Примечание (note) предназначено для включения в модель произвольной текстовой информации, имеющей непосредственное отношение к контексту разрабатываемого проекта.

Формализация функциональных требований к системе с помощью диаграммы вариантов использования

Отдельные варианты использования могут применяться как для спецификации требований к проектируемой системе, так и для документирования процесса поведения имеющейся системы. Кроме этого, варианты использования неявно специфицируют требования, определяющие особенности взаимодействия пользователей с системой, которые специфицируют возможность корректной работы с предоставляемыми данной системой сервисами.

Требование (requirement) - желательное свойство, характеристика или условие, которым должна удовлетворять система в процессе своей эксплуатации.

Применительно к программным системам предложена следующая классификация требований, которая получила название модели FURPS+, что соответствует первым буквам соответствующих категорий требований на английском языке:

• функциональные требования (Functionality)
• требования удобства использования (Usability)
• требования надежности (Reliability)
• требования производительности (Performance)
• требования возможности сопровождения (Supportability)

При этом символом "+" обозначены дополнительные условия, к которым относятся:

• проектные ограничения
• требования управления системой
• требования к графическому интерфейсу пользователя
• физические требования
• юридические требования

Центральное место среди указанных требований занимают функциональные, которые специфицируют особенности реализации отдельных бизнес-процессов моделируемой системы. В контексте моделей языка UML именно функциональные требования должны служить исходной информацией для построения диаграмм вариантов использования. Однако графических средств языка UML на практике оказывается недостаточно для спецификации функциональных требований.

Следует отметить, что одним из требований языка UML является самодостаточность диаграмм для представления информации о моделях проектируемых систем. Однако большинство разработчиков и экспертов согласны с тем, что изобразительных средств языка UML явно не хватает для того, чтобы учесть на диаграммах вариантов использования особенности функционального поведения сложной системы. С этой целью рекомендуется дополнять этот тип диаграмм текстовыми сценариями, которые уточняют или детализируют последовательность действий, совершаемых системой при выполнении ее вариантов использования.

Сценарий (scenario) - определенная последовательность действий, которая описывает действия актеров и поведение моделируемой системы в форме обычного текста.

В контексте языка UML сценарий используется для дополнительной иллюстрации взаимодействия актеров и вариантов использования. Предлагаются различные способы представления или написания подобных сценариев. Один из таких шаблонов рассматривается ниже и может быть рекомендован читателям для применения на начальных этапах концептуального моделирования (табл. 4.1).

При написании сценариев вариантов использования важно понимать, что текст сценария должен дополнять или уточнять диаграмму вариантов использования, но не заменять ее полностью. В противном случае будут потеряны достоинства визуального представления моделей.

Построение диаграммы вариантов использования - самый первый этап процесса объектно-ориентированного анализа и проектирования, цель которого - представить совокупность функциональных требований к поведению проектируемой системы. Спецификация требований к проектируемой системе в форме диаграммы вариантов использования и дополнительных сценариев может представлять собой самостоятельную модель, которая в языке UML получила название модели вариантов использования и имеет свое специальное стандартное имя или стереотип <<useCaseModel>>.

Все заданные в этой модели требования допустимо представить в виде общей модели системы, которая может быть оформлена как отдельный пакет Система. Этот пакет в свою очередь может представлять собой иерархию пакетов, на самом верхнем уровне которых содержится множество классов, реализующих базовые варианты использования проектируемой системы. При этом пакет системы самого верхнего уровня может быть дополнительно помечен стереотипом <<topLevelPackage>>.

Особенности спецификации функциональных требований на диаграмме вариантов использования

Для иллюстрации особенностей спецификации функциональных требований на диаграмме вариантов использования можно рассмотреть модель обычного банкомата. Процесс функционирования этой системы хорошо знаком владельцам кредитных карточек, поэтому не требует дополнительного описания. Особенность отечественных банкоматов состоит в том, что в них отсутствует возможность перевода средств с одного счета на другой. Рассматриваемая система имеет двух актеров, один из которых является клиентом банкомата, а другой - Банком, который осуществляет выполнение соответствующих транзакций. Каждый из этих актеров взаимодействует с банкоматом, хотя главный актер Клиент, поскольку именно он инициирует функциональность банкомата.

Основные функциональные требования к банкомату заключаются в предоставлении клиенту возможности снятия наличных по кредитной карточке и получении справки о состоянии счета. Именно эти функциональные требования специфицируются отдельными вариантами использования, которые служат ключевыми элементами соответствующей концептуальной модели. Поскольку для выполнения этих вариантов использования необходимо аутентифицировать кредитную карточку, они оба обращаются к дополнительному сервису "Проверка ПИН-кода кредитной карточки". Как следует из существа выдвигаемых к банкомату функциональных требований, этот сервис может выступать в качестве отдельного варианта использования разрабатываемой диаграммы и соединяться с первыми двумя вариантами отношением включения. Соответствующая диаграмма вариантов использования может включать в себя только указанных двух актеров и три варианта использования (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Диаграмма вариантов использования для модели банкомата

На следующем этапе разработки модели вариантов использования для рассматриваемой системы банкомата следует дополнить данную диаграмму текстовым сценарием, написанным на основе предложенного ранее шаблона (табл. 4.1). Этот сценарий будет дополнять диаграмму, раскрывая содержание и логическую последовательность отдельных действий , которые выполняются системой и актерами в процессе снятия наличных по кредитной карточке. В этом случае сценарий удобно представить в виде трех таблиц, каждая из которых описывает отдельный раздел шаблона.

В главном разделе сценария (табл. 4.2) указывается имя рассматриваемого варианта использования, имена взаимосвязанных с ним актеров, цель выполнения варианта, условный тип и ссылки на другие варианты использования.

В следующем разделе сценария (табл. 4.3) описывается последовательность действий, приводящая к успешному выполнению рассматриваемого варианта использования. При этом инициатором действий должен выступать актер Клиент. Для удобства последующих ссылок каждое действие помечается порядковым номером в последовательности.

В третьем разделе сценария (табл. 4.4) описывается последовательность действий, выполняемых при возникновении исключительных ситуаций или исключений.

Можно дополнить данный сценарий, аналогичным образом описав не только варианты использования "Получение справки о состоянии счета" и "Проверка Пин-кода кредитной карточки", но и рассмотрев другие исключения, например отказ клиента от получения наличных после проверки ПИН-кода и т.п. При этом полнота сценариев и модели вариантов использования будут определяться теми функциональными требованиями, которые сформулированы в рамках конкретного проекта разработки соответствующего банкомата.

Отдельные небольшие по своему объему сценарии могут быть размещены на диаграмме в форме примечаний.

Примечание (note) предназначено для включения в модель произвольной текстовой информации, имеющей непосредственное отношение к контексту разрабатываемого проекта.

В качестве такой информации могут быть комментарии разработчика (например, дата и версия разработки диаграммы или ее отдельных компонентов), ограничения (например, на значения отдельных связей или экземпляры сущностей) и помеченные значения. Применительно к диаграммам вариантов использования примечание может иметь уточняющую информацию, относящуюся к контексту тех или иных вариантов использования.

Графически примечания на всех типах диаграмм обозначаются прямоугольником с "загнутым" верхним правым уголком (рис. 4.2). Собственно текст примечания размещается внутри этого прямоугольника. Примечание может относиться к любому элементу диаграммы, в этом случае их соединяет пунктирная линия. Если примечание относится к нескольким элементам, то от него проводятся соответственно, несколько линий. Как уже отмечалось, примечания могут присутствовать не только на диаграмме вариантов использования, но и на других канонических диаграммах.

Рис. 4.2. Примеры примечаний на диаграммах вариантов использования

Если в примечании указывается ключевое слово <<constraint>>, то данное примечание является ограничением, налагаемым на соответствующий элемент модели, но не на саму диаграмму. При этом запись ограничения заключается в фигурные скобки и должна соответствовать правилам построения выражений языка OCL. Однако для диаграмм вариантов использования ограничения включать в модели не рекомендуется, поскольку они достаточно жестко регламентируют физические аспекты реализации системы, что противоречит концептуальному характеру общей модели вариантов использования.

Рекомендации по разработке диаграмм вариантов использования

Как было отмечено ранее, одно из главных назначений диаграммы вариантов использования заключается в формализации функциональных требований к системе. Диаграмма вариантов использования может служить основой для согласования с заказчиком функциональных требований к системе на ранней стадии проектирования. Любой из базовых вариантов использования в последующем может быть подвергнут декомпозиции на частные варианты использования. При этом рекомендуется, чтобы общее количество актеров в модели не превышало 20, а вариантов использования -50. В противном случае модель теряет свою наглядность и, возможно, заменяет собой одну из некоторых других диаграмм.

Для разработки диаграммы вариантов использования рекомендуется некоторая последовательность действий:

• Определить главных или первичных 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, предусловия и постусловия выполнения выбранного варианта использования
• Написать успешный сценарий реализации выбранного варианта использования
• Определить исключения или неуспех 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

Семантика построения диаграммы вариантов использования должна определяться следующими особенностями рассмотренных выше элементов модели. Отдельный экземпляр варианта использования по своему содержанию является выполнением последовательности действий, которая инициализируется посредством экземпляра сообщения от экземпляра актера. В качестве отклика или ответной реакции на сообщение актера выполняется последовательность действий, установленная для данного варианта использования. При этом актеры могут генерировать новые сообщения для инициирования вариантов использования.

Подобное взаимодействие будет продолжаться до тех пор, пока не закончится выполнение требуемой последовательности действий экземпляром варианта использования, и указанный в модели экземпляр актера не получит требуемый экземпляр сервиса. Окончание взаимодействия означает отсутствие инициализации сообщений от актеров для базовых вариантов использования.

Варианты использования могут быть дополнительно специфицированы примечаниями с текстом, которые в последующем могут стать прототипами операций и методов совместно с атрибутами. Дальнейшая разработка моделей связана с реализацией вариантов использования в виде графа деятельности, посредством конечного автомата или любого другого механизма логического представления поведения, включающего предусловия и постусловия. Взаимодействие между вариантами использования и актерами может уточняться на диаграмме кооперации, когда описываются взаимосвязи между системой, содержащей эти варианты использования, и окружением или внешней средой этой системы.

В случае, когда для представления иерархической структуры проектируемой системы применяются подсистемы, система может быть определена в виде вариантов использования на всех уровнях. Отдельные подсистемы или классы могут реализовывать собственные варианты использования. При этом наиболее общий или абстрактный вариант использования в последующем может уточняться множеством частных вариантов использования, каждый из которых будет определять сервис элемента модели, содержащийся в сервисе исходной системы. В этом контексте общий вариант использования может рассматриваться как суперсервис для уточняющих его вариантов использования, которые, в свою очередь, могут рассматриваться как подсервисы исходного варианта использования.

Отдельные варианты использования нижнего уровня могут участвовать в нескольких кооперациях, т. е. играть определенную роль при выполнении сервисов нескольких вариантов верхнего уровня. Для отдельных таких коопераций могут быть определены соответствующие роли актеров, взаимодействующих с конкретными вариантами использования нижнего уровня. Эти роли будут играть актеры нижнего уровня модели системы. Некоторые из таких актеров могут быть актерами верхнего уровня, но это не противоречит принятым в языке UML семантическим правилам построения диаграмм вариантов использования.

Однако следует заметить, что структура элемента-контейнера не может быть представлена вариантами использования, поскольку они могут представлять только функциональность отдельных элементов модели. Подчиненные варианты использования могут только кооперироваться для совместного выполнения суперсервиса варианта использования верхнего уровня. Эта кооперация также представляется на диаграмме кооперации в виде совместных действий отдельных элементов модели.

Окружение вариантов использования нижнего уровня - самостоятельный элемент модели, который, в свою очередь, может содержать другие элементы модели, определенные для этих вариантов использования. Таким образом, с точки зрения общего представления концептуальной модели взаимодействие между вариантами использования нижнего уровня определяет результат выполнения сервиса варианта верхнего уровня.

Реализация варианта использования зависит от типа элемента модели, в котором он определен. Например, варианты использования моделируемой программной системы могут быть реализованы посредством операций классов модели. Применительно к бизнес-системам варианты использования могут реализоваться сотрудниками этой системы. Во всех случаях элементы системы должны взаимодействовать друг с другом для совместного обеспечения требуемого поведения и выполнения вариантов использования модели.

Если в качестве моделируемой сущности выступает подсистема нижнего уровня, то отдельные пользователи вариантов использования этой подсистемы моделируются актерами. Такие актеры, в свою очередь, могут являться внутренними сотрудниками по отношению к моделируемым системам верхних уровней, что зачастую в явном виде не указываются на диаграммах. Эти элементы модели могут содержаться в других пакетах или подсистемах. В последнем случае роли актеров определяются в том пакете, к которому относится соответствующая подсистема.

Если варианты использования применяются для спецификации части системы, то они будут эквивалентны соответствующим вариантам использования в модели подсистемы соответствующего пакета. При этом важно понимать, что все функциональные требования к системе должны быть явно специфицированы на диаграмме вариантов использования, и никаких других сервисов, которые отсутствуют на данной диаграмме, проектируемая система не может выполнять по определению. Более того, если для моделирования поведения системы используются сразу несколько моделей, то множество вариантов использования всех пакетов системы должно быть эквивалентно множеству вариантов использования модели в целом.