（管理科学与工程专业论文）基于uml对象建模的高校教务系统设计与应用.pdf

摘要 中文摘要 教务教学管理的任务就是根据人才培养目标，按照一定的管理规则、程序和方法， 合理地组织和管理有限的教学资源，使整个教学过程正常有序，教学资源得到充分利 用，高质量和高效地实现人才培养目标。随着办学规模的不断扩大、办学层次的多样 化，特别是学分制的推行，教学教务管理工作更加复杂，管理任务更加繁重，因此， 建立教务教学信息管理系统对推进教学管理的现代化具有重大意义。 本文以天津大学教务教学管理信息系统的建设为背景，结合在实践中的经验，介 绍了基于u m l 对象建模的高校教务管理信息系统的设计与开发过程。文章首先从u m l 的发展的各个历史阶段开始，全面介绍了u m l 的目标、概貌、特点以及一种较为实用、 流行的对象建模软件过程i c o n i x 过程，并结合天津大学的教务管理信息系统，展 示了如何利用i c o n i x 过程进行系统的分析与设计。然后，文章从开发角度介绍了开 发教务管理系统所应用的设计模式s t r u t s 。s t r u t s 架构是m v c 设计模式的一个经 典的实现，它继承了m v c 的松耦合、易维护的特点，同时具有易于使用、灵活性强等 特点，是目前w e b 应用开发的首选工具。本文结合高校自主开发的特点，介绍了在开 发过程中比较实用的经验与技巧，对管理信息系统的基础框架的设计也做了简要的介 绍。 最后，本文通过对天津大学应用教务管理信息系统的情况介绍，指出了建立高校 教务教学管理信息系统对高校教务教学管理水平有着深远的影响，在高校教学改革中 所起的积极的、重要的作用，并对教务系统的发展提出了迸一步的展望，提出高校教 务系统的发展应该朝着高度集成化、数据资源共享化与决策支持智能化等方向发展。 关键词；教务管理系统统一建模语言设计模式 天津大学硕士学位论文 a b s t r a c t e d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o na n dt e a c h i n gm a n a g e m e n t st a s ki st oo r g a n i z ea n dm a n a g e t h el i m i t e dt e a c h i n gr e s o u r c e sr a t i o n a l l ya n dt om a k et h ew h o l et e a c h i n gp r o c e s so r d e r l y w i t ht h ec o n t i n u e de x p a n s i o no fu n i v e r s i t i e s s c a l ea n dt h ed i v e r s i f i c a t i o no fu n i v e r s i t i e s l e v e le s p e c i a l l yt h ei m p l e m e n t a t i o no fc r e d i ts y s t e m t h ea d m i nw o r kb e c o m em o r e c o m p l e xa n dm o r ea r d u o u s t h e r e f o r e ，i ti sg r e a ts i g n i f i c a n tt oe s t a b l i s ht h et e a c h i n g m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) ，w h i c hw i l lp r o m o t et h et e a c h i n gm e t h o do f m o d e mm a n a g e m e n t b a s e do nt h eb u i l d i n go ft m i si nt i a n j i nu n i v e r s i t y c o m b i n i n gt h ee x p e r i e n c ei n p r a c t i c e ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ep r o c e s so fd e s i g no fc o l l e g ee d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o n m i sb a s e x lo n o b j e c tm o d e l i n g w i t l lu m l b e g i n n i n gw i t l lt h ev a r i o u sh i s t o r i c a l d e v e l o p m e n ts t a g e so fi m 一，t h ea r t i c l ep r e s e n tc o m p l e t e l yt h eg o a l s ，t h ep r o f i l ea n dt h e c h a r a c t e r i s t i c so fu m l 髂w e l la sam o l ek i n do fp r a c t i c a la n dp o p u l a ro b j e c tm o d e l i n g p r o c e s s ，i c o n i xp r o c e s s c o m b i n i n gt h et m i s 。i td e m o n s t r a t eh o wt ou s et h ei c o n l x p r o c e s ss y s t e m st oa n a l y z ea n dd e s i g n t h e n , t h ea r t i c l ee x p a t i a t ed e s i g np a r e m so ft m i s f r o mt h ed e v e l o p m e n tp e r s p e c t i v e s t m t si sac l a s s i c a jr e a l i z a t i o no fm v c w h i c hi st 1 1 e b e s tt o o lf o rw e ba p p l i c a t i o n sd e v e l o p m e n t , b e c a u s eo ft i ei n h e r i t a n c eo fe x i m i o u s f e a m r e so f m v ca n dt h er e i n f o r c eo f t h ef e a t o r e so f e a s yu s i n ga n df l e x i b i l i t y t h ev a l u eo f t h i sa r t i c l ei st h a ti td r a wac o n c l u s i o no nm o r ep r a c t i c a le x p e r i e n c ea n ds k i l l si nt h ec o u r s e o f d e v e l o p m e n t , a i m e da tc o l l e g e ss e l v e s ，a n dp r o m o t et h ed e s i g no f m i sf r a m e w o r k f i n a l l y ，t h r o u 曲t h i sa p p l i c a t i o nt om a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m i nt i a n j i n u n i v e r s i t y ，t h i sp a p e rp o i n to u tt h a tt h ee s t a b l i s h m e n to fe d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o na n d t e a c h i n gm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m st oc o l l e g e sa n du n i v e r s i t i e sh a v eg r e a t l ye f f e c t o nt h el e v e lo fc o l l e g ee d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o na n dt e a c h i n gm a n a g e m e n t , w h i c hp l a y e d a na c t i v ea n di m p o r t a n tr o l ei nc o l l e g ee d u c a t i o n a lr e f o r m a t i o n a tt h ee n do f t h i sp a p e rw e a d v a n c e dt h ed e v e l o p m e n to ff u r t h e rp r o s p e e t sa n db r o u g h tf o r w a r dt l l a tt h em i s d e v e l o p m e n ts h o u l db em a d et o w a r d st h ed e v e l o p m e n to fh i g h l yi n t e g r a t e ds y s t e m d a t a s h a r i n ga n dd e c i s i o ns u p p o r tr e s o u r c e s ，s u c ha si n t e l l i g e n td i r e c t i o n k e yw o r d s ：e d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t o rs y s t e m ，u m l ，s t r u t s ，t m i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫窒盘茔或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫盗盘璺可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签 签字日期：弘巾5 年6 月，日 导师签名 签字日期 第一章绪论 1 1 问题提出 第一章绪论 近年来，随着我国高等教育的快速发展，高校办学规模不断扩大，学分制 逐步推行，教学资源日益紧缺，这就使得教务管理部门的任务越来越重，教学 成本也越来越大，同时更增加了出现工作失误的几率。为了改进高校教务管理 手段，教育部和各个省市的教育主管部门曾多次配发过教务管理方面的部分软 件，不少高校也自行开发过一些软件，天津大学积极响应教育部号召，曾于1 9 9 7 年自行开发了教务管理系统，对学校教务管理信息化起到了积极的推进作用， 在实际应用中也取得了良好的效果。 然而高校对教务管理系统的需求是随着教育发展的需要和信息技术发展的 趋势而不断提升的。随着信息爆炸式的增长，传统的教学方式已经不能满足现 代教学的需求，在学校的教务教学改革中涌现出了一些新的需求： 1 ) 随着学分制改革的推行，原有的分班排课制度已经不再适用了。取而代 之的是新的排课与选课管理方式，因此对教务系统提出了排课与选课的 需求； 2 ) 传统的成绩录入方式由各学院教务员录入，每到学期末都给教务员带来 巨大的工作量，并且教务员的权力过于集中，给一些不法行为提供了可 能。因此，在成绩管理的改革中，建立了成绩分级录入、分级审核制度， 也对系统提出了新的需求； 3 ) 现代的教务管理越来越重视与广大师生的互动交流，以收集更多的信息 为决策系统服务。随着参与人群的扩大，传统的管理系统已经远不能满 足需求。 随着学校教学体制改革的不断深化和教育管理现代化的不断推进，旧有的 教务系统已经渐渐不符合目前教务教学的需要了，建设网络化教学教务平台已 经显得越来越必要了，同时由于开发时间较早，有部分因素没有考虑进去，在 实际使用过程中也发现了一些缺陷，主要体现在以下四个方面： 1 ) 功能不完整，未能涵盖教务管理工作的各个环节，且已有的部分软件自 身不完善，之间又缺乏有机的联接； 2 ) 适用性不强，由于当时的教学体制以及软件开发水平所制约，大量的特 殊性的问题没有得到解决； 3 1 校园网利用不充分，由于当时校园网发展还处于起步阶段，网络环境不 天津大学硕士学位论文 够理想，因此系统并未实现数据共享； 4 ) 由于开发过程中的经验不足，产生了一系列的问题，包括：数据标准未 统一、开发平台未统一、代码效率低下、开发文档管理混乱造成维护困 难等。 基于以上原因，为了进一步改善学校教务管理手段，提高教务管理水平， 天津大学教务处与天津大学管理信息中心决定合作开发适合天津大学自身特点 的教务管理信息系统。 天津大学教务管理信息系统的建设目标为：利用现代化信息手段实现现代 化的教务教学管理方式。采用多层软件架构、统一身份认证和数据中心等技术， 基于校园网互联网为学校教学运行提供先进、实用的信息化管理平台，为系统 管理员提供专用客户端工具实现安全可靠的管理控制与数据的批量处理，为学 生，教师提供可用浏览器访问的整体化信息平台数据交互、信息发布等功能。 1 2 研究现状 1 2 1 发展现状 教学教务管理的任务就是根据人才培养目标，按照一定的管理规则、程序 和方法，合理地组织和管理有限的教学资源，使整个教学过程正常有序，教学 资源得到充分利用，高质量和高效地实现人才培养目标。随着办学规模的不 断扩大、办学层次的多样化，特别是学分制的推行，教学教务管理工作更加复 杂，管理任务更加繁重，因此，建立教学教务信息管理系统对推进教学管理的 现代化具有重大意义。 高校教务管理系统是通常意义上的计算机管理信息系统( m i s ) 在高等学校 教务管理领域的具体应用，用信息技术来改变传统教务管理模式，以管理信息 化促进教育现代化，这是教育发展的必然趋势。加强高校教务管理信息系统的 建设和应用，是当今高校改革的一项重要内容。 在国外，管理信息系统即m i s 的概念起源于2 0 世纪6 0 年代，经过几十年 的发展，目前已经相当普及。在西方发达国家，几乎所有的高校都有着完整的 教务管理信息系统，提供了先进的教学手段与完善的信息服务。 在国内，管理信息系统的开发开始于2 0 世纪8 0 年代，经过多年的发展， 已经在理论上与技术上达到了一定水平。在高校中，以清华为代表的自主研发 型高校大致上都经历了以下两个阶段“l ： 第一阶段：校机关主要部处都配置了微机，多以单机工作为支撑环境，以 第一章绪论 事务处理为主要功能，主要任务是向上级单位提供各种报表。主要应用软件以 e x c e l 或一些单机版业务系统为主，没有实现数据共享，造成信息流通不及时、 数据冗余、一致性差等缺点。 第二阶段：建设以校园网为支撑的管理信息平台，利用校园网实现部门内 数据的共享。在这一阶段，主要以网络版的管理信息系统为主，解决了单机版 管理信息系统的数据共享问题。然而，由于学校内业务部门众多，导致了各部 门的信息系统彼此孤立，无法实现部门间的信息共享。 目前，国内大部分高校都处于第二阶段，已经建立或正在建立教务管理系 统。在已经拥有教务管理系统的高校中，有相当一部分是直接购买市场上的教 务管理软件，虽然这些教务管理软件在技术上已经相当成熟，但是由于受到产 品化程度高的制约，在管理模式上就不能完全符合各个高校自身的特点与需求。 在自主开发的高校中，清华大学与北京大学的教务管理系统是较为成功的案例 ”，其自主开发的教务管理系统功能完善、个性突出，很好的达到了各自的需 求。 然而，高校信息化建设的进程是不断前进的，许多学者提出了大学资源计 划( u r p ) 嘲。1 与数字化校园“的概念。即随着高校信息化建设的发展，必将 进入第三阶段，此阶段将实现以数据中心为基础，各应用系统为支撑的校园网 应用系统平台，学生、教师与各部门管理人员通过校园门户访问不同的应用系 统，系统提供统一的身份管理与认证。系统为每人建立唯一标志的电子身份， 利用校园一卡通可以在校园任意角落访问学校的共享资源。数据空间的扩展将 为校园内的广大师生提供丰富的资源与便利的访问途经。 天津大学目前正处于信息化建设的第二阶段，正在积极地建设针对各业务 部门的管理信息系统，并开始规划数字化校园的建设方案。此阶段的主要目标 是建立各部门管理信息系统，并为第三阶段的扩展提供接口，便于以后各业务 系统的集成。 1 2 2 技术现状 从运行模式来看，现代的信息系统先后出现过主机终端模式、文件服务器 模式、客户服务器( c 1 i e n t s e r v e r ，c s ) 模式和浏览器服务器 ( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 四种模式“小”1 ，而这四种模式的先后出现和替代，也正 体现了信息系统网络化发展的趋势。i n t e r n e t 的发展，使得把互联网技术与信 息系统相结合，利用w w 通用浏览器浏览信息成为可能，从而使得以i n t e r n e t 为载体，采用b i s 模式，开发基于w e b 的数据库和信息系统成为当前一大热门课 题和未来h i s 的发展趋势。 天津大学硕士学位论文 从设计角度来看，统一建模语言( u n i t e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，u 札) “州删“” 是面向对象建模领域新兴起的行业标准，它正在迅速普及。经过几个阶段的发 展，目前已经发展到u m l 2 0 版本。r a t i o n a l 统一过程“”“”是i b m 公司推出的基 于u m l 的软件工程建模软件，是目前较为流行的大型软件工程对象建模方法。此 外，i c o n i x 过程“”1 也是经过实践检验的、高效的、用例驱动的u m l 对象建模方 法，它被广泛应用于大中型软件项目的对象建模过程。它的规模介于重量级的 r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ( r u p ) 和轻量级的极限编程方法( x p ) 之间。和r u p 一样，i c o n i x 过程也是用例驱动的，但不需要r u p 使记录延续到表中带来的大量 开销；和) ( p 一样，它相对较小，比较紧凑，但不像x p 那样摒弃了分析和设计过 程。因此，有助于适用统一建模语言，同时对需求进行跟踪。 从开发角度来看，目前的m i s 开发已经非常成熟，在基于c s 的m i s 开发上有 经典的两层框架c 1 l e n t s e r v e r 和三层框架( c l i e n t a p p l i c a t i o ns e r v e r d b s e r v e r ) ，基于b s 模式的m i s 开发上则可采用基于j 2 e e 或n e t 技术构建的信息平 台。由于j a v a 语言的跨平台性，使得其越来越受程序员的喜爱，而j s p 能够将页 面的表现形式与商业逻辑分开的特性使得j s p 技术成为网站开发的首选技术。 j s p 的开发模式有两种”1 ：m o d e l1 和m o d e l2 。 在使用j a v a 技术建立w e b 应用的实例中，由于j s p 技术的发展，很快这种 便于掌握和可实现快速开发的技术就成了创建w e b 应用的主要技术。j s p 页面 中可以非常容易地结合j a v a b e a n 、s e r v l e t 和h t m l 代码，在j s p 页面中同时实 现显示、业务逻辑和流程控制，从而可以快速地完成应用开发。现在很多的w e b 应用就是由一组j s p 页面构成的。这种以j s p 为中心的开发模型我们称之为模 型一( m o d e l1 ) 。 m v c 设计模式”来源于面向对象语言s m a l l t a l k ，它提出了一种思想，用于 抽象和提炼一个系统的各个组成部分以及各部分之间的关系。m v c 模式将事务逻 辑同数据表示层分离，同时也将应用的行为( 即触发事务处理的事件) 单独分 离出来，形成模型视图控制器( m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ) 结构，简称m v c 设计 模式。m o d e l2 是经典的m v c 模型在w e b 应用上的变体，它沿用了m v c 事务逻辑与 数据、表示层分离的特性，其目的和m 、，c 一样，也是利用控制器来分离模型和视 图，达到一种层问松散藕合的效果，提高系统灵活性、复用性和可维 图i - im o d e l 2 的网络应用设计图 第一章绪论 护性。m o d e l2 和m v c 模型一样由三个部分组成：控制层、业务逻辑层、视图 层。图i - i 表示了典型的由m o d e l2 设计的网络应用： 随着m v c 模型在全球范围内的风靡，m v c 得到成功应用的案例越来越多， 其中a p a c h e 的一个开源项目s t r u t sf r a m e w o r k 就是m v c 模型的一个实现，其 目标就是为利用j a v a 技术开发基于m v c 模式的w e b 应用提供一个标准模式。现 在s t r u t s 的应用已经被越来越多的学者所研究，被越来越多的技术人员应用于 w e b 应用的开发中去。 1 3 研究内容与创新点 1 3 1 主要内容 本文研究的重点是研究基于面向对象的u m l 设计过程与面向对象开发技 术。在此基础上结合天津大学教务管理系统较为详细的介绍了i c o n i x 过程的各 个阶段和开发过程中的一些技术问题。 因此，论文建立在项目实际开发的基础上，重点研究并解决了以下的几个 问题： 1 ) 如何利用基于u m l 的i c o n i x 过程来对大型的系统进行需求分析、用例 建模、健壮性分析与交互建模。 2 ) 如何应用m v c 设计模式来进行大型的信息系统的开发。 3 ) 介绍了基于m i s 系统的现代教务教学管理手段。 1 3 2 论文结构 第一章为绪论部分，简要介绍了高校教务系统的含义及其作用，分析了目 前我国高校教务管理环节中存在的问题，并指出建设高校现代化教务管理信息 系统对整个高等教育改革的重要意义；然后分别研究了国内外高校教务系统发 展的现状和介绍了目前网络信息技术发展的现状；随后提出了本文的研究内容、 技术路线和主要创新点。 第二章介绍了统一建模语言( 删l ) ，介绍了u m l 的发展历程、定义以及咖l 的主要内容。在简要介绍u m l 理论的基础上，针对高校教务管理系统的特点， 重点介绍了适合于高校教务系统建模分析过程的软件过程，即用例驱动的 i c o n i x 软件过程。从概念上介绍了i c o n i x 的各个阶段，总结出了i c o n i x 过程 的重要特征。 天津大学硕士学位论文 第三章介绍了m v c 设计模式与s t r u t s 框架的应用。首先阐述了运用m v c 设 计模式的优点，通过模型一与模型二的比较，引出了当前较为流行的g v c 框架： s t r u t s 框架。然后，重点围绕s t r u t s 的概念、体系结构、工作原理与核心组 件等内容展开陈述。最后，本章还介绍了在开发过程中s t r u t s 比较有用的特性。 第四章结合天津大学教务管理系统的业务分析建模过程，以较具代表性的 模块为例，介绍了i c o n i x 过程在实际项目设计过程中的应用。详细介绍了 i c o n i x 过程中的域建模、用例建模、健壮性分析与交互建模等重要建模分析过 程。 第五章重点介绍了教务系统在开发过程中所涉及的一些设计思想与代码开 发的组织管理工作。从系统的设计模式、开发环境与框架设计等方面对教务系 统的开发做了简要的阐述。最后，本章展示了系统投入运行后的使用情况以及 系统对学校实际工作所产生的深远影响。 最后一部分是文章的结束语，总结了指出了项目的意义与不足之处。最后 对教务管理系统提出了展望。指出了教务管理系统在数据挖掘方面的扩展。 1 3 3 技术路线 从技术路线上考虑，论文在认真研究国内外有关资料和u m l 建模理论汹“2 ”及 m v c 模式的应用的基础上，进行了针对高校教务系统建模设计过程与应用s t r u t s 技术开发方法的研究，旨在为高等院校进行自主开发提供案例及其经验。图卜2 给出了本文采取的技术路线的示意图。 1 3 4 创新点 本文的主要创新点主要有以下四点： 1 ) i c o n i x 过程是一个经过实践检验的、高效的、用例驱动的u m l 对象 建模方法，然而，在实际的系统分析与设计过程中，真正运用i c o n i x 过程面向对象建模思想进行系统建模的项目并不多见。天津大学教务 系统的开发打破了过去结构化的程序设计思想，运用用例驱动的 i c o n i x 过程，以系统的用例模型驱动了整个静态模型的逐步发展与完 善，为学校的m i s 开发引入了新的方法； 2 ) 过去学校的m i s 开发是基于c s 模式的，多采用p o w e r b u il d e r 等开发 软件，使教务系统地应用受到了一定的限制。此次教务系统地开发， 设计了c s 与8 s 相结合的管理模式，并且在b s 部分的开发过程中 6 第一章绪论 运用了j 2 e e 较为成熟的s t r u t s 框架技术开发； 图l - 2 技术路线 3 ) c s 模式下的m i s 系统升级不便往往为后期维护人员带来相当大的烦 恼，在天津大学教务管理系统地设计中，根据校园网内高速数据传输 的特点，设计了教务系统的在线自动升级功能。同时，利用巧妙的数 据库设计实现了用户权限分配与动态生成用户菜单的功能； 4 ) 在组织开发的过程中，运用s t r u t s1 1 的新特性对项目的代码进行高 效科学的管理，介绍了在实际应用中进行多模块开发与系统模板管理 的经验，具有很好的实用价值。 天津大学硕士学位论文 第二章统一建模语言( u m l ) 统一建模语言( 1 j m l ，u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 是通用的可视化建模语 言，用于对软件进行描述、可视化处理、构建和建立软件系统制品的文档。它 记录了对必须构造系统的决定和理解，可用于对系统的理解、设计、浏览、配 置、维护和信息控制。o m l 适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶 段、各种应用领域以及各种开发工具，是一种总结了以往建模技术的经验并吸 收当今优秀成果的标准建模方法。 2 1u m l 的简史 u m l 的发展历史可分为五个不同阶段“”：分离、统一、标准化、修订和产业 化。目前已经发展至i j u m l 2 0 版本。 面向对象建模语言的兴起是在二十世纪八十年代，随着面向对象技术的发 展，面向对象建模语言也被越来越多地人所应用，在面向对象建模语言发展的 早期，出现了十几种乃至几十种建模语言，在这众多的建模语言中，语言的 创建者努力推崇自己的产品，并不断的修改完善。然而，对于系统设计人员来 说，面对众多的建模语言，初学者有不知如何选择开发产品的可能，而一般设 计人员可能只会对某种建模语言的概念模型比较熟悉，而对其他的建模语言不 熟悉或根本部了解，在不同团队的合作沟通上容易产生语义与概念上的差异， 从而加大了项目开发的成本。 因此面向对象建模语言迫切需要标准的统一。于是在1 9 9 4 年1 0 月， r u m b a u g h 通过r a t i o n a ls o f t w a r e 公司与b o o c h 联手开始共建统一方法。在1 9 9 5 年l o 月，他们发布了统一方法u m l o 8 版本”1 。在1 9 9 5 年秋，j a c o b s o n 加盟 r a t i o n a l 开始与b o o c h 和r u m b a u g h - - 起工作，他们共同致力于设计统一建模语 言，于1 9 9 6 年6 月发布了u m l0 9 草案，它结合了b o o c h 等三人方法的主要技 术。在1 9 9 6 年期间成立了u m l 成员协会，吸收了众多方法学家与著名企业( 包 括d e c 、h p 、i - l o g i x 、i n t e ll i c o r p ，i b m 、i c o nc o m p u t i n g 、m c is y s t e n f f t o u s e 、 m i c r o s o f t 、o r a c l e 、s a p 、r a t i o n a ls o f t w a r e 、t i 以及u n i s y s ) 的建议，发布 了u m l1 0 版本。 1 9 9 7 年1 1 月，u m l 被o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n t6 r o u p ) 全体成员一致通过， 并被采纳为标准，从而u m l 正式成为面向对象建模的统一的标准语言。o m g 进 一步承担了修改完善u m l 标准的工作，经过不断的修订，当前最新的版本是 第二章统一建模语言( u m l ) u m l 2 0 标准。 2 2u m l 的目标 u m l 语言的开发有多个目标嘲。这些目标分别是： 1 ) 成为一种易于使用、表达能力强的可视化建模语言，并且是简单的和可 扩展的。 2 ) 具有扩展和专有化机制，无需修改核心概念即可进行扩展。 3 ) 与具体的实现无关，可应用于任何语言平台和工具平台。 4 ) 与具体的过程无关，可应用于任何软件开发过程。 5 ) 支持面向对象的设计与开发中涌现出的高级概念，例如协作、框架、模 式和组件。 6 ) 通过使用组件技术、可视化程序设计、模式和框架，解决反复出现的体 系结构复杂性问题。 7 ) 可升级，具有广泛的适用性( 通用和功能强大) 和可用性( 简单、广泛 接受、不断发展) 。 8 ) 融合了最佳的工程实践。 9 ) 促进面向对象工具市场的成长。 u m l 并不属于某个人所有，它建立在计算机界普遍认同的基础上。u m l 并不 试图成为一个完整的开发方法。它不是一个标准的开发过程，但是它可以用于 大部分开发过程中。u m l 的最终目标是在尽可能简单的同时能够对实际需要建 立的系统的各个方面建模。 2 3u m l 的概貌 u m l 是编制软件蓝图的标准化语言，用于对复杂软件系统的各种成分的可 视化，说明和构造系统模型，以及建立软件文档。 u m l 包含了三个方面的内容。“：模型的概念和表示法、语言的公共机制、 对象的约束语言。 1 u m l 的模型的概念和表示法 u m l 提供了三类基本的标准模型建筑块：事务、联系和图形。事务是一个 模型的一级抽象成员，即构成模型的元素。u m l 规定了四种事物的表示法：结 构性事物、行为性事务、成组性事物、注释性事物。其中结构性事物指模型的 静态部分，如对象类、u s ec a s e 、接口( i n t e r f a c e ) 、组件( c o m p o n e n t ) 、节点 ( n o d e ) 等；行为性事物是指模型的动态部分，如交互、状态机等；成组性事物 天津大学硕士学位论文 指模型的组成部分，如：包( p a c k a g e ) ：注释性事物指模型的解释说明部分，如 注释( n o t e ) 。 u m l 提供的模型建筑块之间的基本联系有四种：依赖( d e p e n d e n c y ) 、关联 ( a s s o c i a t i o n ) 、泛化( g e n e r a l i z a t i o n ) 、实现( r e a l i z a t i o n ) 等。依赖是指模 型建筑块之间的一种语义联系，其中一个( 独立事物) 发生改变将影响另一个( 依 赖事物) 的语义。关联是指模型建筑快之间的结构联系，两者存在结构性的连接 ( l i n k ) 。聚合( a g g r e g a t i o n ) 是一种特殊的关联，表示结构的整体与部分关系。 泛化是指模型建筑块之间的一般与特殊的联系。实现是指模型建筑块之间的一 种语义联系，其中一个规定了一组约定( 协议) ，另一个负责实现它们。例如接 口和实现接口功能的类或组件之间的联系就是实现联系。 模型建筑块与联系相结合，可以构造出良构的系统模型( w e l l - f o r m e d m o d e l ) 。 u m l 图形是模型元素集合的可视化表示。u m l 定义了9 类图形，用于建立系 统模型：类图、对象图、u s ec a s e 图、顺序图、协作图、状态图、活动图、组 件图、配置图。通过绘制u m l 图形，可以从不同的抽象角度使系统可视化。 u m l 提供了对各个模型建筑块进行说明的语法和语义规定。在建立模型时， 可以用u m l 的图形表示法使系统可视化，同时用u m l 的说明描述系统的细节。 具体地说，u m l 提供了以下的系统模型化功能”： 1 ) 用例建模( u s ec a s e ) 用例建模是重要的软件分析技术。用例定义了在业界处理中的业务规则和 任务，以及计算机应用系统怎样支持这些任务。u s ec a s e 抽取系统的功能 需求，帮助把它映射成对象模型。 用例模型是领域业务分析员、用户和系统开发人员之间的桥梁。 2 ) 对象类和对象模型 u m l 支持基本的和高级的对象类和对象建模。可以使用u m l 中的对象类定 义一系列业务对象( 类) 和应用结构，并且建立对象作为这些类的实例。对象 建模定义对象的行为，保证u s ec a s e 和业务规则得到正确的支持。 3 ) 组件建模 组件是指源代码的物理单元和可执行单元，它们组成应用系统。对象类分 别组织在组件中，成为应用系统中的可复用的模块。 4 ) 配置建模 配置建模是把软件系统在计算机网络上的配置方式进行模型化。 当前的分布式系统有多种的实现模式，如客户服务器模式 ( c i i e n t s e r v e r ) ，三层( t h r e e t i e r ) 结构模式、i n t e r n e t i n t r a n e t 模式、广 1 0 第二章统一建模语言( u m l ) 域网模式等。在u m l 的配置图中可以描述网络的节点拓扑、节点之间的连接， 以及应用系统如何在网络上划分和分布。 2 删l 语言的公共机制 u m l 规定了四种公共机制：说明、装饰、通用划分、扩展机制。 1 ) 说明( s p e c i f i c a t i o n ) u m l 不只是一种图形语言，还规定了对于每一个u m l 图形的文字说明的语 法和语义。例如，一个类图标的背后必有一套说明，它提供了关于属性、操作、 行为等的描述。通常使用u m l 的图形表示法可视化一个系统，使用u m l 的说明 叙述系统的细节。 2 ) 装饰( a d o r n m e n t ) 大多数的u m l 元素有唯一的直接的图形表示法，表达该元素的最重要的特 征。除此之外，还可以对该元素加上各种装饰，说明其他方面的细节特征。 例如，对于一个对象类，最基本的图形表示法是一个矩形，其中包含了类 的名称、属性和操作。此外可以加上一些装饰，如可视性标记。 3 ) 通用划分( c o m m o nd i v i s i o n ) 对u m l 的事物规定了两种类型的划分。一种是例如类与对象的划分，类是 对象的抽象，对象是类的实例。另一种是例如接口与接口的实现的划分，接口 声明了一个约定( 协议) ，实现负责执行接口的全部语义。 对于大多数的u m l 元素都可以作这样的划分。例如，对于u s ec a s e 有u s e c a s e 实例、实现u s ec a s e 的协同，以及实现u s ec a s e 的操作和方法。 4 ) 扩展机制( e x t e n s i b i l i t y ) u m l 语言的扩展机制，允许u m l 的使用人员根据需要自定义一些构造型等 语言成分，扩展u m l 和把u m l 用户化，更便于完成自己的软件系统的开发工作。 u m l 规定可以自定义三种语言成分：构造型( s t e r e o t y p e ) 、标记值( t a g g e d v a l u e ) 和约束。u m l 规定了许多标准的预定义的构造型、标记值和约束，但是 允许自行扩充。 3 u m l 的对象约束语言 u m l 的对象约束语( o b j e c tc o n s t r a i n tl a n g u a g e ，o c l ) 是一种表达施加于 模型元素的约束的语言。o c l 的表达式以条件和限制的形式，附加在模型元素 e 。 2 4u m l 的特点 i m i l 的主要特点有： 1 ) 统一标准 天津大学硕士学位论文 u m l 融合了当前一些流行的开发方法的主要概念与技术，成为一种面向对 象的标准化的统一的建模语言，约束了以往各种方法的建模语言的不一致和差 别。u m l 提供了标准的面向对象的模型元素的定义和表示法，以及对模型的表 示法的规定，使得对系统的建模有章可循，有标准的语言上具可用，有利于保 质保量地建立起软件系统模型。 u m l 已经成为工业标准化组织o m g 的正式标准，o m g 将负责语言标准的进一 步的开发。u m l 在统计和标准化方面的努力，将有利于建模语言本身的发展， 也有利于工业化应用。 2 ) 面向对象 u m l 支持面向对象技术的主要概念。u m l 提供了一批基本的模型元素的表示 图形和方法，能简洁明了地表达面向对象的各种概念和模型元素。 3 ) 可视化、表达能力强大 u m l 是一种图形化语言，系统的逻辑模型或实现模型都能用u m l 的模型图 形清晰地表示。u m l 不只是一堆图形符号，在每一个u m l 的图形表示符号背后， 都有良好定义的语义。 u m l 还可以处理与软件的说明和文档有关的问题，包括需求说明、体系结 构、设计、源代码、项目计划、测试、原型、发布等。 u m l 提供了语言的扩展机制，用户可以根据需要增加定义自己的构造型、 标记值和约束等。 u m l 的强大表示能力使它可以用于各种复杂类型的软件体系的建模。 4 ) 独立于过程 u m l 是系统建模语言，独立于开发过程。虽然u m l 与r a t i o n a l 统一过程配 合使用，将发挥强大的效用，但是u m l 也可以在其他面向对象的开发过程中使 用，甚至在常规的软件生命周期法中使用。 5 ) 容易掌握使用 u m l 概念明确，建模表示法简洁明了，图形结构清晰，容易掌握使用。学 习u m l 应着重学习它的三方面的主要内容：u m l 的基本模型元素，把这些模 型元素组织在一起的规则，u m l 语言中的公共机制。只要具备一定的软件工程 和面向对象技术的基础知识，通过运用u m l 建立实际问题的系统建模的实践， 很快就能掌握和熟悉u m l 。 使用u m l 进行软件系统的分析和设计，能够加速软件开发的进程，提高代 码的质量支持变动的业务需求。u m l 适用于各种大小规模的软件系统项目， 能促进软件复用，方便地集成己有的系统软件资源，使用u m l 将有助于处理软 件开发中的各种风险。u m l 的这些特点和优点使它获得了计算机业界和越来越 第= 章统一建模语言( u m l ) 多的软件人员的青睐。 u m l 不是一个独立的软件工程方法，而是面向对象软件工程方法中的一个 部分。u m l 只是一种标准的系统分析和设计语言，用于系统的建模。u m l 适合于 对各类软件系统的建模，从应用系统到计算机系统支持软件，从一般的企业的 信息管理系统到基于w e b 的分布式应用系统，甚至实时系统。 u m l 不是程序设计语言，不能用来自接书写程序，实现系统。u m l 所建立的 系统模型( 逻辑模型和实现模型) ，必须转换为某个程序设计语言的源代码程序， 然后经过该语言的编译系统生成可执行的软件系统。但是，用u m l 建立系统模 型可以很好地支持软件开发的前项工程( f o r w a r de n g i n e e r i n g ) 和逆向工程 ( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ) 。 2 5u m l 在软件开发不同阶段的应用 u m l 的应用贯穿在系统开发的五个阶段，它们分别是： 第一阶段：需求分析。u m l 的用例视图可以表示客户的需求。通过用例建 模，可以对外部的角色以及它们所需要的系统功能建模。角色和用例是用它们 之间的关系、通信建模的。每个用例都指定了客户的需求：他或她需要系统干 什么。不仅要对软件系统，对商业过程也需要进行需求分析。 第二阶段：分析。分析阶段应该主要考虑所要解决的问题，可用u m l 的逻 辑视图和动态视图来描述。类图描述系统的静态结构，协作图、序列图、活动 图和状态图描述系统的动态特征。在分析阶段，只为问题领域的类建模，而不 定义诸如用户接口类、数据库等软件系统解决方案的细节。 第三阶段：设计。在设计阶段中，通常把分析阶段的结果扩展成技术解决 方案，并加入新的类来提供诸如用户接口和数据库等的技术基础结构。分析阶 段的领域问题类被嵌入在这个技术基础结构中。设计阶段的结果是构造阶段的 详细的规格说明。