Uml (Unified Modeling Language) es un lenguaje que permite modelar, construir y documentar los elementos que forman un sistema software orientado a objetos



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UML (Unified Modeling Language) es un lenguaje que permite modelar, construir y documentar los elementos que forman un sistema software orientado a objetos. Se ha convertido en el estándar de facto de la industria, debido a que ha sido impulsado por los autores de los tres métodos más usados de orientación a objetos: Grady Booch, Ivar Jacobson y Jim Rumbaugh. Estos autores fueron contratados por la empresa Rational Software Co. para crear una notación unificada en la que basar la construcción de sus herramientas CASE. En el proceso de creación de UML han participado, no obstante, otras empresas de gran peso en la industria como Microsoft, Hewlett-Packard, Oracle o IBM, así como grupos de analistas y desarrolladores.

Esta notación ha sido ampliamente aceptada debido al prestigio de sus creadores y debido a que incorpora las principales ventajas de cada uno de los métodos particulares en los que se basa (principalmente Booch, OMT y OOSE). UML ha puesto fin a las llamadas “guerras de métodos” que se han mantenido a lo largo de los 90, en las que los principales métodos sacaban nuevas versiones que incorporaban las técnicas de los demás. Con UML se fusiona la notación de estas técnicas para formar una herramienta compartida entre todos los ingenieros software que trabajan en el desarrollo orientado a objetos.



Uno de los objetivos principales de la creación de UML era posibilitar el intercambio de modelos entre las distintas herramientas CASE orientadas a objetos del mercado. Para ello era necesario definir una notación y semántica común. En la Figura 2 se puede ver cuál ha sido la evolución de UML hasta la creación de UML 1.3, en el que se basa este documento. Hay que tener en cuenta que el estándar UML no define un proceso de desarrollo específico, tan solo se trata de una notación. En este curso se sigue el método propuesto por Craig Larman [Larman99] que se ajusta a un ciclo de vida iterativo e incremental dirigido por casos de uso.

En la parte II de este texto se expone la notación y semántica básica de UML, en la parte III se presentan conceptos avanzados de la notación UML, mientras que en la parte IV se presenta el método de desarrollo orientado a objetos de Larman, que se sirve de los modelos de UML que se han visto anteriormente.



Un Diagrama de Casos de Uso muestra la relación entre los actores y los casos de uso del sistema. Representa la funcionalidad que ofrece el sistema en lo que se refiere a su interacción externa. En el diagrama de casos de uso se representa también el sistema como una caja rectangular con el nombre en su interior. Los casos de uso están en el interior de la caja del sistema, y los actores fuera, y cada actor está unido a los casos de uso en los que participa mediante una línea. En la Figura 15 se muestra un ejemplo de Diagrama de Casos de Uso para un cajero automático.


II.4.1 Elementos
Los elementos que pueden aparecer en un Diagrama de Casos de Uso son: actores, casos de uso y relaciones entre casos de uso.

II.4.1.1 Actores
Un actor es algo con comportamiento, como una persona (identificada por un rol), un sistema informatizado u organización, y que realiza algún tipo de interacción con el sistema.. Se representa mediante una figura humana dibujada con palotes. Esta representación sirve tanto para actores que son personas como para otro tipo de actores.

II.4.1.2 Casos de Uso
Un caso de uso es una descripción de la secuencia de interacciones que se producen entre un actor y el sistema, cuando el actor usa el sistema para llevar a cabo una tarea específica. Expresa una unidad coherente de funcionalidad, y se representa en el Diagrama de Casos de Uso mediante una elipse con el nombre del caso de uso en su interior. El nombre del caso de uso debe reflejar la tarea específica que el actor desea llevar a cabo usando el sistema.

II.4.1.3 Relaciones entre Casos de Uso
Un caso de uso, en principio, debería describir una tarea que tiene un sentido completo para el usuario. Sin embargo, hay ocasiones en las que es útil describir una interacción con un alcance menor como caso de uso. La razón para utilizar estos casos de uso no completos en algunos casos, es mejorar la comunicación en el equipo de desarrollo, el manejo de la documentación de casos de uso. Para el caso de que queramos utilizar estos casos de uso más pequeños, las relaciones entre estos y los casos de uso ordinarios pueden ser de los siguientes tres tipos: • Incluye (<>): Un caso de uso base incorpora explícitamente a otro caso de uso en un lugar especificado en dicho caso base. Se suele utilizar para encapsular un comportamiento parcial común a varios casos de uso. En la Figura 16 se muestra cómo el caso de uso Realizar Reintegro puede incluir el comportamiento del caso de uso Autorización.


Figura 16 - Ejemplo de Relación <> • Extiende (<>): Cuando un caso de uso base tiene ciertos puntos (puntos de extensión) en los cuales, dependiendo de ciertos criterios, se va a realizar una interacción adicional. El caso de uso que extiende describe un comportamiento opcional del sistema (a diferencia de la relación incluye que se da siempre que se realiza la interacción descrita) En la Figura 17 se muestra como el caso de uso Comprar Producto permite explicitamente extensiones en el siguiente punto de extensión: info regalo. La interacción correspondiente a establecer los detalles sobre un producto que se envía como regalo están descritos en el caso de uso Detalles Regalo.

Figura 17 - Ejemplo de Relación <>
Ambos tipos de relación se representan como una dependencia etiquetada con el estereotipo correspondiente (<> o <>), de tal forma que la flecha indique el sentido en el que debe leerse la etiqueta. Junto a la etiqueta <> se puede detallar el/los puntos de extensión del caso de uso base en los que se aplica la extensión. • Generalización ( ): Cuando un caso de uso definido de forma abstracta se particulariza por medio de otro caso de uso más específico. Se representa por una línea continua entre los dos casos de uso, con el triángulo que simboliza generalización en UML (usado también para denotar la herencia entre clases) pegado al extremo del caso de uso más general. Al igual que en la herencia entre clases, el caso de uso hijo hereda las asociaciones y características del caso de uso padre. El caso de uso padre se trata de un caso de uso abstracto, que no está definido completamente. Este tipo de relación se utiliza mucho menos que las dos anteriores

Diagramas de Interacción

En los diagramas de interacción se muestra un patrón de interacción entre objetos. Hay dos tipos de diagrama de interacción, ambos basados en la misma información, pero cada uno enfatizando un aspecto particular: Diagramas de Secuencia y Diagramas de Colaboración.



II.5.1 Diagrama de Secuencia
Un diagrama de Secuencia muestra una interacción ordenada según la secuencia temporal de eventos. En particular, muestra los objetos participantes en la interacción y los mensajes que intercambian ordenados según su secuencia en el tiempo. El eje vertical representa el tiempo, y en el eje horizontal se colocan los objetos y actores participantes en la interacción, sin un orden prefijado. Cada objeto o actor tiene una línea vertical, y los mensajes se representan mediante flechas entre los distintos objetos. El tiempo fluye de arriba abajo. Se pueden colocar etiquetas (como restricciones de tiempo, descripciones de acciones, etc.) bien en el margen izquierdo o bien junto a las transiciones o activaciones a las que se refieren.

Figura 18 Diagrama de Secuencia

II.5.2 Diagrama de Colaboración


Un Diagrama de Colaboración muestra una interacción organizada basándose en los objetos que toman parte en la interacción y los enlaces entre los mismos (en cuanto a la interacción se refiere). A diferencia de los Diagramas de Secuencia, los Diagramas de Colaboración muestran las relaciones entre los roles de los objetos. La secuencia de los mensajes y los flujos de ejecución concurrentes deben determinarse explícitamente mediante números de secuencia.

En cuanto a la representación, un Diagrama de Colaboración muestra a una serie de objetos con los enlaces entre los mismos, y con los mensajes que se intercambian dichos objetos. Los mensajes son flechas que van junto al enlace por el que “circulan”, y con el nombre del mensaje y los parámetros (si los tiene) entre paréntesis. Cada mensaje lleva un número de secuencia que denota cuál es el mensaje que le precede, excepto el mensaje que inicia el diagrama, que no lleva número de secuencia. Se pueden indicar alternativas con condiciones entre corchetes (por ejemplo 3 [condición_de_test] : nombre_de_método() ), tal y como aparece en el ejemplo de la Figura 19. También se puede mostrar el anidamiento de mensajes con números de secuencia como 2.1, que significa que el mensaje con número de secuencia 2 no acaba de ejecutarse hasta que no se han ejecutado todos los 2. x

Diagramas de Estado

Un Diagrama de Estados muestra la secuencia de estados por los que pasa bien un caso de uso, bien un objeto a lo largo de su vida, o bien todo el sistema. En él se indican qué eventos hacen que se pase de un estado a otro y cuáles son las respuestas y acciones que genera.


En cuanto a la representación, un diagrama de estados es un grafo cuyos nodos son estados y cuyos arcos dirigidos son transiciones etiquetadas con los nombres de los eventos.
Un estado se representa como una caja redondeada con el nombre del estado en su interior. Una transición se representa como una flecha desde el estado origen al estado destino.
La caja de un estado puede tener 1 o 2 compartimentos. En el primer compartimento aparece el nombre del estado. El segundo compartimento es opcional, y en él pueden aparecer acciones de entrada, de salida y acciones internas.
Una acción de entrada aparece en la forma entrada/acción_asociada donde acción_asociada es el nombre de la acción que se realiza al entrar en ese estado. Cada vez que se entra al estado por medio de una transición la acción de entrada se ejecuta.
Una acción de salida aparece en la forma salida/acción_asociada. Cada vez que se sale del estado por una transición de salida la acción de salida se ejecuta.
Una acción interna es una acción que se ejecuta cuando se recibe un determinado evento en ese estado, pero que no causa una transición a otro estado. Se indica en la forma nombre_de_evento/acción_asociada.

Un diagrama de estados puede representar ciclos continuos o bien una vida finita, en la que hay un estado inicial de creación y un estado final de destrucción (finalización del caso de uso o destrucción del objeto). El estado inicial se muestra como un círculo sólido y el estado final como un círculo sólido rodeado de otro círculo. En realidad, los estados inicial y final son pseudoestados, pues un objeto no puede “estar” en esos estados, pero nos sirven para saber cuáles son las transiciones inicial y final(es).

Diagramas de Componentes
Un diagrama de componentes muestra la organización y las dependencias entre un conjunto de componentes. Para todo sistema OO se han de construir una serie de diagramas que modelan tanto la parte estática (diagrama de clases), como dinámica (diagramas de secuencia, colaboración, estados y de actividades), pero llegado el momento todo esto se debe materializar en un sistema implementado que utilizará partes ya implementadas de otros sistemas, todo esto es lo que pretendemos modelar con los diagramas de componentes.

III.2.3.1 Algunos conceptos
Un diagrama de componentes muestra un conjunto de componentes y sus relaciones de manera gráfica a través del uso de nodos y arcos entre estos.
Normalmente los diagramas de componentes contienen:
Componentes
• Interfaces
• Relaciones de dependencia, generalización, asociaciones y realización.
• Paquetes o subsistemas
• Instancias de algunas clases
Visto de otro modo un diagrama de componentes puede ser un tipo especial de diagrama de clases que se centra en los componentes físicos del sistema.

III.2.3.2 Usos más comunes
a) Modelado de Código Fuente
Los diagramas de componentes se pueden utilizar para modelar la gestión de la configuración de los archivos de código fuente, tomando como productos de trabajo precisamente estos ficheros. Esto resulta bastante útil por ejemplo cuando se han implementado unas partes con Java otras con C, etc. El resultado de esta implementación pueden ser multitud de ficheros ejecutables con características particulares, de manera que la mejor forma de controlarlos es estableciendo gestión de configuración.
Para poder llevar a cabo esta gestión con éxito será necesario definir los estereotipos de ficheros que se quieren tener bajo control así como las relaciones entre dichos tipos de ficheros.
Para modelar el código fuente de un sistema:
• Hay que identificar el conjunto de archivos de código fuente de interés y modelarlos como componentes estereotipados como archivos.
• Si el sistema es muy grande es necesario utilizar los paquetes para agrupar los archivos de código fuente.
• Es necesario identificar la versión del componente.
b) Modelado de una versión ejecutable y bibliotecas.
La utilización de los componentes para modelar versiones ejecutables se centra en la definición de todos los elementos que componen lo que se conoce como versión ejecutable, es decir la documentación, los ficheros que se entregan etc.
Para modelar una versión ejecutable es preciso:
• Identificar el conjunto de componentes que se pretende modelar.
• Identificar el estereotipo de cada componente del conjunto seleccionado.
• Para cada componente de este conjunto hay que considerar las relaciones con los vecinos. Esto implica definir las interfaces importadas por ciertos componentes y las exportadas por otros.
c) Modelado de una base de datos física
Para modelar una base de datos física es necesario:
• Identificar las clases del modelo que representan el esquema lógico de la base de datos.
• Seleccionar una estrategia para hacer corresponder las clases con tablas. Así como la distribución física de la/s base/s de datos.
• Para poder visualizar, especificar, construir y documentar dicha correspondencia es necesario crear un diagrama de componentes que tenga componentes estereotipados como tablas.
• Donde sea posible es aconsejable utilizar herramientas que ayuden a transformar diseño lógico en físico.

III.2.4 Diagramas de Despliegue
III.2.4.1 Técnicas más comunes de modelado
a) Modelado de un sistema empotrado
El desarrollo de un sistema empotrado es más que el desarrollo de un sistema software. Hay que manejar el mundo físico. Los diagramas de despliegue son útiles para facilitar la comunicación entre los ingenieros de hardware y los de software.
Para modelar un sistema empotrado es necesario:
• Identificar los dispositivos y nodos propios del sistema.
• Proporcionar señales visuales, sobre todo para los dispositivos poco usuales.
• Modelar las relaciones entre esos procesadores y dispositivos en un diagrama de despliegue.
• Si es necesario hay que detallar cualquier dispositivo inteligente, modelando su estructura en un diagrama de despliegue más pormenorizado.
b) Modelado de un sistema cliente servidor
La división entre cliente y servidor en un sistema es complicada ya que implica tomar algunas decisiones sobre dónde colocar físicamente sus componentes software, qué cantidad de software debe residir en el cliente, etc.
Para modelar un sistema cliente/servidor hay que hace lo siguiente:
• Identificar los nodos que representan los procesadores cliente y servidor del sistema.
• Destacar los dispositivos relacionados con el comportamiento del sistema.
• Proporcionar señales visuales para esos procesadores y dispositivos a través de estereotipos.
• Modelar la tipología de esos nodos mediante un diagrama de despliegue.

III.2.5 Arquitectura del Sistema
III.2.5.1 Arquitectura de tres niveles
La llamada “Arquitectura en Tres Niveles”, es la más común en sistemas de información que además de tener una interfaz de usuario contemplan la persistencia de los datos.
Una descripción de los tres niveles sería la siguiente:
Nivel 1: Presentación – ventanas, informes, etc.
Nivel 2: Lógica de la Aplicación – tareas y reglas que gobiernan el proceso.
Nivel 3: Almacenamiento – mecanismo de almacenamiento.

III.2.5.2 Arquitectura de tres niveles orientadas a objetos
a) Descomposición del nivel de lógica de la aplicación
En el diseño orientado a objetos, el nivel de lógica de la aplicación se descompone en sub-niveles que son los siguientes:
Objetos del Dominio: son clases que representan objetos del dominio. Por ejemplo en un problema de ventas, una “Venta” sería un objeto del dominio.
Servicios: se hace referencia a funciones de interacción con la base de datos, informes, comunicaciones, seguridad, etc.

III.2.5.3 Arquitectura MULTI-nivel
La arquitectura de tres niveles puede pasar a llamarse de Múltiples Niveles si tenemos en cuenta el hecho de que todos los niveles de la arquitectura de tres niveles se pueden descomponer cada uno de ellos cada vez más.
Por ejemplo el nivel de Servicios, se puede descomponer en servicios de alto y de bajo nivel, identificando como de alto nivel los servicios de generación de informes y como de bajo nivel los de manejo de ficheros de entrada y salida.
El motivo que lleva a descomponer la arquitectura del sistema en diferentes niveles es múltiple:
• Separación de la lógica de la aplicación en componentes separados que sean más fácilmente reutilizables.
• Distribución de niveles en diferentes nodos físicos de computación.
• Reparto de recursos humanos en diferentes niveles de la arquitectura.

III.2.5.4 Paquetes
La forma que tiene UML de agrupar elementos en subsistemas es a través del uso de Paquetes, pudiéndose anidar los paquetes formando jerarquías de paquetes. De hecho un sistema que no tenga necesidad de ser descompuesto en subsistemas se puede considerar como con un único paquete que lo abarca todo.
Gráficamente un paquete viene representado como se indica en la Figura 34.

Figura 34 Representación de un paquete en UML
En la Figura 35, vemos cómo se representa la arquitectura del sistema con la notación de paquetes.

Figura 35 Arquitectura de un sistema utilizando paquetes

III.2.5.5 Identificación de Paquetes
Vamos a definir una serie de reglas que nos pueden ser de utilidad a la hora de agrupar los diferentes elementos en paquetes.
• Conviene agrupar elementos que proporcionen un mismo servicio.
• Los elementos que se agrupen en un mismo paquete han de presentar un alto grado de cohesión, es decir deben estar muy relacionados.
• Los elementos que estén en diferentes paquetes deben tener poca relación, es decir deben colaborar lo menos posible.
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