（计算机应用技术专业论文）基于uml的网上报名系统设计与实现.pdf

中文摘要 现在国内许多大学招生已纷纷采用“网上报名”模式，很多资格水平考试和 社会性的考试在网上设置了报名站点，由于各方面因素限制，网上报名还不是很 完善，还要结合各种传统的报名管理手段。而国外发达国家在网上报名的技术方 面比我们更加成熟，能够通过网络办理报名的一切手续。在国内由于管理及技术 手段的落后与陈旧等原因，6 0 以上考试仍是采用传统的人工现场报名方式。对 于有一定规模和反复进行的考试，以传统的人工管理方式远远达不到高效、准确 等要求，而且考生从填报信息、交费，拿准考证、校正错误直到考试、查询成绩， 拿合格证，这期间要和考点打好几次交道，造成了很多不必要的麻烦和浪费。而 且现在同时实现报名和查询成绩功能的系统很少，因此，结合实际情况开发一个 网上报名系统势在必行。 本论文运用面向对象的分析与设计方法，利用可视化统一建模语言u 扎、统 一开发过程r u p 和r o s e 建模工具对网上报名系统进行需求分析、定义用例、静 态建模和动态建模，用若干视图从不同角度来观察和描述系统的软件体系结构， 按照实际情况对系统进行可视化，帮助开发人员理解系统，构造出易维护、可扩 展、可复用的软件系统模型；采用b s 三层软件体系结构，基于n e t 开发平台， 以a s p n e t 为服务器端语言，a d o n e t 为数据访问技术，s q ls e r v e r2 0 0 0 为数 据库，c # 为编程语言开发系统，利用角色权限控制，实现多级安全机制。 网上报名系统是运用高新技术为考生提供更开放、更可靠、更安全的优质服 务；使考试报名工作嘲络化、规范化，系统化、程序化，提高信息处理的速度和 准确性，并且能够及时、准确、有效地查询和了解等级考试报名情况和成绩情况， 实现考点和考生点对点服务。同时，构造一个易维护、可扩展、可复用的系统， 可以扩大网上报名系统的应用范围。 关键词：网上报名，u m l ，n e t ，a s e n e t ，a d o n e t ，安全 a b s t r a c t n o wt h em a t r i c u l a t i o no fm a n yd o m e s t i c c o l l e g e sa d o p tt h em o d e “o n l i n e r e g i s t r a t i o n ”，l o t so fq u a l i f i c a t i o na n ds o c i e t ye x a m i n a t i o n se s t a b l i s hw e bs i t e sf o r r e g i s t r a t i o n b u tw i t ht h el i m i t so f av a r i e t yo f f a c t o r s ，t h em o d eo f o n l i n er e g i s t r a t i o n i ss t i l li 1 1 1 p c r f b c i ts t i l lr e s o r t st ot h eo t h e r st r a d i t i o n a lm e a n s t h et e c h n o l o g yo f o v e r s e ad e v e l o p e dc o u n t r i e si sm o r ea d v a n c e d ，t l e yc a l li m p l e m e n ta l lk i n d so f r e g i s t r a t i o np r o c e d u r e st h r o u g ht h en e t w o r k i nm yc o u n t r y , b e c a u s eo ft h el a g g a r d m a n a g e m e n ta n dt e c h n i c a lm e a n se t e ，6 0p e r c e n to fe x a m i n a t i o n ss t i l la d o p tt h e t r a d i t i o n a lr e g i s t r a t i o nm a n n e r , t h a ti st os a y , e x a m i n e e sm u s ts i g nu pi nt h ee x a m i n e s p o t b u tf o rs o m es c a l e sa n dr e g u l a re x a m i n a t i o n s ，t h et r a d i t i o n a ll a b o rm a n a g e m e n t m o d ec a l l tm e e te f f i c i e n ta n da c c u r a t er e q u i r e m e n t s ，w h a t sm o l e ，f r o mt h ef i l l i n go f t h ep e r s o n a li n f o r m a t i o n ，t h ep a y m e n to ff e e ，t h ed r a wo ft h ee x a m i n a t i o nc e r t i f i c a t e ， t h ee m e n d a t i o no ft h ee r r o r su pt oe x a m i n a t i o n ，t h eq u e r yo fr e s u l t s ，t h ed r a wo ft h e c e r t i f i c a t eo f a p p r o v a l d u r i n gt h ep e r i o d ，t h ee x a m i n e e sm u s tg ot ot h ee x a m i n a t i o n s p o tf o raf e wt i m e s ，t h i sc a u s e sm a n yu n n e c e s s a r yt r o u b l e sa n dw a s t e s n o wt h e r ea r e f e ws y s t e m st h a tc a nc o m p l e t et h er e g i s t r a t i o na n dt h eq u e r yo f t h er e s u l ta tt h es a l n e t i m e s oi ti sv e r yi m p e r a t i v eu n d e rt h es i t u a t i o nt o d e v e l o pao n l i n er e g i s t r a t i o n s y s t e mc o m b i n i n gw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n t h et h e s i si n t r o d u c e st h em e a n so fo b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i sa n dd e s i g n ，i t a n a l y s e st h eo n l i n er e g i s t r a t i o ns y s t e mu s i n gt h ea n a l y s e so fr e q u i r e m e n t s ，d e f i n e d s o m eu s ec a s e s ，s t a t i cm o d e l i n ga n dd y n a m i cm o d e l i n gb ym e a n so fv i s u a l i z a t i o n m o d e l i n gl a n g u a g e - - u m l ，m o d e l i n gp r o c e s s s - - r u pa n dm o d e l i n gt o o l - - r o s e w eh e l pt h ed e v e l o p e r su n d e r s t a n ds y s t e ms oa st oc o n s t i t u t es o f t w a r es y s t e mm o d e l t h a ti se a s yt om a i n t a i n ，e x t e n da n dr e u s a b l e ；i ta d o p t sb st r i l e v e ls o f t w a r es y s t e m a r c h i t e c t u r e ，a n di sb a s e do nt h e n e td e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，a n da s p n e ts e l v e l p o r tl a n g u a g e ，a d o n e td a t aa c c e s st e c h n o l o g y , s q ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s e 。c # p r o g r a m m i n gl a n g u a g ef o rs y s t e md e v e l o p i n g t h eo n l i n er e g i s t r a t i o ns y s t e mp r o v i d e sm o r ef r e e ，c r e d i b l e ，s a f e l yg o o dq u a l i t y s e r v i c e sf o rt h ee x a m i n e e s ，a n di tc a nm a k ee x a m i n a t i o n sr e g i s t r a t i o na c c o m p l i s h o n l i n e ，r e g u l a r i t y ，s y s t e m ，p r o g r a m m i n gs oa st oi m p r o v et h es p e e da n da c c u r a c yo f t h et r e a t m e n to fi n f o r m a t i o n ，w h a t sm o r e ，w ec a nq u e r ya n dk n o wg r a d i n g e x a m i n a t i o nr e g i s t r a t i o na n dt h er e s u l t sm o r ed u l y , a c c u r a t e l ya n de f f e c t i v e l y , a n d i m p l e m e n tp o i n t t op o i n tb e t w e e nt h ee x a m i n a t i o ns i t e sa n de x a m i n e e s k e yw o r d s ：o n l i n e r e g i s t r a t i o n ，u m l ，n e t ，a s e n e t ，a d o n e t ，s e c u r i t y 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，也不包含为获得苤鲞盘茎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。 一躲印亥柳彬年g 月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫查盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫叠盘茎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) 撇姗躲匆霞 签字日期o 多年g 月f 日 导师签名： 匙钢 签字日期：细年f 月f 日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景及来源 1 1 1 课题研究背景 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，计算机网络技术得到了飞速发展，信息的处理和传递 突破了时间和地域的限制，信息技术的运用和推广给用户带来了无比的方便和快 捷，信息化、网络化和以人为本成为信息时代的基本特征。由于网络的实时性、 方便性、快捷性和低成本性，互联网已进入社会生活的各个领域和环节，人们日 常生活中的许多活动都将逐步转移到网络上来，能够足不出户办到需要办的事 情，已不再是梦想，无纸化办公已成为一种时代需要。据2 0 0 5 年统计，中国互 联网上网人数已经超过1 亿，人数仅次于美国。但是，由于互联网这个新生事物 在我国的历史只有2 0 几年，互联网服务真正走进大众生活的历史也只有1 0 多年， 由于观念、技术更新速度缓慢和资金的短缺，导致我们在很多方面都还没有充分 利用起互联网的功能来。i l l 随着社会经济的高速发展，各类考试逐步受到学校、社会各界越来越多的人 的重视，在高校尤其是计算机和英语两大类等级考试，已成为学生的必考科目。 然而，由于管理及技术手段的落后与陈旧等原因，6 0 以上考试仍是采用传统的 人工现场报名方式。在组织上万人的大型考试时，以传统的人工管理方式远远达 不到高效、准确等要求，如何运用高新技术提升管理手段、管理水平与管理能力， 为考生提供更开放、更可靠、更安全的优质服务是摆在我们面前的一个重要课题。 1 1 2 课题来源 全国计算机等级考试( n a t i o n a lc o m p u t e rr a n ke x a m i n a t i o n ，简称n c r e l 是经原国家教育委员会( 现教育部) 批准，于1 9 9 4 年由教育部考试中心主办，面 向社会，用丁考查应试人员计算机应用知识与能力的全国性计算机水平考试体 系。十二年来，“全国计算机等级考试”以它的权威性、公正性得到全国各界的 认可，发展形势喜人，参考人数逐年增加，推动了我国计算机应用的提岛和普及， 同时也给各个考点具体负责考试报名人员带来了相当大的工作量。2 0 0 2 年下半 年教育部研制开发了全国计算机等级考试考务管理系统，新报名系统的应用 在报名后期有效缓解了考务人员的劳动强度，强化了数据信息的准确性与可靠 天津大学硕士学位论文第一章绪论 性，目的是实现防止舞弊，并且通过使用权限的管理，提高了数据信息的安全性。 但整个报名过程中，由于考生报考信息复杂，信息量大、信息的准确度要求高， 需要现场采集考生照片、考生交费、开具收据和接受咨询等，具有相当大的工作 量。之后准考证的制作和发放，费用统计上报、成绩查询和证书发放等一系列工 作也需要消耗大量的人力和时间。并且在汇总报表的工序中，顺序杂乱，标准不 一，使整个工作显得烦琐劳累。鉴于此，我们认为有必要建立一个等级考试网上 报名系统，使等级考试报名工作网络化、规范化，系统化、程序化，提高信息处 理的速度和准确性，并且能够及时、准确、有效地查询等级考试成绩情况，实现 考点和考生点对点服务。1 2 1 太原理工大学长治学院作为山西省长治市全国计算机等级考试重要考点之 一，我们分析了学校网络建设的现状( 学校的计算机机房和图书馆全部联网) ，决 定自己开发和研制一套”全国计算机等级考试网上报名管理系统”。对简化报名 手续，提高工作效率、减轻劳动强度、减少错误率、方便考试管理人员随时了解 和管理报名情况、方便考生尤其是社会考生和外地考生、吸引更多生源、扩大学 校知名度等各个方面都具有重要的意义。1 3 l 4 s 1 2 课题研究思路 ( 1 ) 采用的研究方法： 本课题将从需求分析开始，遵循统一开发过程( r u p ，r a t i o n a lu n i f i e d p r o c e s s ) 的开发流程进行规划，以保证系统的稳定性、易维护性、可扩展性和可 复用性。将最大限度地提高系统安全性和整体性能，设计实现针对全国计算机等 级考试考点组织考试的应用软件：网上报名系统，并掌握相应的体系化开发模式。 ( 2 ) 采用的技术路线 拟结合目前软件工程、w e b 数据库、应用程序设计等领域的先进技术，应用 r a t i o n a l 公司( 现为i b m 公司收购) 的建模设计工具r o s e ( 支持u m l 建模语言) 进行软件建模设计；以v s n e t 环境为开发平台，利用m i c r o s o f t 公司提供的最 新技术a s p n e t 、a d o n e t ，c # 编程语言，以s q ls e r v e r2 0 0 0 为数据库进 行开发实现。与传统的技术相比，这套技术增强了数据处理与联网的能力，降低 了开发的成本和维护的难度。 1 3 本文所做的工作 i 运用面向对象分析与设计方法，研究u m l 统一建模语言在w e b 系统中 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 的应用； 2 研究m i c r o s o f t 最新的n e t 技术： 3 对网上报名系统进行u m l 建模； 4 实现网上报名系统，包括编码、部署及w e b 系统权限控制等多级安全保 障体系。 根据上述核心研究内容，本文的编排结构安排如下： 第一章绪论：介绍课题的研究背景、意义及研究思路： 第二章u m l 概述：介绍统一建模语言u m l ，重点分析u m l 的各种建模 用图； 第三章n e t 技术研究：重点介绍n e t 框架、a s p n e t 、a d o n e t 及c 群 语言； 第四章网上报名系统的u m l 建模：分析网上报名系统的功能需求，使用 l r m l 语言、r u p 统建模过程和r a t i o n a lr o s e 建模工具对系统进行建模，并进 行系统数据库建模； 第五章网上报名系统实现：采用a s p n e t 服务器端语言和c 撑编程语言编 程实现，借助首信易安全支付平台实现网上支付； 第六章总结及展望：对论文的主要工作进行总结，分析研究工作不足之处， 分析系统的扩展，复用和发展前景。 天津大学硕士学位论文第二章u 札概述 第二章u 肌概述 u m l 是u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( 统一建模语言) 的简称。b o o c h 在其经典的 “t h eu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g eu s e rg u i d e ”一书中对u m l 的定义是：u m l 是 对软件密集型系统中的制品进行可视化、详述、构造和文档化的语言。1 6 】定义中 所说的制品( a r t i f a c 0 是指软件开发过程中产生的各种各样的产物，如模型、源代 码、铡试用例等。 在计算机图形学中，有一句名言，叫做“一幅图项得上一千个字“。同样地， 在软件开发的过程中，模型的重要性也非常明显，它可以达到以下目的： 模型对系统进行可视化，使用模型可以更好地理解问题； 模型允许我们详细说明系统的结构和行为，可以加强人员之间的沟通； 使用模型可以更早地发现错误或疏漏的地方； 模型给出了一个指导我们构造系统的模板，使用模型可以获取设计结果： - 模型为最后的代码生成提供依据，为作出的决策进行文档化。 2 1u m l 的产生、发展及应用 2 1 1u m l 的产生 面向对象建模语言在2 0 世纪7 0 年代中期开始出现，其后众多的面向对象方 法学家都在尝试用不同的方法进行面向对象分析与设计。从1 9 8 9 年到1 9 9 4 年， 面向对象建模语言的数量从不到l o 种增加到5 0 多种。虽然每种建模语言的创造 者都在努力推广自己的方法，并在实践中不断完善，但是，面向对象方法的用户 并不了解不同建模语言的优缺点及它们之间的差异，很难在实际工作中根据应用 的特点选择合适的建模语言，甚至爆发了一场“方法大战”。到了9 0 年代中期， 出现了第二代面向对象方法，其中最著名的足b o o c h 9 3 、o m t - 2 和o o s e 等方 法。 g r a d yb o o c h 是面向对象方法最早的倡导者之一，提出了面向对象软件工程 的概念。1 9 9 1 年他把以前面向a d a 的工作扩展到整个面向对象设计领域。他提 出的b o o c h 9 3 方法比较适合于系统的设计和构造。 j a m e sr u m b a u g h 等人提出的对象建模技术( o b j e c tm o d e l i n gt e c h n i q u e ，o m n 方法，采用了面向对象的概念，并引入了各种独立于语言的表示符号。这种方法 天津大学硕士学位论文 第二章u m l 概述 用对象模型、动态模型和功能模型，共同完成对整个系统的建模，所定义的概念 和符号适用于软件开发的分析、设计和实现的全过程，软件开发人员无需在开发 过程的不同阶段进行概念和符号的转换。o m t - 2 方法特别适用于描述和分析以 数据为中心的信息系统。 i v a rj a c o b s o n 于1 9 9 4 年提出了o o s e ( o b j e c t - o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ， 面向对象的软件工程) 方法，其最大特点是面向用例( u s ec a s e ) ，并在用例的描述 中引入了外部角色的概念。用例的概念是精确描述需求的重要工具，用例贯穿于 整个开发过程，包括对系统的测试和验证过程。o o s e 比较适合支持商业工程和 需求分析。 面对众多的建模语言，用户很难找到一种最适合其应用特点的语言，而且不 同建模语言之间存在的细微差别极大地妨碍了用户之间的交流。面向对象方法发 展的客观现实要求在精心比较不同建模语言的优缺点及总结面向对象技术应用 经验的基础上，组织联合设计小组，根据应用的需要，集中各种面向对象方法的 优点，克服缺点，统一建模语言，u m l 由此而生。 r l l 8 】 2 1 2u m l 的发展 1 9 9 4 年1 0 月，b o o c h 和r u m l o a u g i l 开始致力于统一建模语言的工作，他们 首先把b o o t h 9 3 和o m t - 2 统一起来，并于1 9 9 5 年1 0 月发布了第一个公开版本， 称为“统一方法( u n i f i e dm e t h o d ) ”u m0 8 。1 9 9 5 年秋，o o s e 方法的创始人 j a c o b s o n 也加入到这项工作中，并贡献了他的用例思想。经过三个人的共同努力， 于1 9 9 6 年6 月和l o 月分别发布了两个新的版本，即u m l 0 9 和u m l o 9 1 ，并 把u m 改名为“统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) ”u m l ，其发展过程如 图2 1 所示。 1 9 9 7 年1 月，u m l1 0 被提交给对象管理组织o m g ，作为标准化软件建模 语言的候选者。在其后的半年多时间里，许多重要的软件开发商和系统集成商， 如m i c r o s o f t 、i b m 、h p 、o r a c l e 、r a t i o n a ls o f t w a r e 等，都成为“u m l 伙伴”， 它们积极地使用u m l 并提出反馈意见，以完善、加强和促进u m l 的定义工作， 对u m l1 1 ( 1 9 9 7 年9 月) 的定义和发布起了重要的促进作用。1 9 9 7 年9 月， u m l l 1 再次被提交给o m g 组织，并于1 9 9 7 年1 1 月1 7 日正式被o m g 采纳作 为基于面向对象技术的标准建模语言。此后，u m l 一直没有停止前进的步伐， 1 9 9 8 年、1 9 9 9 年和2 0 0 1 年分别发布了u m l1 2 、u m l1 3 和u m l1 4 ，其中 u m l1 3 是较为重要的修订版。经过对u m l 的重大修订，于2 0 0 3 年6 月正式 通过了u m l 2 0 。 截止到1 9 9 6 年1 0 月，在美国已有7 0 0 多个公司表示支持采用u m l 作为建 天津大学硕士学位论文第二章u m l 概述 模语言，在1 9 9 6 年年底，u m l 稳占面向对象技术市场的8 5 ，成为可视化建 模语言事实上的工业标准。【9 l i ”1 、 2 1 3 u 皿，2 o 图2 - 1u m l 的发展过程 u m l 2 0 的推出是为了帮助简化模型驱动的开发，其中增强了语义部分，可 帮助模型更好地支持元数据交换，这一切的目的在于使u m l 成为一种胜过大多 数文本语言的高层次语言，能直接生成代码和进行逆向工程，甚至直接生成某些 可执行的u m l 模型。现在，o m g 已经把u m l 作为公共可得到的规格说明 ( p u b l i c l y a v a i l a b l es p e c i f i c a t i o n ) 提交给国际标准化组织o s o ) ，进行国际标准化。 u m l2 0 通过提供稳定的技术基础结构( 这种结构考虑到了软件开发过程的 更多的自动化功能) 支持人们开始对模犁驱动架构的应用。下面是出自该需求规 范的四个目标，它们是促使u m l 发展进化的突出驱动者。 使得该语言对软件实体进行建模变得更加可行。 对流程和动作建模提供更健壮的机制。 为不同工具之间的通信创建一个标准。 在一个标准的建模框架内协调u m l 。 天津大学硕士学位论文第二章咖l 概述 u m l2 0 标准对u m l1 4 进行了扩充，添加了一部分自己特有的图，这些图 能更好地描述建模的过程。在u m l 2 0 中用更为受限的通信图代替了协作图，还 增加了几种新的图，如交互综述图、定时图、协议状态图、组成结构图等。表 2 - 1 所示给出了u m l 2 0 和u m l l 4 相比较各种图的异同。【l l l 表2 - 1i i m l 2 0 与u m l l 4 的比较 u m 吐1 4u m 吐2 0 变化说明 用例图用例图 类图类图 对象图对象图 对象图画在类图中而非它自己的空间中 尽管u m l1 4 使用包图说明规范的组织结 组成对象图( 包图) 包图 构，但是它没有对包图做出明确的定义 组件图组件图 配置图配置图 状态图状态机图 虽然名称不同，但技术上完全相同 协议状态机图抽象级别比较高的状态机图 活动图的修改较为彻底，u m l2 0 的活动 活动图活动图 图独立于状态机，并拥有自己的元模型 组成结构图 交互图和组成对象图的结合 交互图交互图是一组图的统称，包括通信图、交 互综述图、定时图及时序图 协作图该功能被分到新的交互图里完成 时序图时序图 ( 见交互图) 通信图 ( 见交互图) 交互综述图 ( 见交互图) 定时图 ( 见交互图) 2 1 4u m l 面临的问题 ( 1 ) u m l 缺乏过程指导 u m l 并不是十全十美的东西，最重要的一点是，它只是一种建模语言而非 建模方法，它没有定义一个指导过程。正如仅靠一本词典和一本语法书并不能写 出文学名著一样，仅有u m l 也不能开发出真正好的系统，并不能保证软件的质 量，过程的指导是必不可少的。 天津大学硕士学位论文第二章u 札概述 ( 2 ) u m l 过于复杂 u m l 在具有丰富的表达力的同时，其复杂性也相当惊人。虽然u m l 的开 发者称：只要u m l 中2 0 的内容就可以表达实际应用中8 0 的系统，但u m l 中并未给出哪些内容是必需的，哪些是可选的，这给用户使用带来了诸多麻烦。 o m g 组织也意识到了此复杂性，因此对u m l 进行着不断的修订。 ( 3 ) u m l 还很不完善 u m l 的标准表示法不能完全处理现代软件系统中出现的所有概念，以及软 件工程中使用的技巧。因此有必要用u m l 的扩展机制对其标准表示法进行扩充， 以便u m l 有足够的表达能力可以处理这些概念和技巧。此外，u m l 在演变过 程中提出了一些新的概念，比如组件、细化、接口模板、分布式、并发等等，但 这些新的概念尚待实践来验证。 2 - 1 5u m l 的应用领域 u m l 是一种建模语言，是一种标准的表示方法，而不是一种完整的方法学。 因此，人们可以用各种方法使用u m l 。但无论采用何种方法，它们的基础都是 u m l 的图，这就是u m l 的最终用途一为不同领域的人提供统一的交流方法。 u m l 的目标是用面向对象的图形方式来描述任何类型的系统，因此具有很 宽的应用领域。其中最常用的是建立软件系统的模型。但是它同样也可以用于描 述非计算机软件的其他系统，如机械系统、商业系统、企业机构或业务过程、处 理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之，u m l 是一个通用的标准建模语言，可以为任何具有静态结构和动态行为的系统建立模 犁。 2 2 u m l 的结构 u m l 是一种标准的图形化( 即可视化) 建模语言，它由图和元模型组成。图 是u m l 的语法，而元模型给出图的含义，是u m l 的语义。 2 2 1u m l 的语义 u m l 的语义是定义在一个四层( 四个抽象级别) 建模概念框架中的，这四层 分别是： ( 1 ) 元元模型( m e t a j n e t 锄o d e l ) 层 由u m l 最基本的元素。事物( t h i n g ) ”组成，代表要定义的所有事物。 天津大学硕士学位论文 第二章u 札概述 ( 2 ) 元模型( m e t a m o d e l ) 层 由u m l 基本元素组成，包括面向对象和面向构件的概念。这一层的每个概 念部是元元模型中“事物”概念的实例( 通过版类化) 。 ( 3 ) 模型( m o d e l ) 层 由u m l 模型组成，这一层的每个概念都是元模型层中概念的实例( 通过版类 化) 。这一层的模型通常称为类模型或类型模型。 ( 4 ) 用户模型( u s e rm o d e l ) 层 由u m l 模型的例子组成，这一层中的每个概念都是模型层的一个实例( 通过 分类) ，也是元模型层概念的一个实例( 通过版类化) 。这一层的模型通常称为对象 模型或实例模型。 2 2 1u m l 的表示法 u m l 由视图( v i e w ) 、图( d i a g r a m ) 、模型元素( m o d e le l e m e n t ) 和通用机制 ( g e n e r a lm e c h a n i s m ) 等几个部分组成。 ( j ) 视图 为了完整地描述一个系统，往往需要描述该系统的许多方面。用视图可以表 示被建模系统的各个方面，也就是说，从不同目的出发可以为系统建立多个模型， 这些模型都描述同一个系统，只是描述的角度不同，它们之间具有一致性。 ( 2 ) 图 图是用来表达一个视图的内容的，通常，一个视图由多张图组成。u m l 语 言共定义了9 种不同的图，把它们有机地结合起来就可以描述系统的所有视图。 ( 3 ) 模型元素 可以在图中使用的概念( 例如：用例、类、对象、消息和关系) ，统称为模型 元素。模型元素在图中用相应的视图元素( 图形符号) 表示。一个模型元素可以用 在多个不同的图中，不管怎样使用，它总是具有相同的含义和相同的符号表示。 ( 4 ) 通_ 】机制 u m l 语言利用通用机制为图附加一些额外的信息，比如，可以在“笔记” 中节写注释，或用“标签值”说明模型元素的性质等。此外，它还提供扩展机制 ( 例如，版类、标签值、约束) ，使u m l 能够适应一种特殊方法或满足某些特殊 用户的需要。 2 3 u m l 的视图 般而言，软件系统的体系结构给出了软件系统的组织、组成系统的构造元 天津大学硕士学位论文 第二章u g l 概述 素及其接口的选择、系统的行为和体系结构风格等信息。也就是说，它不仅关心 系统的结构和行为等功能性需求，而且也涉及系统的性能、易理解性和易复用性 等非功能性需求。 u m l 中的视图包括用例视图( u s ec a s ev i e w ) 、逻辑视图( l o g i c a lv i e w ) 、 实现视图( i m p l e m e n t a t i o nv i e w ) 、进程视图( p r o c e s sv i e w ) 、部署视图( d e p l o y m e n t v i e w ) 等五种视图，一般称作“4 + 1 ”视图。如图2 - 2 所示，p h i l i p p ek r u c h t e n 最早提出把“4 + 1 ”视图作为软件体系结构的表示方法。 图2 - 2 。4 + 1 ”视图 1 用例视图 用例视图是从系统的用户角度出发，描述系统应该具有的功能。系统实现的 最终耳标是提供用例视图中描述的功能。 用例视图中可以包含若干个用例( u s ec a s e ) 。用例用来表示系统能够提供的 功能，一个用例是系统功能请求的一个通用描述。 用例视图是其它视尉的核心和基础。其它视图的构造和发展依赖于用例视图 中所描述的内容。因为系统的最终日标是提供用例视图中描述的功能，同时附带 一些非功能性的性质，凶此用例视图影响着所有其他的视图。 用例视图还可用于测试系统是否满足用户的需求和验证系统的有效性。 用例视图主要为用户、设计人员、开发人员和测试人员而设置。用例视图静 态地描述系统功能。 2 逻辑视图 用例视图只考虑系统应提供什么样的功能，对这些功能的内部运作情况不予 天津大学硕士学位论文第二章u 札概述 考虑，为了揭示系统内部的设计和协作状况，要使用逻辑视图描述系统。 逻辑视图用来显示系统内部的功能是怎样设计的，它利用系统的静态结构和 动态行为来描述系统的功能。静态结构描述类、对象和它们之间的关系等。动态 行为主要描述对象之间的动态协作，当对象之间彼此发送消息给给定的函数时产 生动态协作、一致性和并发性等性质，以及接口和类的内部结构都要在逻辑视图 中定义。静态结构用类图和对象图描述，动态行为用状态图、顺序图、协作图和 活动图描述。 3 实现视图 组件视图用来显示代码组件的组织方式描述了实现模块和它们之间的依赖 关系。 组件视图由组件图构成。组件是代码模块，不同类型的代码模块形成不同的 组件，组件按照一定的结构和依赖关系呈现。组件的附加信息或其他管理信息也 可以加入到组件视图中。组件视图主要供开发者使用。 4 进程视图 。 并发视图用来显示系统的并发工作状况。并发视图将系统划分为进程和处理 机方式，通过划分引入并发机制，利用并发高效地使用资源、并行执行和处理异 步事件，除了划分系统为并发执行的控制线程外并发视图还必须处理通信和这 些线程之间的同步问题。并发视图所描述的方而属于系统中的非功能性质方面。 并发视图供系统开发者和集成者使用。由状态图、顺序图、活动图、构件图 和部署图等描述。 5 部署视图 部署视图用来显示系统的物理结构，即系统的物理展开，由部署图表示。比 如。计算机和设备以及它们之间的联接方式。其中计算机和设备称为节点。部署 视图还包括一个映射，该映射显示在物理架构中构件是怎样展开的。比如，在每 台独立的计算机上，哪一个程序或对象在运行。部署视图提供给开发者、集成者 和测试者。 上述每种视图反映系统的一个特定方面，不同人员可以单独使用其l | l 的每一 种视图，从而可以关注特定的体系结构问题。但在通常情况下，由于系统的最终 目标是提供用户模型视图中所描述的功能以及其他一些非功能性需求，因此，用 户模型视图足其他视图的核心和基础，其他视图的构造都依赖于用户模型视图中 所描述的内容。 u m l 的视图并不是只有这5 个，视图只是u m l 中图的组合，如果认为这5 个视图不能完全满足需要，用户也可以定义自己的视图。 天津大学硕士学位论文第二章u m l 概述 2 4 i ，的图 u m l 主要用图来表达模型的内容，而图又由代表模型元素的图形符号组成。 u m l 的主要内容可以用下述五类图( 共9 种图形) 来定义 1 用例图( u s e - c a s ed i a g r a m ) 用例是对系统提供的功能( e p 系统的具体用法) 的描述。用例图从用户的角度 描述系统功能，并指出各个功能的操作者。用例图定义了系统的功能需求。 2 静态图( s t a t i cd i a g r a m ) 这类图描述系统的静态结构，属于这类图的有类图( c l a s sd i a g r a m ) 和对象图 ( o b j e c td i a g r a m ) 。 类图不仅定义系统中的类，表示类与类之间的关系( 例如，关联、依赖、泛 化和细化等关系) ，也表示类的内部结构( 类的属性和操作) 。类图描述的是一种静 态关系，在系统的整个生命期内都是有效的。 对象图是类图的实例，它使用几乎与类图完全相同的图示符号。两者之间的 差别在于，对象图表示的是类的多个对象实例，而不是实际的类。由于对象有生 命周期，因此对象图只能在系统的某个时间段内存在。一般说来，对象图没有类 图重要，它主要用来帮助对类图的理解，也可用在协作图中，表示一组对象之间 的动态协作关系。 3 行为图( b e h a v i o rd i a g r a m ) 这类图描述系统的动态行为和组成系统的对象间的交互关系，包括状态图 ( s t a t ed i a g r a m ) 和活动图( a c t i v i t yd i a g r a m ) 两种图形。 状态图描述类的对象可能具有的所有状态，以及引起状态变化的事件，状态 变化称作状态转换。通常，状态图是对类图的补充。实际使用时，并不需要为每 个类都画状态图，仅需要为那些有多个状态，且其行为在不同状态有所不同的类 画状态图。 活动图描述为满足用例要求而进行的动作以及动作间的关系。活动图是状态 图的一个变种，它是另一种描述交互的方法。 4 交互图( i n t e r a c t i v ed i a g r a m ) 这类图描述对象间的交互关系，包括顺序图( s e q u e n c ed i a g r a m ) 和协作图 ( c o l l a b o r a t i o nd i a g r a m ) 两种图形。顺序图显示若干个对象间的动态协作关系，它 强调对象之间发送消息的先后次序，描述对象之间的交互过程。 协作图与顺序图类似，也描述对象问的动态协作关系。除了显示对象间发送 的消息之外。协作图还显示对象及它们之间的关系( 称为上下文相关) 。 由于顺序图和协作图都描述对象间的交互关系，所以建模者可以选择其中一 天津大学硕士学位论文 第二章u 札概述 种表示对象间的协作关系：如果需要强调时间和顺序，最好选用顺序图；如果需 要强调上下文相关，最好选择协作图。 5 实现i 虱( i m p l e m e n t a t i o nd i a g r a m ) 这类图提供关于系统实现方面的信息，组件图( c o m p o n e n td i a g r a m ) 和配置图 ( d e p l o y m e n td i a g r a m ) 属于这类图。组件图描述代码组件的物理结构及各个组件之 间的依赖关系。组件可能是源代码、二进制文件或可执行文件。使用组件图有助 于分析和理解构件之间的相互影响。 配置图用来定义系统中软件和硬件的物理体系结构。通常，配置图中显示实 际的计算机和设备( 用节点表示) ，以及各个节点之问的连接关系，也可以显示连 接的类型及构件之间的依赖关系。在节点内部显示可执行的构件和对象，以清晰 地表示出哪个软件单元运行在哪个节点上。1 1 2 j 2 5u m l 在软件开发不同阶段中的应用 u m l 适用于系统开发的全过程，它的应用贯穿于从需求分析到系统建成后 钡4 试的各个阶段， 需求分析：可以用用例来捕获用户的需求。通过用例建模，可以描述对系 统感兴趣的外部角色及其对系统的功能要求( 用例) 。 分析：分析阶段主要关心问题域中的基本概念( 例如，抽象、类和对象等) 和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系，可以用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、顺序图、活动图和状态图描 述系统的动态行为。在这个阶段只为问题域的类建模，而不定义软件系统的解决 方案细节( 例如，处理用户接口、数据库、通信和并行性等问题的类) 。 设计：把分析阶段的结果扩展成技术解决方案，加入新的类来定义软件系 统的技术细节。设计阶段用和分析阶段类似的方式使用u m l 。 构造( 编码) ：这个阶段的任务是把来自设计阶段的类转换成某种面向对象 程序设计语言的代码。 测试：对系统的测试通常分为单元测试、集成测试、系统测试和验收测试 等几个不同的步骤。u m l 模型可作为测试阶段的依据，不同测试小组使用不同 的u m l 图作为他们工作的依据：单元测试使用类图和类规格说明：集成测试使 用构件图和协作图；系统测试使用用例图来验证系统的行为；验收测试由用户进 行，用与系统测试类似的方法，验证系统是否满足在分析阶段确定的所有需求。 总之，统一建模语言u m l 适用于以面向对象方法描述任何类型的系统，而 且适用于系统开发全过程，从需求规格描述直到系统建成后的测试和维护阶段。 天津大学硕士学位论文第二章u 札概述 2 6r u p 统一开发过程 u m l 不是一种软件过程。它可以应用于各种软件过程。目前，使用比较广 泛的软件过程主要包括以下几种： ( 1