować w mieście (zwłaszcza budynki obronne). Oczywiście nasza osada może zostać zaatakowana przez obcą armię. Wtedy może stracić status stolicy jeżeli liczba mieszkańców spadnie poniżej 1000 lub status miasta jeżeli liczba mieszkańców spadnie poniżej 100. Jeżeli natomiast we wiosce zostanie zburzona chata sołtysa, w mieście ratusz, a w stolicy zamek królewski to osada przestaje istnieć. Oczywiście jest to przykład uproszczony i z punktu widzenia logiki gry można by się do niego w kilku miejscach przyczepić. Przykład uprościłem specjalnie aby stworzyć w miarę prosty i czytelny diagram stanów zaprezentowany na następnym slajdzie. 15

Przykład diagramu stanów Wybud. chaty sołtysa [odpowiednia ilość miejsca na planszy] Wioska Zburzenie chaty sołtysa [lm < 100]/ Zablokowanie budowania budynków miasta i niemożność korzystania z bud. miasta Zlecenie wybud. ratusza [lm 100]/ Możliwość budowania budynków miejskich Zburzenie ratusza Miasto Zlecenie wybud. ZK [lm 1000 ]/ Możliwość budowania budynków stolicy [lm < 1000]/Zablokowanie budowania budynków stolicy i niemożność korzystania z bud. stolicy Stolica Legenda: Zburzenie ZK ZK zamek królewski lm liczba mieszkańców Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 16 16

Implementacja diagramu stanów - switch void Osada::ObslugaPrzejścia(ZdarzenieOsady Zd) { switch (StanAktualny){ case StanOsady.Wioska: switch(zd){ case ZdarzenieOsady.ZlecenieWybudRatusza: if(lm>=100) StanAktualny = StanOsady.Miasto; break; case ZdarzenieOsady.ZburzenieChatySoltysa: StanAktualny = StanOsady.Zburzona; break; } break; case StanOsadyMiasto: switch(zd){ case ZdarzenieOsady.ZlecenieWybudZK: if(lm>=1000) StanAktualny = StanOsady.Stolica; break; case ZdarzenieOsady.ZburzenieRatusza: StanAktualny = StanOsady.Zburzona; break; case StanOsadyStolica: switch(zd){ case ZdarzenieOsady.ZburzenieZK: StanAktualny = StanOsady.Zburzona; } if(lm < 1000) StanAktualny = StanOsady.Miasto; }// Koniec switch(stanaktualny) }//koniec funkcji Obsluga zdarzenia } if(lm < 100) StanAktualny = StanOsady.Wioska; break; Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 17 Najbardziej bezpośrednim podejściem jest zaimplementowanie diagramu stanów za pomocą zagnieżdżonej instrukcji switch. Na aktualnym slajdzie zaprezentowano przykład takiej implementacji dla diagramu ze slajdu 16. Proszę zauważyć, że funkcja ObsługaPrzejścia obsługuje tzw. przejścia automatyczne czyli takie, które zachodzą automatycznie przy spełnieniu określonego warunku. Przejścia takie nie są rezultatem generacji jakiegokolwiek zdarzenia Zd. Stąd czy funkcja będzie działać poprawnie dla tego typu przejść? Funkcja ta będzie działać poprawnie dla przejść automatycznych wtedy gdy będzie wywoływana przy każdym obiegu pętli komunikatów niezależnie czy wygenerowano ZdarzenieOsady czy nie. Można również postąpić inaczej i obsługę przejść automatycznych umieścić w osobnej funkcji, która będzie wywoływana w każdym obiegu pętli obsługi komunikatów. Wtedy funkcję ObsługaPrzejścia będzie można wywoływać tylko wtedy gdy wygenerowano ZdarzenieOsady. W powyższym pseudokodzie nie uwzględniono przejścia realizowanego przez zdarzenie wybudowania chaty sołtysa. Przejście to prowadzi od pseudostanu do stanu Wioska i jest związane z utworzeniem obiektu klasy Osada stąd nie może być obsłużone w funkcji z klasy Osada. Przejście to powinno być obsłużone w globalnej funkcji obsługi przejść. Rezultatem tego przejścia będzie utworzenie obiektu klasy Osada, ustawienie jej parametrów początkowych i dodanie obiektu do kolekcji wszystkich obiektów gry. Proszę również zauważyć, że w niniejszym kodzie nie zaprezentowano akcji typu odblokowania, zablokowania budowania budynków miasta lub stolicy przy odpowiednich przejściach. Dzieje się tak dlatego, że w kodzie możliwość budowania budynków miasta lub stolicy rozpoznaje się po stanie osady. Mimo że podejście z instrukcją switch wydaje się najbardziej oczywiste prowadzi do powstania długiego i nieczytelnego kodu nawet w prostych przypadkach. 17

Implementacja diagramu stanów klasa abstrakcyjna Kontroler ZmianaStanuNa(StanOsady ) ObsZlecenieWybudRatusza(Kontroler* K) ObsZburzenieChatySoltysa(Kontroler* K) ObsZlecenieWybudZK(Kontroler* K) ObsZburzenieRatusza(Kontroler* K) ObsZburzenieZK(Kontroler* K) ObsZdAutomatycznych() stan 1 StanOsady ObsZlecenieWybudRatusza(Kontroler* K) ObsZburzenieChatySoltysa(Kontroler* K) ObsZlecenieWybudZK(Kontroler* K) ObsZburzenieRatusza(Kontroler* K) ObsZburzenieRatusza(Kontroler* K) ObsZburzenieZK(Kontroler* K) ObsZdAutomatycznych(Kontroler* K) stan->obszdautomatycznych(this) StanWioska StanMiasto StanStolica StanKoniec ObsZlecenieWybudRatusza(Kontroler* K) ObsZburzenieChatySoltysa(Kontroler* K) ObsZdAutomatycznych(Kontroler* K) ObsZlecenieWybudZK(Kontroler* K) ObsZburzenieRatusza(Kontroler* K) ObsZdAutomatycznych(Kontroler* K) ObsZburzenieZK(Kontroler* K) ObsZdAutomatycznych(Kontroler* K) If(lm >= 100) K->ZmianaStanuNa(StanMiasto); If(lm < 100) K->ZmianaStanuNa(StanWioska); Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 18 W metodzie ze wzorcem klasy stanów tworzy się hierarchię klas stanów do obsługi zachowania się tych stanów. Każdy stan na diagramie ma jedną podklasę stanów. Kontroler ma metody dla każdego zdarzenia, które po prostu powodują odesłanie do odpowiedniej klasy stanów. Na szczycie hierarchii zdarzeń znajduje się klasa abstrakcyjna (StanOsady), która implementuje wszystkie możliwe metody obsługi zdarzeń tak aby nic nie robiły. Każda klasa konkretnego stanu przeciąża metody obsługujące przejścia wychodzące z tego stanu. Powyższy przykład pokazuje diagram klas UML, z fragmentami kodu w C++, prezentujący klasy implementacyjne diagramu stanów ze slajdu 16. 18

Implementacja diagramu stanu tablica stanów Stan źródłowy Stan docelowy Zdarzenie Dozór Procedura Pseudostan Wioska WybudChatySołtysa Odpowiednia ilość miejsca na planszy Umożliwienie rozbudowy osady Wioska Koniec ZburzenieChatySoltysa Wioska Miasto ZlecenieWybudRatusza lm 100 Umożliwienie budowy budynków miasta Miasto Koniec ZburzenieRatusza Miasto Wioska lm < 100 Zablokowanie budowania budynków miejskich oraz możliwości korzystania z nich Miasto Stolica ZlecenieWybudZK lm 1000 Umożliwienie budowy budynków stolicy Stolica Koniec ZburzenieZK Stolica Miasto lm < 1000 Zablokowanie budowania budynków miejskich oraz możliwości korzystania z nich Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 19 Tabela stanów to trzecie podejście polegające na zakodowaniu informacji z diagramu stanów w postaci tabeli danych. Przykładowemu diagramowi ze slajdu 16 odpowiada tabela zaprezentowana na niniejszym slajdzie. Po sporządzeniu tabeli tworzy się interpreter, który używa tablicy stanów w czasie wykonywania programu, albo generator kodu, który tworzy klasy na podstawie tabeli stanów. Tabela ma taką zaletę, że może być modyfikowana bez ponownej kompilacji programu. Wzorzec stanów jest łatwiejszy do przygotowania, gdy jest potrzebny doraźnie, chociaż potrzeba nowej klasy dla każdego stanu, to nie ma przy tym zbyt dużo kodowania. Niezależnie od tego jaki sposób implementacji stosujemy to zwykle w realnych zadaniach implementacja stanów prowadzi do bardzo skomplikowanego kodu stąd zastosowanie narzędzi CASE w postaci generatorów kodu jest tu ze wszech miar uzasadnione. 19

Diagramy wdrożenia Diagramy wdrożenia przedstawiają fizyczny układ systemu. Pokazują, w których częściach sprzętu działają poszczególne fragmenty oprogramowania. Klient-przeglądarka Znacznik z wartością Serwer aplikacji przeglądarka Klient dedykowany {OS=Windows} ReaClient.exe http/internet http/sieć lokalna Węzeł urządzenia Serwer WWW {OS=Linux} {serwer WWW = apache} {Obsługa konta} {liczba wdrożeń = 5} Ścieżka komunikacyjna Zapytanie SQL SQL server System bazodanowy kont klientów Oracle Wdrożony artefakt Węzeł środowiska wykonawczego Projektowanie systemów informatycznych, wykład 3 20 Diagramy wdrożeń przygotowywane są na etapie projektowania systemu i pokazują miejsca wdrożeń poszczególnych fragmentów systemu, więc okazują się bardzo pomocne w wypadku dużych systemów oraz systemów rozproszonych. Na rysunku znajduje się prosty przykład diagramu wdrożenia. Głównymi elementami diagramu są węzły połączone za pomocą ścieżek komunikacyjnych Węzeł jest to coś, co może utrzymywać jakąś część oprogramowania. Są dwa rodzaje węzłów. Pierwszym jest węzeł urządzenia, czyli sprzęt. Węzeł urządzenia może reprezentować komputer albo mniej złożoną część sprzętu komputerowego podłączoną do systemu. Drugim rodzajem jest węzeł środowiska wykonawczego. Reprezentuje on oprogramowanie, które samo się uruchamia lub zawiera inne oprogramowanie Przykładem może tu być system operacyjny. Węzły zawierają artefakty, czyli oprogramowanie w fizycznej postaci najczęściej pliki. Pliki mogą być zbiorami wykonywalnymi (na przykład.exe, pliki binarne, biblioteki DLL, pliki JAR, asemblacje lub skrypty) lub plikami danych, plikami konfiguracyjnymi, dokumentami HTML itp. Wpisanie artefaktu do węzła oznacza, że artefakt ten jest wdrożony do tego węzła w działającym systemie. Artefakty można przedstawić albo za pomocą ramek klas, albo wypisując ich nazwy w węźle. W wypadku użycia pierwszego sposobu można dodać ikonę dokumentu lub słowo kluczowe «artifact». Węzły lub artefakty można oznaczyć za pomocą znaczników z wartościami. W ten sposób można podać różne interesujące informacje o węźle, takie jak producent, system operacyjny, lokalizacja itd. Często w systemach istnieje kilka fizycznych węzłów wykonujących to samo logiczne zadanie. Można to pokazać za pomocą kilku ramek węzłów lub za pomocą znacznika z liczbą wdrożeń (Przykładowo na rysunku 5 serwerów WWW). Ścieżki komunikacyjne między węzłami ilustrują, w jaki sposób poszczególne elementy komunikują się ze sobą. Ścieżki te można oznaczyć etykietami i zapisać w nich informacje o użytych protokołach komunikacyjnych. 20