Nghiên cứu UML và ứng dụng UML vào quá trình phát triển phần mềm

nghiªn cøu UML vµ øng dông UML vµo qu¸ tr×nh ph¸t triÓn phÇn mÒm KS. L­u ThÞ Thu HiÒn Trung t©m C«ng nghÖ th«ng tin Tãm t¾t: Xu thÕ ¸p dông ph­¬ng ph¸p h­íng ®èi t­îng thay cho ph­¬ng ph¸p h­íng chøc n¨ng (ph­¬ng ph¸p truyÒn thèng) ngµy cµng ®­îc ¸p dông phæ biÕn vµo c¸c hÖ thèng phÇn mÒm. §èi víi mét hÖ thèng lín, ph­¬ng ph¸p tiÕp cËn h­íng ®èi t­îng sö dông UML ®­îc ¸p dông nh­ mét qu¸ tr×nh suy diÔn ph¸t triÓn hÖ thèng ®Ó viÖc trao ®æi gi÷a ng­êi thu thËp th«ng tin víi kh¸ch hµng, gi÷a ng­êi thiÕt kÕ víi ng­êi lËp tr×nh ... cïng sö dông mét ng«n ng÷ m« h×nh ho¸. RÊt nhiÒu dù ¸n ph¶i thay ®æi dÉn ®Õn t¨ng thªm chi phÝ do kh«ng cã sù thèng nhÊt gi÷a kh¸ch hµng vµ nhµ s¶n xuÊt, gi÷a nhµ qu¶n lý vµ ng­êi thiÕt kÕ, nh÷ng ng­êi ph¸t triÓn s¶n phÈm víi nhau. NhËn thÊy râ vai trß vµ tÇm quan träng cña nã, Trung t©m C«ng nghÖ th«ng tin – CDiT (thuéc Häc viÖn C«ng nghÖ BCVT) ®· quyÕt ®Þnh chän h­íng nghiªn cøu øng dông UML nh»m n©ng cao chÊt l­îng s¶n phÈm th«ng qua c¶i tiÕn tèi ­u quy tr×nh s¶n xuÊt phÇn mÒm b»ng viÖc m« h×nh hãa qu¸ tr×nh. Nhu cÇu thùc tÕ vµ kh¶ n¨ng øng dông cña UML Ng«n ng÷ m« h×nh hîp nhÊt (UML - Unified Modelling Language) ®­îc tæ chøc OMG (Object Management Group) c«ng nhËn chuÈn c«ng nghiÖp vµo th¸ng 11/1997 lµ c«ng cô hç trî ®¾c lùc cho ph­¬ng ph¸p luËn h­íng ®èi t­îng. Ng«n ng÷ m« h×nh hîp nhÊt nµy phï hîp cho viÖc m« h×nh ho¸ c¸c hÖ thèng nh­: hÖ thèng th«ng tin doanh nghiÖp, c¸c øng dông ph©n t¸n trªn nÒn Web, hÖ thèng nhóng thêi gian thùc… §Æc biÖt, nã cßn ®­îc sö dông cho mäi tiÕn tr×nh ph¸t triÓn phÇn mÒm, xuyªn suèt vßng ®êi ph¸t triÓn s¶n phÈm vµ ®éc lËp víi c¸c c«ng nghÖ cµi ®Æt hÖ thèng. §èi víi ngµnh B­u chÝnh ViÔn th«ng, c¸c bµi to¸n ®Æc thï cña ngµnh cã mét sè ®Æc ®iÓm ®ßi hái kh¸ kh¾t khe: Ph¹m vi ¸p dông bµi to¸n rÊt lín vµ cã tÝnh më cao. Phøc t¹p vµ ®a d¹ng, ®ßi hái ®é chÝnh x¸c cao. Thêi gian ph¸t triÓn vµ n©ng cÊp hÖ thèng kh«ng cã giíi h¹n v× nghiÖp vô viÔn th«ng kh«ng chØ lu«n cã nh÷ng b­íc tiÕn míi mµ cßn tèc ®é c¸c c«ng nghÖ kü thuËt tiªn tiÕn kh«ng ngõng gia t¨ng. §ßi hái cÇn cã mét kiÕn tróc v÷ng vµng vµ hiÓu ®­îc bøc tranh tæng thÓ còng nh­ hiÓu ®óng yªu cÇu thùc tÕ. VÊn ®Ò nµy rÊt cÇn cho nh÷ng bµi to¸n lín trong c¸c tr­êng hîp nÕu hÖ thèng bæ sung thªm c¸c chøc n¨ng mµ nhãm ph¸t triÓn ph¶i lµm l¹i tõ ®Çu th× mÊt rÊt nhiÒu c«ng søc, chi phÝ vµ thêi gian. Do vËy, kiÕn tróc lµ mét x­¬ng sèng cña hÖ thèng. §Ó chuyÓn t¶i vµ hiÓu râ yªu cÇu ®ã cña kh¸ch hµng, viÖc ¸p dông UML trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn phÇn mÒm lµ hoµn toµn phï hîp vµ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu bµi to¸n ®Æt ra. UML lµ ng«n ng÷ m« h×nh hîp nhÊt: §Æc t¶ th«ng tin(specifying): m« t¶ râ rµng nh÷ng ®iÓm mÊu chèt cña vÊn ®Ò, cho phÐp m« t¶ m« h×nh chÝnh x¸c, kh«ng nhËp nh»ng. UML h­íng tíi ®Æc t¶ thiÕt kÕ, ph©n tÝch vµ quyÕt ®Þnh cµi ®Æt trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn vµ triÓn khai hÖ thèng phÇn mÒm. Trùc quan (Visualizing - cã thÓ nh×n thÊy ®­îc): ng­êi ph¸t triÓn cã thÓ giao tiÕp th«ng qua m« h×nh kh¸i niÖm. X©y dùng (Constructing): cã thÓ ¸nh x¹ m« h×nh trong UML tíi c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh kh¸c nhau nh­: Java, C++, hay c¸c b¶ng CSDL quan hÖ, CSDL h­íng ®èi t­îng. ¸nh x¹ nµy cho kh¶ n¨ng biÕn ®æi thuËn tõ m« h×nh UML sang ng«n ng÷ lËp tr×nh. §ång thêi cã kh¶ n¨ng biÕn ®èi ng­îc tõ cµi ®Æt vÒ m« h×nh UML; cã nghÜa r»ng nã cho kh¶ n¨ng lµm viÖc víi v¨n b¶n hay ®å häa nhÊt qu¸n. LËp tµi liÖu(documenting): UML h­íng tíi lµm tµi liÖu kiÕn tróc hÖ thèng vµ c¸c chi tiÕt cña nã. UML cho kh¶ n¨ng biÓu diÔn yªu cÇu, thö nghiÖm, m« h×nh hãa c¸c ho¹t ®éng lËp kÕ ho¹ch vµ qu¶n lý s¶n phÈm. Chóng ta cã thÓ ¸p dông UML cho c¸c kiÓu hÖ thèng kh¸c nhau, c¸c lÜnh vùc, c¸c ph­¬ng ph¸p hoÆc c¸c quy tr×nh, m« h×nh ph¸t triÓn kh¸c nhau. Trong qu¸ tr×nh x©y dùng hÖ thèng phÇn mÒm theo h­íng ®èi t­îng UML ®­îc sö dông cho mäi tiÕn tr×nh, xuyªn suèt vßng ®êi ph¸t triÓn vµ kh«ng phô thuéc c«ng nghÖ dïng trong lËp tr×nh hÖ thèng. C¸c ®Æc ®iÓm cña UML: Lµ mét ng«n ng÷ m« h×nh ®a dông: tËp trung chñ yÕu vµo c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n cho viÖc yªu cÇu, chia sÎ vµ tËn dông tèi ®a kiÕn thøc víi c¸c c¬ cÊu më réng. Lµ mét ng«n ng÷ m« h×nh ®­îc ¸p dông réng r·i, nã ®­îc ¸p dông ë c¸c kiÓu hÖ thèng (phÇn mÒm vµ phi-phÇn mÒm ), c¸c miÒn, c¸c ph­¬ng thøc vµ c¸c quy tr×nh kh¸c nhau. UML lµ mét ng«n ng÷ m« h×nh hç trî c«ng cô, c¸c c«ng cô nµy lµ s½n sµng hç trî øng dông ng«n ng÷ ®Ó chi tiÕt hãa(®Æc t¶), trùc quan, x©y dùng vµ lËp tµi liÖu cho c¸c hÖ thèng dÔ dµng vµ tiÖn lîi. UML lµ mét ng«n ng÷ m« h×nh chuÈn, nã lµ mét ng«n ng÷ ®­îc c«ng nhËn cã tÝnh më cao. UML cã kh¶ n¨ng lµm gi¶m chi phÝ vµ thêi gian thùc hiÖn, h¹n chÕ tèi thiÓu c¸c rñi ro cã thÓ x¶y ra khi hÖ thèng cã sù thay ®æi liªn tôc vµ ®èi víi nh÷ng hÖ thèng phøc t¹p. Mét ®Æc ®iÓm cña UML n÷a lµ tÝnh hÖ thèng ho¸ tõ ph­¬ng ph¸p luËn, m« h×nh ph¸t triÓn cho tíi c«ng cô (thiÕt kÕ, kiÓm tra, qu¶n lý cÊu h×nh) cã mèi liªn kÕt chÆt chÏ víi nhau. §©y lµ ®iÓm rÊt kh¸c biÖt ®èi víi c¸c c«ng cô dïng thiÕt kÕ cho h­íng chøc n¨ng. Mét sè kÕt qu¶ ®¹t ®­îc trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu UML t¹i CDiT Qu¸ tr×nh nghiªn cøu UML cña Trung t©m C«ng nghÖ th«ng tin b­íc ®Çu ®· ®¹t ®­îc mét sè kÕt qu¶ kh¸ kh¶ quan: lµm chñ ®­îc c«ng nghÖ míi tõ ®ã x©y dùng thµnh c«ng m« h×nh ho¸ quy tr×nh s¶n xuÊt phÇn mÒm øng dông UML, sö dông c«ng cô Rational Rose cho qu¸ tr×nh ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ. Quy tr×nh s¶n xuÊt phÇn mÒm cã øng dông UML m« h×nh hãa qu¸ tr×nh ph¸t triÓn phÇn mÒm tu©n thñ c¸c nguyªn t¾c sau ®©y: 2.1.Ph¸t triÓn theo lÆp vµ t¨ng dÇn Ng­êi ph¸t triÓn ph¶i thö nhiÒu tr­êng hîp vµ c¶i tiÕn dÇn gi¶i ph¸p cña m×nh cho ®Õn khi cã ®­îc m« h×nh tháa m·n yªu cÇu chøc n¨ng còng nh­ dÔ thay ®æi hay më réng. 2.2.Use case ®iÒu khiÓn (Use-case driven) Use-case driven: c¸c use case (UC) ®­îc sö dông nh­ lµ mét nh©n tè chÝnh cho viÖc x©y dùng c¸ch thøc ho¹t ®éng cÇn thiÕt cña hÖ thèng. C¸c UC ®iÒu khiÓn tÊt c¶ c«ng viÖc cña nhãm ph¸t triÓn kÓ tõ khi b¾t ®Çu dù ¸n vµ tháa thuËn c¸c yªu cÇu kh¸ch hµng cho ®Õn khi lËp tr×nh. H×nh vÏ d­íi ®©y cho chóng ta thÊy r»ng: Ng­êi sö dông m« t¶ Use-case, ng­êi thiÕt kÕ cã nhiÖm vô thiÕt kÕ UC, lËp tr×nh viªn cµi ®Æt UC vµ nh©n viªn kiÓm ®Þnh chÊt l­îng kiÓm tra UC. 2.3.TËp trung vµo kiÕn tróc (Architecture centric) KiÕn tróc cña mét hÖ thèng ®­îc xem nh­ mét nÒn t¶ng c¬ b¶n trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn phÇn mÒm. KiÕn tróc hÖ thèng liªn kÕt víi c¸c use case ®Ó ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t c¸c gãc ®é cña hÖ thèng. §øng ë gãc ®é quy tr×nh, kiÕn tróc ®­îc thÓ hiÖn râ d­íi d¹ng c¸c khung nh×n c¬ b¶n trong s¸u m« h×nh. C¸c khung nh×n ®ã ph¶n ¸nh “TÇm quan träng cña kiÕn tróc” c¸c phÇn tö trong c¸c m« h×nh, c¸ch chóng lµm viÖc cïng nhau, c¸c khung nh×n h×nh thµnh nªn m« t¶ kiÕn tróc. KiÕn tróc hÖ thèng ®­îc nhãm ph¸t triÓn dù ¸n m« t¶ vµ h×nh thµnh ngay giai ®o¹n ban ®Çu sau ®ã trong suèt qu¸ tr×nh ph¸t triÓn nã sÏ ®­îc bæ sung vµ cËp nhËt theo thùc tÕ thùc hiÖn. C¸c phÇn mÒm hiÖn nay cã xu h­íng tËp trung trªn viÖc tÝnh to¸n ph©n t¸n, v× vËy nã còng trë nªn kh¸ phøc t¹p vµ kh«ng ai cã thÓ nãi r»ng c«ng cô vµ c«ng nghÖ sÏ “theo kÞp” ë bÊt cø thêi gian nµo. Yªu cÇu cña kh¸ch hµng th­êng xuyªn cã sù thay ®æi. Do vËy chóng ta còng khã thÓ hiÓu ®Çy ®ñ vÒ bøc tranh tæng thÓ cña hÖ thèng. V× lý do nµy mµ kiÕn tróc chÝnh lµ ph­¬ng tiÖn ®Çu tiªn gióp cho chóng ta cã thÓ hiÓu ®­îc dÔ dµng bøc tranh tæng thÓ cña hÖ thèng. Nhãm ph¸t triÓn cã thÓ sö dông hiÖu qu¶ c¸c m« h×nh kiÕn tróc mÉu cã thÓ trî gióp ®Þnh h­íng nç lùc ph¸t triÓn ë c¸c møc kh¸c nhau (Client/Server, m« h×nh kiÕn tróc 3 líp, m« h×nh kiÕn tróc n-líp). Mét trong c¸c nguyªn lý c¬ b¶n cña viÖc ph¸t triÓn dùa trªn c¸c thµnh phÇn (component – based development) lµ kh¶ n¨ng sö dông l¹i cña c¸c thµnh phÇn, víi viÖc bæ sung söa ®æi (customize) lµ tèi thiÓu trong ng÷ c¶nh kh¸c nhau. Mét kiÕn tróc tèt lµ c¸c thµnh phÇn cã thÓ lµm viÖc cïng víi nhau vµ c¸c nhãm ph¸t triÓn cã thÓ ®­îc sö dông l¹i trong viÖc x©y dùng mét hÖ thèng kh¸c. ViÖc nµy ®· lµm gi¶m ®­îc thêi gian cho c¸c nhãm ph¸t triÓn tËp trung vµo viÖc x©y dùng c¸c thµnh phÇn míi, vµ v× vËy c¸c nhãm cã thÓ tËn dông tèi ®a thêi gian nµy ®Ó t×m hiÓu kü h¬n vÒ c¸c vÊn ®Ò cña kh¸ch hµng vµ c¸c gi¶i ph¸p m« h×nh. M« h×nh cña UML thÓ hiÖn trong c¸c lo¹i biÓu ®å sau: BiÓu ®å Use-case, BiÓu ®å líp (Class Diagram), BiÓu ®å céng t¸c(Collaboration Diagram), BiÓu ®å ho¹t ®éng (Activity Diagram), BiÓu ®å trang th¸i (State Diagram), BiÓu ®å tuÇn tù (Sequence Diagram), BiÓu ®å ®èi t­îng (Object Diagram). Qua qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®ång thêi còng gióp cho nhãm ph¸t triÓn: N¾m ®­îc c¸c kh¸i niÖm c¨n b¶n vµ ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch hÖ thèng h­íng ®èi t­îng Ph©n biÖt gi÷a ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch hÖ thèng h­íng chøc n¨ng vµ ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch hÖ thèng h­íng ®èi t­îng, c¸c m« h×nh ph¸t triÓn phÇn mÒm ®Æc tr­ng cho tõng ph­¬ng ph¸p. Kü n¨ng sö dông c«ng cô Rational Rose ®Ó thÓ hiÖn m« h×nh hÖ thèng th«ng tin cÇn ph©n tÝch. KÕt luËn UML víi rÊt nhiÒu ­u ®iÓm ®Æc tr­ng cña m×nh, lµ mét ng«n ng÷ m« h×nh ho¸ cã nhiÒu tiÒm n¨ng trî gióp cho c¸c tæ chøc phÇn mÒm ®¹t ®­îc hiÖu qu¶ vµ chÊt l­îng cao. Tuy nhiªn, ®Ó ¸p dông thµnh c«ng UML vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phÇn mÒm, chóng ta kh«ng thÓ kh«ng nh¾c ®Õn sù quan t©m ®Çu t­, chØ ®¹o s¸t sao cña l·nh ®¹o trung t©m CDiT. §ång thêi, yÕu tè mang l¹i thµnh c«ng kh«ng kÐm phÇn quan träng ®ã lµ ®Þnh h­íng ph¸t triÓn. §èi víi mét m«i tr­êng c«ng nghÖ cao vµ mét nÒn kinh tÕ tri thøc kh«ng cã con ®­êng nµo kh¸c lµ tham gia vµo cuéc ch¹y ®ua tri thøc. §Æc biÖt trong lÜnh vùc CNPM, ®©y lµ mét lÜnh vùc khã vµ kh¸ míi mÎ ë ViÖt Nam. Do vËy, x¸c ®Þnh h­íng ®i ®óng ®¾n ngay tõ ban ®Çu ®· tiÕt kiÖm ®­îc chi phÝ thùc hiÖn vµ tr¸nh ®­îc l·ng phÝ vÒ thêi gian. Gãp phÇn cho sù thµnh c«ng cña kÕt qu¶ nµy, ®éi ngò trÎ cña CDiT kh«ng ngõng phÊn ®Êu lao ®éng, s¸ng t¹o, trau dåi kiÕn thøc vµ th­êng xuyªn trao ®æi, häc hái kinh nghiÖm lÉn nhau. Dùa vµo thµnh qu¶ ®¹t ®­îc trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu UML, Trung t©m c«ng nghÖ th«ng tin-CDIT ®· x¸c ®Þnh râ h­íng ®i tiÕp theo ®ã lµ: §µo t¹o vÒ UML cho tÊt c¶ c¸c c¸n bé nghiªn cøu cña Trung t©m c«ng nghÖ th«ng tin. Nghiªn cøu, triÓn khai ¸p dông ®ång bé c«ng cô cã s½n hç trî UML cña Rational theo c¸c ph­¬ng diÖn kh¸c nhau nh­ qu¶n lý dù ¸n, ®¸nh gi¸ kiÓm tra s¶n phÈm, theo c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau trong s¶n xuÊt phÇn mÒm: KiÓm so¸t vµ ph©n tÝch yªu cÇu, ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ, KiÓm tra, qu¶n lý cÊu h×nh nh»m gi¶m thiÓu lçi trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phÇn mÒm. Víi träng t©m: “ChÊt l­îng lu«n lu«n lµ vÊn ®Ò sèng cßn”, do vËy Trung t©m c«ng nghÖ th«ng nguyÖn ph¸t huy kÕt qu¶ ®· ®¹t ®­îc, ®em hÕt n¨ng lùc vµ nhiÖt t×nh thóc ®Èy sù nghiÖp ph¸t triÓn ngang tÇm víi ®ßi hái cña thêi kú c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n­íc. Tµi liÖu tham kh¶o UML distilled second edition, A brief guide to the standard object modeling language, Martin follower with Kendall scott UML in a nutshell, Sinan Si Alhir, O’Reilly Object-Oriented Project management with UML, Murray R.Cantor Ph©n tÝch thiÕt kÕ h­íng ®èi t­îng b»ng UML, §Æng V¨n §øc Nghiªn cøu vÒ UML ®Ó ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng th«ng tin qu¶n lý, TrÇn V¨n L¨ng Object-oriented Analysis and design using the UML, Rational University professional education and product training. Lecture 4: Software Lifecycles, University of Toroton, Department of computer science. Lecture8: Advanced design issues, Software engineering.