（管理科学与工程专业论文）基于uml的学生管理信息系统设计与实现.pdf

山东师范大学硕十学位论文 摘要 学生信息管理是整个学校管理工作中的关键环节之一，涉及到学生学籍管 理、成绩管理、教师管理和课程管理等诸多方面。采用计算机信息技术和网络 技术来管理学生信息是大势所趋；学生管理信息系统能为学校管理者提供及时、 准确的学生信息，提高管理工作效率。 本文以山东劳动职业技术学院对学生信息管理的需求为依据，分析了该校 的组织结构和学生管理业务流程，并在介绍了统一建模语言u m l 的基本概念和 方法的基础上，利用u m l 的建模技术对系统进行了详细的分析与设计。本文通 过对分布式w e b 应用系统的分析和w e bs e r v e r s 体系结构讨论，针对s u n 公司 的j 2 e e 与m i c r o s o f t 公司的n e t 开发平台的各自的特点与优势，选择了微软 的v i s u a ls t d i o n e t 技术，从学生管理入手，经过需求分析、建模设计与总体 设计，运用u m l 分析方法，设计了一个基于n e t 技术多层结构的学生管理信息 系统。 本系统使用微软的s q ls e r v e r2 0 0 0 做后台数据库服务器，在v i s u a l s t u d i o n e t2 0 0 3 开发环境下实现的。在n e t 框架下，采用现代面向对象的 c # 编程语言、a s p n e t 活动网页编程技术、a d o n e t 数据库访问对象模型等技术。 数据库的安全访问是应用系统开发的一大较为繁琐的难题，本文针对这些 问题采用多层结构的形式，利用a s p n e t 技术开发设计了一套支持多种常用数 据库，并可应用于任何w e b 系统的业务逻辑。 该系统采用了b s 体系结构，运行环境为t c p i p 网络，客户端软件的运 行环境为i e 浏览器。软件的安装只在服务器端进行，客户端实现了“零”安装： 系统框架提供各个模块的标准接口，所有二级目录可以灵活定制，使得系统功 能可以进一步扩充；登录日志、操作日志便于及时发现系统安全隐患；另外， 系统采用以角色为中心的安全模型。此模型使用角色将模块和用户分开，提高 了系统权限管理的效率。 通过学生管理信息系统开发实践，我感到综合运用u m l 建模技术、r u p 方 山东师范大学硕i 二学位论文 法、软件复用等方法开发软件系统，可极大提高软件开发的效率和软件的质量。 关键词：学生管理信息系统：u d l ；a s p n e t ；a d o n e t ；b s ； 分类号：t p 3 1 1 0 9 h 山东师范大学硕l 二学位论文 a b s t r a c t s t u d e n t si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ti sak e yt om a n a g eas c h o o lw h i c hi n v o l v e s s t u d e n ts t a t u sr e c o r d s ，g r a d er e c o r d s ，t e a c h e rm a n a g e m e n ta n dc o u r s em a n a g e m e n t a n ds oo n i tt e n d st oa d o p tc o m p u t e ri n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt om a n a g es t u d e n t i n f o r m a t i o nw h i c hw i l lp r o v i d e se x a c ts t u d e n ti n f o r m a t i o ni nt i m ea n dr a i s et h e m a n a g e m e n t sw o r ke f f i c i e n c y t h i sp a p e ri sb a s e do nt h er e q u i r e m e n t so ft h es h u n d o n gl a b o rv o c a t i o n t e c h n i c a lc o l l e g ei ns t u d e n ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t t h ec o l l e g e so r g a n i z a t i o n s t r u c t u r ea n ds t u d e n tm a n a g e m e n tf l o wi sa n a l y z e d i tp r o v i d e st h i ss y s t e mw i 血a d e t a i l e da n a l y s i sa n dd e s i g nb a s e do nt h eb a s i ct e r m sa n dm e t h o d so fu n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e b ya n a l y z i n gt h ea p p l i c a t i o ns y s t e mo fd i s t r i b u t e dw e ba n d d i s c u s s i n gt h es y s t e m a t i cs t r u c t u r eo f w e bs e r v e r s ，i nu # to f t h er e s p e c t i v ef e a t u r e s a n da d v a n t a g e so fs u nc o m p a n y sj 2 e ea n dm i c r o s o f tc o m p a n y sn e td e v e l o p m e n t p l a t f o r m ，t h i sp a p e ri si n t e n d e dt od e s i g nam u f t i - s t r u c t u r a li n f o r m a t i o ns y s t e mo f m a n a g i n gs c h o o lr o l l i nh i g h e rs c h o o l sb a s e do i l n e tt e c h n o l o g ya f t e ras e r i e so f d e m a n da n a l y s i s ，o u t l i n ed e s i g na n dm a s t e rd e s i g no ft h em a n a g e m e n to fs c h o o l r o l l si nh i g h e rs c h o o l sb yu s i n gt h ev i s u a ls t u d i o n e tt e c h n o l o g ya n dt h eu m l a n a l y s i sm e t h o d t h i ss y s t e mu s e st h es q ls e r v e r2 0 0 0o ft h em i c r o s o rd ot h eb a c k s t a g e d a t a b a s es e n 悦 c a r r yo u t u n d e r d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t s o ft h ev i s u a l s t u d i o n e t2 0 0 3 u n d e rt h ef r a m eo f n e t , a d o p tt h em o d e r no o p c 样p r o g r a m m i n g l a n g u a g e ，t h ea s p n e ta c t i v es e i v e i p a g ep r o g r a m m i n gt e c h n i q u e ，t h ea d o n e t d a t a b a s eo b j e c ta c c e s sm o d e la d v a n c e dt e c h n i q u e ，i n s u r et h es y s t e me s t a b l i s h m e n t u n d e rt h ef o r e r t n m e r l st e r r a c em a n a g e m e n t ，t h e r ei sl o n g e rl i f ec y c l e g i v e nt h ef a c tt h a te n s u r i n gs a f e t yi nv i s i t i n gd a t a b a s ei sac o m p l i c a t e di s s u e ， t h i s p a p e rd e v e l o p sa n dd e s i g n s as e to fb u s i n e s s l o g i c ss u p p o r t i n gv a r i o u s f r e q u e n t l y - u s e dd a t a b a s e sa n da p p l i c a b l et oa n yw e bs y s t e mb ya d o p t i n gt h e m u f t i s t r u c t u r a lf o r ma n da s e n e tt e c h n o l o g y t h es o f t w a r eo ft h i ss y s t e mi sb a s e do nb sa r c h i t e c t u r e t h es y s t e mc a nr u n n i 山东师范大学硕l ：学位论文 o i lt h et c p i pn e t w o r ka n dc l i e n ts o f t w a r er u n so ni ee x p l o r e r t h eg e a r i n go ft h e s o f t w a r ec a r r i e st oc a r r yo ni nt h es e r v e ro n l y , t h ec u s t o m e rc a r r i e dt oc a r r yo u t ” z e r o ”g e a r i n g s ；t h es y s t e mf l a m ep r o v i d e se a c hm o d u l et h es t a n d a r dc o n n e c t i o n ， a l lt w ol e v e l so f t a b l e so f c o n t e n t sm a y n i m b l yh a v ec u s t o m - m a d e ，c a u s et h es y s t e m f u n c t i o nt ob ea l l o w e df u r t h e rt oe x p a n d ；r e g i s t e r st h ed i a r y , t h eo p e r a t i o nd i a r yi s a d v a n t a g e o u sf o rt h ep r o m p td i s c o v e r ys y s t e ms e c u r i t yh i d d e nd a n g e r rm o r o o v o r , t h es y s t e mu s e st a k et h er o l ea st h ec e n t r a ls e c u r i t ym o d e l t h i sm o d e lu s er o l e s e p a r a t e dt h em o d u l ea n dt h eu s e r , e n h a n c e dt h es y s t e mj u r i s d i c t i o nm a n a g e m e n t e f f i c i e n c y i ti si n d i c a t e di np r a c t i c et h a tu s i n gt h et e c h n i q u eo f u m l m o d e l i n g ，r e u s i n go f s o f t w a r ea n dt h em e t h o do fr u pt od e v e l o ps o f t w a r es y s t e m ，c a ng r e a t l yi m p r o v e t h ee f f i c i e n c yo f s o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n dt h eq u a l i t yo f s o i l w a r e k e yw o r d s t h es t u d e n tm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ；u m l ；a s p n e t a d o n e t ；b s ； c i a s s i f i c a t i o n ：t p 3 1 1 0 9 山东师范大学硕士学位论文 独创声明 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及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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 ( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书 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谢意。 学位论文作者签名：导师签字： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权差垄蔓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， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文 在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签字： 签字日期：2 0 0 ) 年y 月) 日 签字日期：2 0 0 7 年，月功日 山东师范火学顾卜学位论文 第一章绪论 1 1 问题提出 随着高校招生规模的不断扩大，学生管理工作信息量大幅度增加，依靠传 统的管理手段很难完成大量的信息分析和处理。为此，充分利用校园网络的资 源优势，建设一套基于校园网的学生管理信息系统，提高学生教育、管理的服 务水平和工作效率，使学生工作科学化、现代化，己经成为新时期高校学生管 理工作面临的一个新课题。 开发学生管理信息系统主要源于以下几个方面的原因：1 、由于高校的扩招， 学生层次多样化，专业设置多样化，以往单纯的管理方式已不适应新形势的需 要；2 、随着网络的发展、后勤的社会化等，学生工作出现了许多新情况、新问 题。3 、学生工作中事务性管理工作更加复杂化，特别需要更加简捷、科学的管 理手段来提高工作效率。4 、硬件基础发生变化，随着校园网的广泛建设， i n t e r n e t 的迅速普及，改变了原有的单机或者局域网的状况。基于以上的新特 点，原有的管理信息系统已经不适应新情况要求，为了提高管理效率，降低管 理成本，方便广大学生和教工，开发一个基于i n t e r n e t 的分布式的学生管理 信息系统就显得十分重要。 1 2 研究背景及研究现状 在信息化社会和知识经济时代，信息化、数字化校园建设是国内外高校的 建设的热点。在国外，数字化校园建设具有发展早、起点高、投资大和速度快 的特点。数字化校园概念最早由美国的麻省理工学院在上世纪7 0 年代提出，经 过多年的努力，已经构建出一个较成熟的数字化校园模型。据调查，90 年代 以来，西方发达国家大部分名牌高校均已较成功地完成了数字化校园建设工作。 目前我国的信息数字化工作也在进入一个全新发展时期，特别是高校的信息化 建设业已进入了全面的发展阶段，诸多高校充分地认识到，信息化建设已经成 为了高校提高自身管理水平、提升综合竞争实力的重要手段。但从整体来看， 高等教育信息化仍处于起步阶段。部分高校起步较早，如清华大学和北京大学 的校园网络化建设是在9 0 年代初开始的，经过十几年的建设，已有相当基础。 1 2 1 现有系统的分类及特点 山东师范大学硕l ：学位论文 目i j 国内外各类高校应用的管理信息系统各式各样，按照不同的分类标准 可以分为： 按照开发方式不同分为：独立开发、委托开发、合作开发、直接购买现成 软件等； 按照开发周期不同分为：生命周期法、原型法、面向对象系统法等； 按照结构形式不同分为：浏览器n 务器( b s ) 和客户服务器( c s ) 以及两 者结合的结构形式； 按照开发平台不同包括：n t 、n e t w a r e 等，同时系统所采用的前台开发软 件和后台数据库服务器又是各具特色的； 按照系统使用的范围不同分为：单个部门使用、局域网部门间联合使用、 整个校园i n t r a n e t 使用以及整个i n t e r n e t 上使用等。 按照系统开发主体面向对象又分为：通用管理信息系统和针对特定单位的 专用管理信息系统。 各个高校的管理信息系统无论在功能层次、使用范围上都存在很大差异， 但是使用情况良好以及性能优异的学生管理信息系统都具有以下特点。 1 系统界面的特点：界面直观，操作简单；界面具有较强的容错功能，避 免因为误操作、按键连击等可能导致的数据误录。 2 系统功能的特点：具有良好的可移植性和可扩充性；界面具有较强纠错 功能，对于用户输入的数据，系统要进行严格的数据检验，尽可能减少人为的 操作错误；系统具有较高的性价比。 3 非技术因素的影响：高层管理者的高度重视和大力支持，建立合理的体 制与机制，保证管理信息系统建设中各方面关系的协调和最终决策。 1 2 2 s 存在的问题 高校管理信息系统的应用在教学管理方面发挥了很大的作用，但仍有不尽 如人意的地方。因为教育管理不是一成不变的，教育信息也会随着教育体制的 改革、科学管理方法的应用以及使用环境的变化动态变动，此外高校的具体情 况也造成了高校管理信息系统发展不平衡、难以统一规范化等问题，目前应用 的系统存在的问题如下：一是现有的应用系统面向部门、局部开发，没有共享 的应用架构和共享的技术架构，形成信息孤岛，信息共享性差；二是各个部门 2 山东师范大学顾l 学位论文 采用不同的信息编码规范和方式，系统之间数据交换困难，同类信息重复设置， 数据可信度差，数据冗余大；三是传统的管理信息系统一般是基于单机或局域 网，难以实施综合流程和综合查询，决策支持能力弱；四是学校规模的扩大和 管理要求的提高需要综合、高效、实用的管理信息系统。传统的系统结构是单 机或c s 结构，开发的系统一般采用面向过程、面向数据的开发方法或者采用 传统的面向对象的开发方法，已逐渐不适应以复杂性、多样性和相互关联性为 特征的当今管理信息系统的需求。 1 2 3 管理信息系统研究现状 随着网络的发展和校园数字化建设的推进，现在开发的系统一般都使用b s 模式代替主要适用于工作组规模的c s 模式使系统使用的范围更大。同时开发 系统时，一般都考虑到软件复用的问题，软件复用的级别有很多，从代码级、 设计级到分析级都可以，现在的软件复用大部分是代码级，复用的范围较窄， 复用的要求也高，所以在开发过程中注意设计件和分析件的生成会提高软件的 开发效率和以后维护的方便。 u m l 是对面向对象系统建模的标准语言。从而向功能的开发方法转向使用 u m l 的而面对象开发方法是信息系统开发的趋势。基于应用平台，建立一系列 具有复杂适应特点的业务管理系统，并可以使其在整个系统中自由拆装组合。 对于系统安全方面，建立数据中心机制，保证系统安全。数据中心负责管 理学校信息化的各类服务器系统，提供长时间不间断运行服务；防范黑客攻击， 保证网络与应用系统的稳定运行：进行备份管理与安全保护，能对付各种情况。 1 3 本文的主要工作、创新及特点 本文主要做了以下工作： 1 介绍了统一建模语言u m l 的基本概念和方法，运用面向对象开发理论、 r u p 方法和v i m o 建模工具对学生管理信息系统进行了详细的分析与设计。 2 介绍了基于n e t 环境的w e b 应用系统开发模式，利用现代开发技和软件 工程思想的指导，将分散、独立的系统整合到一起，充分发挥了网络在信息传 递中的巨大优势，最大限度地优化系统动作过程，为w e b 应用系统的开发提供 了一个开放式的平台。 3 用u m l 作为数据库设计语言对系统数据库进行模型设计，给出从u m l 模 3 山东师范人学硕：学位论文 型到数据库的映射方法。同时对u m l 的软件的复用技术和软件自动生成技术进 行了简单讨论和研究。 本文的创新及特点： 1 本文通过分析国内外管理信息系统现状，提出了一个基于 i n t e r n e t i n t r a n e t 的管理系统的体系结构。 2 利用u m l 对数据库进行建模，介绍了从类图对象模型映射为关系模型的 方法。 3 本系统管理通过登录日志查看用户登录信息，通过操作日志查看数据库 关键操作的信息，及时发现安全隐患，便于系统的维护和管理；另外，系统采 用以角色为中心的安全模型。此模型将系统的模块权限和用户分开，使用角色 作为一个中间层。用户访问模块时，通过其所在的角色对该模块的访问权限来 获得访问该模块的权限，通过这种分层的管理模式可以实现有效的权限管理。 4 本系统设计采用面向对象的方法，通过页面基类实现了用户基本信息管 理、模块权限验证等功能，其他页面通过继承页面基类获得相应功能，提高了 代码的重用性、可靠性；另外，系统框架实现了类似于w i n d o w s 应用程序的菜 单设计思想，多数操作通过菜单实现，提高了处理效率，方便用户操作。 1 4 本文的组织结构与内容 全文共分为七章： 第一章简单介绍了项目的背景、研究现状、现有系统的分类特点和当前m i s 存在的缺点。第二章u m l 基本概念与方法，重点对u m l 体系作出归纳和介绍r u p 软件开发方法。首先，从u m l 的基本概念谈起，并简要描述了使用u m l 的主要 目的，综述了u m l 的建模机制与主要内容；其次，介绍了统一软件开发过程r u p 核心概念、r u p 剪裁和核心工作流等问题；最后，通过比较分析确定了v i s i o 作为u m l 建模工具。第三章介绍了系统开发采用的工具和技术。第四章对系统 进行分析和建模。第五章对数据库进行分析和建模。第六章给出了学生管理信 息系统的实现模型和具体界面。第七章对本文的工作进行总结。 4 山东师范人学硕1 二学位论文 第二章u m l 基本理论及其方法 2 1u m l 语言 u m l ( 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) 承袭面向对象分析与设 计( o o a do b j e c to r i e n t e da n a l y s i sa n dd e s i g n ) 的方法，是一种用来描述系 统蓝图的标准模式语言。 它是由三位面向对象方法领域著名的方法学家g r a d y b o o c h ，j a m e s r u m b a u g h 和i v a r j a c o b s o n 提出，结合了他们以及其它众多优秀方法和思想，得到了世界 知名公司如m i c r o s o f t ，h p ，i b m ，r a t i o n a l 等的使用和支持，并于1 9 9 7 年1 1 月被o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 组织采纳作为基于对象技术的标准建模语 言。它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术，不仅支持面向对象的 分析和设计，还支持从需求开始的软件开发过程，是近十年来最具有划时代意 义的软件技术之一。它是一种可以应用于任何软件开发过程的标记法和语义语 言) 。作为对软件解决方案的业务领域进行描述的事实上的标准，u m l 是第一种 获得大多数从业者、软件厂商和学术界一致认同的表示法。 u m l 是一种通用的可视化建模语言，用于对软件描述、可视化处理、构造 和建立软件系统制品的文档。它记录了对必须构造的系统的决定和理解，可用 于对系统的理解、设计、浏览、配置、维护和信息控制。u 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。u m l 包括 概念的语义，表示法和说明，提供了静态、动态、系统环境及组织结构的模型。 它可被交互的可视化建模工具所支持，这些工具提供了代码生成器和报表生成 器。u m l 标准并没有定义一种标准的开发过程，但它适用于迭代式的开发过程。 它是为支持大部分现存的面向对象开发过程而设计的。 u m l 描述了一个系统的静态结构和动态行为。u m l 将系统描述为一些离散的 相互作用的对象并最终为外部用户提供定功能的模型结构。静态结构定义了 系统中重要对象的属性和操作以及这些对象之间的相互关系。动态行为定义了 对象的时间特性和对象为完成目标而相互进行通信的机制。从不同但相互联系 的角度对系统建立的模型可用于不同的目的。 2 2u m l 的目标 山东师范大学硕士学位论文 u m l 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。简单 来说，它的主要优势有： 1 u m l 易于使用，能够进行可视化建模； 2 与具体的过程无关，可应用于任何软件开发的过程； 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 简单并且可扩展，具有扩展和专有化机制，便于扩展，无须对核心概念 进行修改； 5 它为面向对象的设计与开发中涌现出的高级概念提供支持，强调软件在 开发过程中对架构、框架、模式和组件的重用； 6 它与最好的软件工程实践经验集成； 7 有利于面对对象工具的市场成长。 2 3u m l 的内容 2 3 1u m l 的架构 u m l 是由图和元模型组成的。图是u m l 的基本语法，而元模型则给出图的 内涵，是l m l 的语义。u m l 的语义是定义在一个四层建模概念框架中的，四层 元建模体系结构如下表2 一l 所示 层说明例子 元元模型元建模体系结构的基础构造，定元类、元属性、元操作 义了描述元模型的语言。 元模型元元模型的实例，定义了描述模类、属性、操作、构件 型的语言。 模型 元模型的实例，定义了描述信息s t o c k s h a r e , 8 s 甜) r i c e , 论域的语言。 s e l l l i m i t o r d e r , s t o c k o u o t e s e r v e r 用户对象模型的实例，定义了个特定的a c m e _ s o f t w a r e _ s h a r e9 8 7 8 9 ) , ( 用户数据)信息论域。6 5 4 5 6 , s e l l i m i to r d e r , ( s t o c kq u o t es v r3 2 1 2 3 ) 表2 一l 四层元建模体系结构 1 元元建模层( m e t a m e t a m o d l i n g ) ，组成u m l 的基本元素“事物”，代表 要定义的所有事物；元元建模层构成了元建模( m e t a m o d e l i n g ) 体系结构的基础 6 山东师范人学硕士学位论文 结构。这一层的主要责任是定义描述元模型的语言。个元元模型定义了这样 一个模型，它比元模型具有更高的抽象级别，而且比它定义的元模型更加简洁。 一个元元模型能够定义多个元模型，而每个元模型也可以与多个元元模型相关 联。通常所说的相关联的元模型和元元模型共享同一个设计原理和构造，也不 是绝对的准则。每一层都需要维持自己设计的完整性。在元元模型层上的元元 对象的例子有：元类、元属性和元操作。 2 元模型层( m e t a m o d e l ) ，组成了u m l 的基本元素，包括面向对象和面向 组件的概念。这一层的每一个概念都是元元模型中“事物”概念的实例；一个 元模型是一个元元模型的实例。元模型层的主要责任是定义描述模型的语言。 一般来说，元模型比定义它的元元模型更加精细，尤其是当它们定义动态语义 时。在元模型层上的元对象的例子如：类、属性、操作和构件。 3 模型层( m o d e l ) ，这一层的每个概念都是元模型中概念的一个实例，这 一层的模型通常叫做类模型或者类型模型；一个模型是一个元模型的实例。模 型层的主要责任是定义描述信息论域的语言。在建模层上的对象的例子如： s t o c k s h a r e 、a s k p r i c e 、s e l l l i m i t o r d e r 和s t o c k q u o t e s e r v e r 。 4 用户对象层( u s e ro b j e c t ) ，这个层中的所有元素都是u m l 模型的实例。 这一层中的每个概念都是模型层的一个实例，也是元模型的一个实例。这一层 的模型通常叫做对象模型或实例模型。用户对象层的主要责任是描述一个特定 的信息论域。在用户对象层的对象的例子如： 、 6 5 4 5 6 、s e l l l i m i t _ o r d e r 和 。 2 3 2u m l 的主要内容 客观世界是一个复杂的系统，需要从不同的角度来考察，才能真正理解这 个系统。为了能支持从不同角度来考察系统，标准建模语言u m l 定义了下列5 类、共9 种模型图： 第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。 第二类是静态图( s t a t i cd i a g r a m ) ，包括类图、对象图和包图。其中类图 描述系统中类的静态结构。不仅定义系统中的类，表示类之间的联系，如关联、 依赖、聚合等，也包括类的内部结构( 类的属性和操作) 。类图描述的是一种静 态关系，在系统的整个生命周期都是有效的。对象图是类图的实例，几乎使用 7 山东师范大学硕i 学位论文 与类图完全相同的标识。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而 不是实际的类。一个对象图是类图的一个实例。由于对象存在生命周期，因此 对象图只能在系统某一时间段存在。包由包或类组成，表示包与包之间的关系。 包图用于描述系统的分层结构。 第三类是行为图( b e h a v i o rd i a g r a m ) ，描述系统的动态模型和组成对象间 的交互关系，包括状态图、活动图。其中状态图描述类的对象所有可能的状态 以及事件发生时状态的转移条件。通常，状态图是对类图的补充。在实际应用 当中并不需要为所有的类画状态图，应仅为那些有多个状态其行为受外界环境 的影响并且发生改变的类画状态图。而活动图描述满足用例要求所要进行的活 动以及活动问的约束关系，有利于识别并行活动。 第四类是交互图( i n t e r a c t i v ed i a g r a m ) ，描述对象间的交互关系，包括 顺序图和合作图。其中，顺序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之 间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互合作图描述对象间的协作关系， 合作图和顺序图相似，显示对象间的动态合作关系。除显示信息交换外，合作 图还显示对象以及它们之间的关系。如果强调时间和顺序，则使用顺序图：如 果强调上下级关系，则选择合作图。这两种图合称为交互图。 第五类是实现图( i m p l e m e n t a t i o nd i a g r a m ) ，包括构件图、配置图。其中 构件图描述代码部件的物理结构及各部件之问的依赖关系。一个部件可能是一 个资源代码部件、一个二进制部件或一个可执行部件。它包含逻辑类或实现类 的有关信息。部件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度。配置图定义 系统中软硬件的物理体系结构。它可以显示实际的计算机和设备( 用节点表示) 以及它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部件之间的依赖性。在节点 内部，放置可执行部件和对象以显示节点和可执行软件单元的对应关系。 从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时，首先是描述需求：其 次根据需求建立系统的静态模型，以构造系统的结构；第三步是描述系统的行 为。其中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用例图、类图( 包 含包) 、对象图、组件图和配置图等五个图形，是标准建模语言u m l 的静态建模 机制。其中第三步中所建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态 或交互关系。它包括状态图、活动图、顺序图和合作图等四个图形，是标准建 山东师范人学硕t 学位论文 模语言u m l 的动态建模机制。因此，标准建模语言u m l 的主要内容也可以归纳 为静态建模机制和动态建模机制两大类。 2 4r u p ( r a t l o n a iu n i f i e dp r o c e s s ) r u p ( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ，统一软件开发过程，统一软件过程) 是 一个面向对象且基于网络的程序开发方法论。根据r a t i o n a l ( r a t i o n a ir o s e 和 统一建模语言的开发者) 的说法，好像一个在线的指导者，它可以为所有方面和 层次的程序开发提供指导方针，模版以及事例支持。它吸收了多种开发模型的 优点，具有很好的可操作性和实用性。与此同时，r u p 又是一套软件工程方法 的框架，各个组织可根据自身的实际情况，以及项目规模对r u p 进行裁剪和修 改，以制定出合乎需要的软件工程过程。 2 4 1r u p 的特点 1 迭代式开发。在软件开发的早期阶段就想完全、准确的捕获用户的需求 几乎是不可能的。实际上，我们经常遇到的问题是需求在整个软件开发工程中 经常会改变。迭代式开发允许在每次迭代过程中需求可能有变化，通过不断细 化来加深对问题的理解。迭代式开发不仅可以降低项目的风险，而且每个迭代 过程以可以执行版本结束，可以鼓舞开发人员。 2 管理需求。确定系统的需求是一个连续的过程，开发人员在开发系统之 前不可能完全详细的说明一个系统的真正需求。r u p 描述了如何提取、组织系 统的功能和约束条件并将其文档化，用例和脚本的使用以被证明是捕获功能性 需求的有效方法。 3 。基于组件的体系结构。组件使重用成为可能，系统可以由组件组成。基 于独立的、可替换的、模块化组件的体系结构有助于管理复杂性，提高重用率。 r u p 描述了如何设计一个有弹性的、能适应变化的、易于理解的、有助于重用 的软件体系结构。 4 可视化建模。r u p 往往和u m l 联系在一起，对软件系统建立可视化模型 帮助人们提供管理软件复杂性的能力。r u p 告诉我们如何可视化的对软件系统 建模，获取有关体系结构于组件的结构和行为信息。 5 验证软件质量。在r u p 中软件质量评估不再是事后进行或单独小组进行 的分离活动，而是内建于过程中的所有活动，这样可以及早发现软件中的缺陷。 9 山东师范大学硕1 学位论文 6 ，控制软件变更。迭代式开发中如果没有严格的控制和协调，整个软件开 发过程很快就陷入混乱之中，r u p 描述了如何控制、跟踪、监控、修改以确保 成功的迭代开发。r u p 通过软件开发过程中的制品，隔离来自其他工作空间的 变更，以此为每个开发人员建立安全的工作空间。 2 ，4 2 统一软件开发过程r u p 的二维开发模型 r u p 软件开发生命周期是一个二维的软件开发模型。横轴通过时间组织， 是过程展开的生命周期特征，体现开发过程的动态结构，用来描述它的术语主 要包括周期( c y c l e ) 、阶段( p h a s e ) 、迭代( i t e r a t i o n ) 和里程碑( m i l e s t o n e ) ： 纵轴以内容来组织为自然的逻辑活动，体现开发过程的静态结构，用来描述它 的术语主要包括活动( a c t i v i t y ) ，产物( a r t i f a c t ) 、工作者( w o r k e r ) 和工作流 ( w o r k f l o w ) 。如图2 - 1 ： 1 0 恻- 趣g 蒸露臻 螬 i 一十、 溢 ； 一 直蒋工靠麓| 避萎熏暂理 ；j # d _ 自_ 自 窖营壤 一 _ _ h 一一一 ： 黔l l 滕良陡l 基， 耩代 图2 - 1r u p 软件开发生命周期 2 4 3 统一软件开发过程r u p 核心概念 r u p 中定义了一些核心概念，如下图： 戆 _ 急 翩也 、l - - - “f - - ，徽 ；翥糖 工 播潮 荟泸 、潦 黪- 。黧替 ?1 国瀚熬 橼囊魔 0 工样攒嘲 推赣 缀 盏馘 图2 2r u p 中定义的核心概念 、 ? 山东师范大学硕十- 学位论文 角色：描述某个人或者一个小组的行为与职责。r u p 预先定义了很多角色。 活动：是一个有明确目的的独立工作单元。 工件：是活动生成、创建或修改的一段信息。 2 4 4 统一软件开发过程r u p 裁剪 r u p 是一个通用的过程模板，包含了很多开发指南、制品、开发过程所涉 及到的角色说明，由于它非常庞大所以对具体的开发机构和项目，用r u p 时还 要做裁剪，也就是要对r u p 进行配置。r u p 就像一个元过程，通过对r u p 进行 裁剪可以得到很多不同的开发过程，这些软件并发过程可以看作r u p 的具体实 例。r u p 裁剪可以分为以下几步： 1 确定本项目需要哪些工作流。r u p 的9 个核心工作流并不总是需要的，可以取舍 2 确定每个工作流需要哪些制品。 3 确定4 个阶段之间如何演进。确定阶段问演进要以风险控制为原则，决 定每个阶段要那些工作流，每个工作流执行到什么程度，制品有哪些，每个制 品完成到什么程度。 4 确定每个阶段内的迭代计划。规划r u p 的4 个阶段中每次迭代开发的内容。 5 规划工作流内部结构。工作流涉及角色、活动及制品，他的复杂程度与项 目规模即角色多少有关。最后规划工作流的内部结构，通常用活动图的形式给出。 2 4 5 开发过程中的各个阶段和里程碑 r u p 中的软件生命周期在时间上被分解为四个顺序的阶段，分别是：初始 阶段( i n c e p t i o n ) 、细化阶段( e l a b o r a t i o n ) 、构造阶段( c o n s t r u c t i o n ) 和交付 阶段( t r a n s i t i o n ) 。每个阶段结束于一个主要的里程碑( m a j o rm i l e s t o n e s ) ； 每个阶段本质上是两个里程碑之间的时间跨度。在每个阶段的结尾执行一次评 估以确定这个阶段的目标是否已经满足。如果评估结果令人满意的话，可以允 许项目进入下一个阶段。 1 初始阶段 初始阶段的目标是为系统建立商业案例并确定项目的边界。为了达到该目 的必须识别所有与系统交互的外部实体，在较高层次上定义交互的特性。本阶 段具有非常重要的意义，在这个阶段中所关注的是整个项目进行中的业务和需 求方面的主要风险。对于建立在原有系统基础上的开发项目来讲，初始阶段可 山东师范大学硕卜学位论文 能很短。初始阶段结束时是第一个重要的里程碑：生命周期目标( l i f e c y c l e o b j e c t i v e ) 里程碑。生命周期目标里程碑评价项目基本的生存能力。 2 细化阶段 细化阶段的目标是分析问题领域，建立健全的体系结构基础，编制项目计 划，淘汰项目中最高风险的元素。为了达到该目的，必须在理解整个系统的基 础上，对体系结构作出决策，包括其范围、主要功能和诸如性能等非功能需求。 同时为项目建立支持环境，包括创建开发案例，创建模板、准则并准备工具。细 化阶段结束时第二个重要的里程碑：生命周期结构( l i f e c y c l ea r c h i t e c t u r e ) 里程碑。生命周期结构里程碑为系统的结构建立了管理基准并使项目小组能够 在构建阶段中进行衡量。此刻，要检验详细的系统目标和范围、结构的选择以 及主要风险的解决方案。 3 构造阶段 在构建阶段，所有剩余的构件和应用程序功能被开发并集成为产品，所有 的功能被详细测试。从某种意义上说，构建阶段是一个制造过程，其重点放在 管理资源及控制运作以优化成本、进度和质量。构建阶段结束时是第三个重要 的里程碑：初始功能( i n i t i a lo p e r a t i o n a l ) 里程碑。初始功能里程碑决定了产 品是否可以在测试环境中进行部署。此刻，要确定软件、环境、用户是否可以 开始系统的运作。此时的产品版本也常被称为“b e t a ”版。 4 交付阶段 交付阶段的重点是确保软件对最终用户是可用的。交付阶段可以跨越几次 迭代，包括为发布做准备的产品测试，基于用户反馈的少量的调整。在生命周 期的这一点上，用户反馈应主要集中在产品调整，设置、安装和可用性问题， 所有主要的结构问题应该已经在项目生命周期的早期阶段解决了。在交付阶段 的终点是第四个里程碑：产品发布( p r o d u c tr e l e a s e ) 里程碑。此时，要确定目 标是否实现，是否应该开始另一个开发周期。在一些情况下这个里程碑可能与 下一个周期的初始阶段的结束重合。 2 4 6 统一软件开发过程r u p 的核心工作流( c o r ew o r k f l o w s ) 和制品 r u p