UML-ElementeAnwendungsfalldiagramme beschreiben die Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen einer Gruppe von Anwendungsfällen und den teilnehmenden Akteuren in einem Prozess.
Dabei ist zu beachten, dass ein Anwendungsfalldiagramm nicht das Systemdesign widerspiegelt und damit keine Aussage über die Systeminterna trifft. Anwendungsfalldiagramme werden zur Vereinfachung der Kommunikation zwischen Entwickler und zukünftigen Benutzer bzw. Kunde erstellt. Sie sind vor allem bei der Festlegung der benötigten Kriterien des zukünftigen Systems hilfreich. Somit treffen Anwendungsfalldiagramme eine Aussage, was zu tun ist, aber nicht wie wie das erreicht wird.
Umbrello UML Modeller bei der Darstellung eines Anwendungfalldiagramms
Ein Anwendungsfall beschreibt, aus der Sicht des Akteurs eine Reihe von Aktivitäten im System, die ein konkret fassbares Ergebnis liefern.
Anwendungsfälle dienen als Beschreibung von typischen Interaktionen zwischen Benutzer und dem System. Sie stellen die externe Schnittstelle dar und spezifizieren damit die Anforderungen, was das System zu tun hat (nur das was, aber nicht das wie!).
Bei der Arbeit mit Anwendungsfällen, sollte man folgende einfache Regeln beachten:
jeder Anwendungsfall ist mindestens mit einem Akteur verbunden
jeder Anwendungsfall hat einen Auslöser (also einen Akteur)
jeder Anwendungsfall führt zu einem relevanten Ergebnis („messbar und wirtschaftlich relevant“)
Anwendungsfälle können untereinander in Verbindung stehen. Die 3 gebräuchlichsten Beziehungen zwischen Anwendungsfällen sind:
<<include>>, wodurch ausgesagt wird, dass ein Anwendungsfall in einem anderen Anwendungsfall stattfindet.
<<extends>>, wodurch ausgesagt wird, dass in einer bestimmten Situation (oder einem bestimmten Erweiterungspunkt) der Anwendungsfall durch einen anderen erweitert wird.
Verallgemeinerung, wodurch ausgesagt wird, dass ein Anwendungsfall die Eigenschaften eines „Super“anwendungsfalls (übergeordneten) erbt und diese überschreiben oder erweitern kann, ganz ähnlich wie bei der Vererbung zwischen Klassen.
Ein Akteur ist ein externes Objekt (außerhalb des Systems), welches mit dem System durch die Teilnahme und Auslösung von Anwendungsfällen in Kontakt tritt. Akteure können echte Menschen (z. B. der Benutzer des Systems), Computersysteme oder externe Ereignisse sein.
Akteure stellen somit nicht die physische Person oder System dar, sondern vielmehr die Rollen dieser Objekte. Steht eine physische Person auf verschiedenen Wegen (z. B. durch verschiedene Rollen) mit dem System in Kontakt, dann wird sie durch verschiedene Akteure dargestellt. So würde eine Person, die im Kundensupport genauso wie in der Auftragsannahme tätig ist, einmal als Akteur „Supportmitarbeiter“ und einmal als Akteur „Vertriebsmitarbeiter“ dargestellt werden.
Klassendiagramme zeigen die verschiedenen Klassen, aus denen das System besteht, und wie diese untereinander in Abhängigkeit stehen. Die Klassendiagramme werden als „statisch“ bezeichnet, da sie lediglich die Klassen mit ihren Methoden und Attributen sowie die statischen Verbindungen zwischen ihnen darstellen. Dabei wird gezeigt, welche Klassen von anderen Klassen „etwas wissen“ und welche Klassen „ein Teil“ von anderen Klassen sind. Es wird aber nicht der Nachrichtenaustausch (Methodenaufrufe) zwischen den Klassen dargestellt.
Umbrello UML Modeller bei der Darstellung eines Klassendiagramms
Eine Klasse definiert die Attribute und Methoden einer Menge von Objekten. Alle Objekte dieser Klasse (die Instanzen) haben das gleiche Verhalten und die gleichen Attribute (aber mit unterschiedlichen Werten). Der Begriff „Typ“ wird manchmal synonym für Klasse verwendet, aber es muss beachtet werden, dass Typ allgemeiner ist und daher die beiden Begriffe nicht identisch in ihrer Bedeutung sind.
In der UML werden Klassen als Rechtecke mit dem Klassennamen dargestellt. Sie können die Attribute und Operationen der Klasse in 2 extra „abgetrennten Bereichen“ innerhalb des Rechteck enthalten.
visuelle Darstellung einer Klasse in der UML
In der UML werden Attribute mindestens mit ihrem Namen dargestellt, es können aber noch der Typ, der Anfangswert und weitere Eigenschaften mit angezeigt werden. So kann man z. B. die Sichtbarkeit von Attributen mit darstellen:
+, steht für public (öffentliche) Attribute#, steht für protected (geschützte) Attribute-, steht für private Attribute
Operationen (Methoden) müssen ebenfalls mindestens mit ihrem Namen dargestellt werden und können weiterhin die Parameter und die Rückgabewerte in der Darstellung enthalten. Wie bei Attributen, ist die Sichtbarkeit ebenfalls darstellbar:
+, steht für public (öffentliche) Operationen#, steht für protected (geschützte) Operationen-, steht für private Operationen
Klassen können als Klassen-Templates genutzt werden um zu zeigen, dass es sich um eine unspezifizierte Klasse oder Typ handelt. Der Klassentyp wird während der Instanzbildung (also Objekt wird angelegt) bestimmt. Template-Klassen gibt es in modernen Sprachen wie C++ und ab Java 1.5, wo sie Generics genannt werden.
Klassen können sich auf unterschiedlichen Wegen aufeinander beziehen (assoziieren):
Die Vererbung ist ein Basiskonzept der objektorientierten Programmierung. Ein Klasse „erhält“ dabei alle Attribute und Operationen der Klasse, von der sie abgeleitet wird. Die Klasse kann diese Operationen/Attribute überschreiben und ändern, sowie neue hinzufügen.
In der UML wird durch die Assoziation Verallgemeinerung zwischen 2 Klassen eine Hierarchie aufgebaut, die das Konzept von abgeleiteter Klasse und Basisklasse verkörpert. Die Verallgemeinerung zwischen 2 Klassen wird in der UML durch eine Linie zwischen den 2 Klassen dargestellt, wobei sich ein Pfeil auf der Seite der Basisklasse befindet.
visuelle Darstellung der Verallgemeinerung in UML
Eine Assoziation stellt den Zusammenhang zwischen Klassen dar und beschreibt damit die allgemeine Bedeutung und Struktur verschiedenster Typen von „Verbindungen“ zwischen Objekten.
Assoziationen sind der Mechanismus, der es den Objekten erlaubt untereinander zu kommunizieren. Sie beschreiben die Verbindungen zwischen verschiedenen Klassen (die Verbindung zwischen den eigentlichen Objekten werden als Objektverbindungen oder als Link bezeichnet).
Assoziationen können Rollen haben, die den Zweck der Verbindung beschreiben und entweder uni- oder bidirektional sind (ob die Verbindung zwischen den Objekten ein- oder zweiseitig ist). Beide Enden einer Assoziation verfügen über einen Multiplizitätswert, der angibt, wieviele Objekte auf der einen Seite mit wieviel Objekten auf der anderen Seite verbunden sein können.
In der UML wird die Assoziation durch eine Linie zwischen den in der Beziehung teilnehmenden Klassen dargestellt. Dabei kann die Rolle und die Multiplizität ebenfalls angezeigt werden. Multiplizität wird als Bereich [min..max] von nicht negativen Werten dargestellt, wobei der Stern (*) auf der Maximumseite einen unendlichen Wert repräsentiert.
visuelle Darstellung einer UML-Assoziation
Aggregationen sind eine Spezialart von Assoziationen. Dabei haben die verbundenen Klassen nicht den gleichen Status, sondern es wird eine „Teil eines Ganzes“ Beziehung dargestellt. Ein Aggregation beschreibt, wie die Klasse, die die Rolle des Ganzen vertritt, sich aus anderen Klassen, die die Rollen des Teil innehaben, zusammensetzt. Bei Aggregationen hat die Klasse mit der Rolle des Ganzen immer eine Multiplizität von 1.
In der UML werden Aggregationen durch Assoziationen dargestellt, wobei auf der Seite des Ganzen ein Rhombus ist.
visuelle Darstellung einer Aggregationsbeziehung in der UML
Kompositionen sind Assoziationen, die eine sehr starke Aggregation darstellen. Das bedeutet, dass Kompositionen ebenfalls eine Teil eines Ganzen Beziehung darstellen, wobei die Beziehung aber so stark ist, dass die Teile nicht allein existieren können. Sie bestehen nur innerhalb des Ganzen und werden zerstört, wenn das Ganze zerstört wird.
In der UML werden Kompositionen durch ein ausgefülltes Rhombus auf der Seite des Ganzen dargestellt.
Neben Klassen können weitere Elemente in einem Klassendiagramm dargestellt werden.
Schnittstellen (Interfaces) sind abstrakte Klassen. Das bedeutet, von der Klasse können keine Instanzen direkt gebildet werden. Schnittstellen können Operationen aber keine Attribute beinhalten. Klassen können durch eine Realisierungsassoziation von Schnittstellen abgeleitet werden und von der Klasse können dann Instanzen gebildet werden.
Datentypen sind Primitive, die normalerweise in den Programmiersprachen verfügbar sind wie Integer und Boolean. Sie können keine Beziehung zu Klassen haben, aber Klassen zu ihnen.
Aufzählungen sind eine einfache Liste von Werten. Ein typisches Beispiel für eine Aufzählung sind die Wochentage. Die einzelnen Einträge in der Aufzählung werden als Aufzählungswert bezeichnet. Wie Datentypen können sie keine Beziehung zu Klassen haben, aber Klassen können Beziehungen zu ihnen haben.
Sequenzdiagramme zeigen den Nachrichtenaustausch (also Methodenaufruf) zwischen Objekten in einem spezifischen Zeitrahmen. Dabei wird besondere Betonung auf die Reihenfolge und die Zeiten gelegt, in denen die Nachrichten an die Objekte gesendet werden.
Im Sequenzdiagramm wird das Objekt durch eine vertikal verlaufende gestrichelte Linie gekennzeichnet. Der Objektname befindet sich am oberen Ende. Die Zeitachse verläuft ebenfalls vertikal, wobei sie sich nach unten hin erhöht. Nachrichten zwischen den Objekten werden als Pfeile mit den Operationen- und Parameternamen gekennzeichnet.
Umbrello UML Modeller bei der Darstellung eines Sequenzdiagramms
Nachrichten können synchron oder asynchron sein. Bei synchronen Nachrichten erfolgt ein normaler Nachrichtenaufruf und die Kontrolle wird an das gerufene Objekt übergeben. Asynchrone Aufrufe geben sofort die Kontrolle an das rufende Objekt zurück. Synchrone Nachrichten haben eine vertikale Box auf der Seite des gerufenen Objektes um den Programmverlauf darzustellen.
Kollaborationsdiagramme zeigen die Interaktionen zwischen Objekten, die an einer spezifischen Situation teilnehmen. Dies entspricht im Wesentlichen den Informationen aus dem Sequenzdiagramm, wobei bei diesen der Schwerpunkt auf dem zeitlichen Auftreten liegt. Bei Kollaborationsdiagramm wird hingegen vordergründig die Verbindung zwischen Objekten und ihrer Topologie gelegt.
Die Nachrichten zwischen den Objekten werden in Kollaborationsdiagrammen durch Pfeile dargestellt, an denen Name, Parameter und die Nachrichtensequenz steht. Die Kollaborationsdiagramme sind hervorragend dafür geeignet eine spezielle Programmabfolge oder Situation zu zeigen. Man kann damit sehr leicht und schnell einen Teil der Programmlogik demonstrieren und erklären.
Umbrello UML Modeller bei der Darstellung eines Kollaborationdiagramms
Zustandsdiagramme zeigen Objekte in ihren verschiedenen Zuständen während ihres Lebens und sie zeigen die Einflüsse, die die Objekte in einen anderen Zustand bringen.
Zustandsdiagramme betrachten Objekte als Zustandsmaschinen oder endliche Automaten, die in einer endlichen Anzahl von Zuständen sein können und die ihren Zustand durch eine endliche Anzahl von Einflüssen verändern. So kann sich zum Beispiel das Objekt NetServer während seines Lebens in folgenden Zuständen befinden:
bereit
wartend
arbeitend
angehalten
und die Ereignisse, die eine Zustandsänderung des Objektes auslösen, könnten sein:
Objekt ist angelegt
Objekt erhält Nachricht zu warten
ein Client fordert eine Verbindung über ein Netzwerk an
ein Client beendet eine Anforderung
eine Anforderung wird bearbeitet und beendet
Objekt empfängt Nachricht anhalten
usw.
Umbrello UML Modeller bei der Darstellung eines Zustandsdiagramms
Zustände sind die Bausteine des Zustandsdiagramms. Ein Zustand gehört zu genau einer Klasse und steht für eine bestimmte Konstellation der Attributwerte dieser Klasse. Somit beschreibt ein Zustand in der UML den internen Zustand eines Objektes einer bestimmten Klasse.
Wichtig ist dabei, dass nicht jede Attributveränderung im Objekt zu einem neuen Zustand führen soll, sondern lediglich Attributwerte mit spürbaren Auswirkungen als Zustand des Objektes zu vermerken sind.
Zwei besondere Zustände sind Start und Ende. So kann es kein Ereignis geben, dass ein Objekt in seinen Startzustand zurückversetzt und kein Ereignis kann ein Objekt in einen anderen Zustand versetzen, wenn dieses bereits seinen Endzustand erreicht hat.
Aktivitätsdiagramme beschreiben die Abfolge von Aktivitäten in einem System. Sie sind dabei eine spezielle Form der Zustandsdiagramme, indem sie fast ausschließlich Aktivitäten beinhalten.
Umbrello UML Modeller bei der Darstellung eines Aktivitätsdiagramms
Aktivitätsdiagramme sind den prozeduralen Flussdiagrammen sehr ähnlich. Der Unterschied ist, dass Aktivitäten klar an Objekte gekoppelt sind.
Aktivitätsdiagramme gehören immer eindeutig zu Klassen, Operationen oder Anwendungsfällen.
In Aktivitätsdiagrammen können sowohl sequenzielle wie auch parallele Aktivitäten dargestellt werden. Parallele Bearbeitung wird mittels der Fork/Wait Symbole umgesetzt. Für parallel laufende Aktivitäten ist es dabei unerheblich, in welcher Reihenfolge sie ablaufen. Sie können zum gleichen Zeitpunkt aber auch nacheinander ausgeführt werden.
Eine Aktivität ist ein einzelner Schritt in einem Prozess. Somit ist eine Aktivität ein Zustand des Systems mit einer internen Aktivität und mindestens einem Übergang. Es sind allerdings mehrere Übergänge möglich, wenn die Aktivität unterschiedliche Bedingungen enthält.
Aktivitäten können eine Hierarchie bilden, indem man eine Aktivität aus anderen zusammensetzen kann. Dabei müssen die eingehenden und ausgehenden Übergänge mit den entsprechenden Übergängen in der Verfeinerung übereinstimmen.
In der UML sind einige Elemente, die keine semantische Bedeutung für das Modell haben, aber Diagramme verständlicher machen können. Die Elemente sind:
Textzeile
Textnotiz und entsprechende Verbindung
Rahmen
Mit der Textzeile kann eine Kurzinformation in das Diagramm eingefügt werden. Der Text ist freistehend und hat keine Bedeutung für das Modell.
Mittels der Textnotiz können detaillierte Informationen über ein Objekt oder eine Situation eingefügt werden. Der große Vorteil der Textnotiz ist, dass sie mit einem UML-Element verbunden werden kann und somit die Notiz zu diesem speziellen Objekt oder der speziellen Situation „gehört“.
Rahmen sind frei schwebende Rechtecke, die zur visuellen Gruppierung von Objekten in Diagrammen genutzt werden können. Sie machen ein Diagramm besser lesbar, haben aber keine logische Bedeutung für das Modell.
Komponentendiagramme stellen die Software Komponenten (entweder Komponententechnologien wie KParts, CORBA Komponenten oder Java Beans oder klar abgrenzbare Systemeinheiten) dar und die Resultate wie Quelltextdateien, Programmbibliotheken oder relationale Datenbanktabellen.
Komponenten können Schnittstellen (also abstrakte Klasse mit Operationen) enthalten, mit denen Verbindungen zwischen Komponenten möglich werden.
Verteilungsdiagramme zeigen die Laufzeitobjekte der Komponenten und ihre Beziehungen. Sie beinhalten Knoten als physische Ressourcen, typischerweise ein Computer. Weiterhin zeigen sie Schnittstellen und Objekte (Klasseninstanzen).
Entitäten-Beziehungs-Diagramme (ER-Diagramme) stellen das konzeptuelle Design von Datenbankanwendungen dar. Sie beschreiben die verschiedenen Entitäten (Konzepte) im Informationssystem und die vorhandenen Beziehungen sowie Einschränkungen untereinander. Eine Weiterentwicklung der Entitäten-Beziehungs-Diagramme sind 'Extended Entity Relationship Diagrams' oder 'Enhanced Entity Relationship Diagrams' (EER). Damit werden Objektorientierte-Entwurfstechniken für ER-Diagramme eingeführt.
Umbrello UML Modeller bei der Darstellung eines Entitäten-Beziehungs-Diagramms
Eine Entität ist jedes Konzept in der realen Welt mit einer unabhängigen Existenz. Das kann ein physikalisch existierendes Objekt wie ein Rechner oder Roboter sein, oder ein konzeptionell existierendes Objekt wie zum Beispiel ein Kurs an der Universität. Jede Entität hat Attribute, die ihre Eigenschaften beschreiben.
Hinweis: Es gibt keine Standard-Schreibweise zur Darstellung von ER-Diagrammen. In der Literatur werden verschiedene System verwendet. Die in Umbrello benutzen Konzepte und Schreibweisen orientieren sich an folgendem Buch: Elmasri R. and Navathe S. (2004). Fundamentals of Database Systems 4th edn. Addison Wesley.
In einem Entitäten-Beziehungs-Diagramm (ER-Diagramm) werden Entitäten als Rechtecke mit dem Namen der Entität oben im Rechteck dargestellt. Die Attribute der Entität können in einem extra „abgetrennten Bereich“ innerhalb des Rechteck angezeigt werden.
Visuelle Darstellung einer Entität in einem ER-Diagramm
In ER-Diagrammen werden Attribute der Entität mit ihrem Namen in einem abgetrennten Bereich innerhalb der Entität angezeigt werden.
Einschränkungen in ER-Diagrammen bestimmen die Beschränkung der Daten im Informationsschema.
In Umbrello werden vier Arten von Einschränkungen unterstützt:
Primärschlüssel: Die Menge der als Primärschlüssel deklarierten Attribute müssen für eine Entität eindeutig sein. Es darf nur einen Primärschlüssel in einer Entität geben und keiner seiner konstituierende Attribute darf den Wert NULL haben.
Eindeutiger Schlüssel: Die Menge der als eindeutig deklarierten Attribute müssen für eine Entität eindeutig sein. Es darf mehrere eindeutige Einschränkungen in einer Entität geben. Die konstituierende Attribute dürfen den Wert NULL haben. Eindeutige Schlüssel und Primärschlüssel bestimmen eindeutig eine Zeile in einer Tabelle (Entität).
Fremdschlüssel: Ein Fremdschlüssel ist eine referentielle Einschränkung zwischen zwei Tabellen. Der Fremdschlüssel bestimmt eine oder mehrere Spalten in einer Tabelle als Referenz auf eine oder mehrere Spalten in einer anderen Tabelle. Die Spalten in der referenzierten Tabelle müssen einen Primärschlüssel oder eindeutigen Schlüssel bilden.
Prüf-Einschränkung: Eine Prüf-Einschränkung ist eine Bedingung, die die Gültigkeit von Daten definiert, wenn ein Eintrag in einer Tabelle einer relationalen Datenbank hinzugefügt oder aktualisiert wrd. Eine Prüf-Einschränkung wird auf jede Zeile einer Tabelle angewendet. Die Einschränkung muss eine Eigenschaft sein. Sie kann sich auf eine oder mehrere Spalten einer Tabelle beziehen.
Beispiel: Preis >= 0
Spezialisierung ist eine Möglichkeit, neue Entitäten unter Verwendung bereits definierter Entitäten zu erstellen. Die neuen Entitäten - auch abgeleitete Entitäten genannt - übernehmen oder erben die Attribute bereits existierender Entitäten, die auch als Basis-Entitäten bezeichnet werden. Dies ermöglicht es, bereits vorhandene Daten mit keiner oder nur geringen Änderungen wiederzuverwenden.
In Umbrello können Zerlegungs- und Überschneidungs-Spezialisierungen definiert werden.
Die Zerlegungs-Spezialisierung legt fest, dass die Unterklassen der Spezialisierung getrennt sein müssen. Das bedeutet, dass eine Entität nur ein Mitglied höchstens einer der abgeleiteten Entitäten der Spezialisierung sein kann.
Visuelle Darstellung einer Zerlegungs-Spezialisierung in einem EER-Diagramm
Wenn die abgeleitete Entitäten nicht durch eine Zerlegung eingeschränkt sind, wird die Menge der Entitäten als Überschneidungs-Spezialisierung bezeichnet. Das bedeutet, dass eine Entität ein Mitglied von mehr als einer abgeleiteten Entität der Spezialisierung sein kann.
Visuelle Darstellung einer Überschneidungs-Spezialisierung in einem EER-Diagramm
Eine abgeleitete Entität wird als Kategorie bezeichnet, wenn sie eine Sammlung von Objekten darstellt, die aus einer Teilmenge der Vereinigung von verschiedenen Entitätstypen besteht. Eine Kategorie wird dann gebildet, wenn eine Beziehung zwischen mehreren Ober- und einer Unterklasse benötigt wird, die Oberklassen bestehen dabei unterschiedliche Entitätstypen. Das entspricht etwa der Mehrfachvererbung in der Objektorientierten Programmierung.
Visuelle Darstellung einer Kategorie in einem EER-Diagramm