Mục lục
UML (Unified Modeling Language) là một ngôn ngữ đồ họa thống nhất được sử dụng để mô hình hóa và thiết kế hệ thống phần mềm. Nó cung cấp các khái niệm và kỹ thuật cho phép lập trình viên và nhóm phát triển giao tiếp, hiểu và mô hình hóa các yêu cầu, thiết kế và cấu trúc của một hệ thống phần mềm.
Giới thiệu về UML
UML (Unified Modeling Language) là một ngôn ngữ đồ họa thống nhất được sử dụng để mô hình hóa và thiết kế hệ thống phần mềm. Nó cung cấp các khái niệm và kỹ thuật cho phép lập trình viên và nhóm phát triển giao tiếp, hiểu và mô hình hóa các yêu cầu, thiết kế và cấu trúc của một hệ thống phần mềm.
UML hỗ trợ việc biểu diễn các khía cạnh khác nhau của một hệ thống phần mềm thông qua các phần tử cơ bản như lớp, đối tượng, giao diện, use case, sequence, activity và statechart. Mỗi phần tử này có ý nghĩa và cách sử dụng riêng, tạo nền tảng cho việc xây dựng các biểu đồ mô hình phức tạp và chi tiết.
Với UML, người phát triển có thể biểu diễn cấu trúc và tương tác giữa các thành phần của hệ thống, từ khái niệm đến triển khai. Điều này giúp đảm bảo rằng mọi thành viên trong nhóm phát triển đều có một mô hình chung để thảo luận, hiểu và cải thiện hệ thống phần mềm.
Lịch sử của UML
UML (Unified Modeling Language) được phát triển bởi một nhóm chuyên gia từ các công ty phần mềm nổi tiếng như Rational Software, IBM và Object Management Group (OMG). Ngôn ngữ này được tạo ra nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến mô hình hóa và thiết kế hệ thống phần mềm.
Phiên bản đầu tiên của UML được công bố vào năm 1997, sau đó đã có nhiều phiên bản được phát hành để cải tiến và mở rộng khả năng của ngôn ngữ. Ban đầu, UML được tạo ra để kết hợp các ngôn ngữ mô hình hóa hư cấu khác nhau thành một ngôn ngữ chung và đồng nhất.
Sau khi công bố, UML nhanh chóng trở thành một tiêu chuẩn quốc tế, được nhiều công ty và tổ chức sử dụng trong quy trình phát triển phần mềm. Object Management Group (OMG) đã đảm nhận vai trò quản lý và phát triển tiếp UML, đưa ra các phiên bản tiếp theo và xác định các quy tắc và hướng dẫn sử dụng ngôn ngữ.
Ban đầu, UML chỉ định 9 biểu đồ. UML 2.x đã tăng số lượng biểu đồ từ 9 lên 13. Bốn biểu đồ được thêm vào bao gồm: biểu đồ thời gian (timing diagram), biểu đồ giao tiếp (communication diagram), biểu đồ tổng quan tương tác (interaction overview diagram) và biểu đồ cấu trúc hợp thành (composite structure diagram).
UML 2.x đã đổi tên biểu đồ trạng thái (statechart diagrams) thành biểu đồ máy trạng thái (state machine diagrams). UML 2.x cũng đã thêm khả năng phân rã hệ thống phần mềm thành các thành phần và con thành phần.
Các loại biểu đồ UML
UML liên quan chặt chẽ đến thiết kế và phân tích hướng đối tượng. UML sử dụng các phần tử và thiết lập mối quan hệ giữa chúng để tạo thành các biểu đồ. Các biểu đồ trong UML có thể được phân loại rộng rãi như sau:
- Biểu đồ Cấu trúc (Structural Diagrams) – Ghi lại các khía cạnh tĩnh hoặc cấu trúc của một hệ thống. Các biểu đồ cấu trúc bao gồm: Biểu đồ Thành phần (Component Diagrams), Biểu đồ Đối tượng (Object Diagrams), Biểu đồ Lớp (Class Diagrams), Biểu đồ Triển khai (Deployment Diagrams).
- Biểu đồ Hành vi (Behavior Diagrams) – Ghi lại các khía cạnh động hoặc hành vi của hệ thống. Các biểu đồ hành vi bao gồm: Biểu đồ Use Case (Use Case Diagrams), Biểu đồ Trạng thái (State Diagrams), Biểu đồ Hoạt động (Activity Diagrams), Biểu đồ Tương tác (Interaction Diagrams).
Biểu đồ Cấu trúc (Structural Diagrams)
- Biểu đồ lớp (Class Diagram) – Biểu đồ UML được sử dụng rộng rãi nhất là biểu đồ lớp. Đây là khối xây dựng của tất cả các hệ thống phần mềm hướng đối tượng. Chúng ta sử dụng biểu đồ lớp để mô tả cấu trúc tĩnh của một hệ thống bằng cách hiển thị các lớp, phương thức và thuộc tính của hệ thống. Biểu đồ lớp cũng giúp chúng ta xác định quan hệ giữa các lớp hoặc đối tượng khác nhau.
- Biểu đồ cấu trúc hợp thành (Composite Structure Diagram) – Chúng ta sử dụng biểu đồ cấu trúc hợp thành để đại diện cho cấu trúc nội bộ của một lớp và điểm tương tác của nó với các phần khác trong hệ thống. Một biểu đồ cấu trúc hợp thành biểu diễn mối quan hệ giữa các phần và cấu hình của chúng, quyết định cách bộ phân loại (lớp, thành phần hoặc nút triển khai) hoạt động. Chúng biểu diễn cấu trúc nội bộ của một bộ phân loại có cấu trúc bằng cách sử dụng các phần, cổng và kết nối. Chúng cũng có thể mô hình hóa sự cộng tác bằng cách sử dụng biểu đồ cấu trúc hợp thành. Chúng tương tự như biểu đồ lớp, nhưng biểu diễn chi tiết các phần cá nhân so với toàn bộ lớp.
- Biểu đồ đối tượng (Object Diagram) – Một biểu đồ đối tượng có thể được xem như một bức ảnh chụp màn hình về các thể hiện trong hệ thống và mối quan hệ tồn tại giữa chúng. Vì biểu đồ đối tượng mô tả hành vi khi các đối tượng đã được khởi tạo, chúng ta có thể nghiên cứu hành vi của hệ thống tại một thời điểm cụ thể. Biểu đồ đối tượng tương tự như biểu đồ lớp, nhưng nó hiển thị các thể hiện của các lớp trong hệ thống. Chúng ta biểu diễn các bộ phân loại thực tế và mối quan hệ của chúng bằng cách sử dụng biểu đồ lớp. Mặt khác, biểu đồ đối tượng biểu diễn các thể hiện cụ thể của các lớp và mối quan hệ giữa chúng tại một điểm thời gian.
- Biểu đồ thành phần (Component Diagram) – Biểu đồ thành phần được sử dụng để đại diện cho cách các thành phần vật lý trong một hệ thống được tổ chức. Chúng ta sử dụng chúng để mô hình hóa chi tiết triển khai. Biểu đồ thành phần miêu tả mối quan hệ cấu trúc giữa các thành phần của hệ thống phần mềm và giúp chúng ta hiểu xem các yêu cầu chức năng đã được đảm bảo thông qua phát triển được lên kế hoạch. Biểu đồ thành phần trở nên cần thiết khi thiết kế và xây dựng các hệ thống phức tạp. Giao diện được sử dụng bởi các thành phần của hệ thống để giao tiếp với nhau.
- Biểu đồ triển khai (Deployment Diagram) – Biểu đồ triển khai được sử dụng để đại diện cho phần cứng và phần mềm của hệ thống. Nó cho chúng ta biết những thành phần phần cứng tồn tại và những thành phần phần mềm chạy trên chúng. Chúng ta minh họa kiến trúc hệ thống như sự phân phối của các sản phẩm phần mềm trên các mục tiêu phân tán. Một sản phẩm là thông tin được tạo ra bởi phần mềm hệ thống. Biểu đồ triển khai chủ yếu được sử dụng khi phần mềm được sử dụng, phân phối hoặc triển khai trên nhiều máy tính với các cấu hình khác nhau.
- Biểu đồ gói (Package Diagram) – Chúng ta sử dụng biểu đồ gói để biểu diễn cách gói và các phần tử của chúng đã được tổ chức. Một biểu đồ gói đơn giản chỉ cho chúng ta thấy sự phụ thuộc giữa các gói khác nhau và sự cấu thành nội bộ của các gói. Gói giúp chúng ta tổ chức các biểu đồ UML thành các nhóm có ý nghĩa và làm cho biểu đồ dễ hiểu hơn. Chúng chủ yếu được sử dụng để tổ chức các biểu đồ lớp và biểu đồ use case.
Biểu đồ Hành vi (Behavior Diagrams)
- Biểu đồ trạng thái (State Machine Diagrams) – Biểu đồ trạng thái được sử dụng để biểu diễn trạng thái của hệ thống hoặc một phần của hệ thống tại các thời điểm hữu hạn. Đây là một biểu đồ hành vi và nó biểu diễn hành vi sử dụng các chuyển trạng thái hữu hạn. Về cơ bản, biểu đồ máy trạng thái được sử dụng để mô hình hóa hành vi động của một lớp trong phản ứng với thời gian và các tác nhân bên ngoài thay đổi.
- Biểu đồ Hoạt động (Activity Diagrams) – Chúng ta sử dụng biểu đồ hoạt động để mô tả luồng điều khiển trong một hệ thống. Chúng ta cũng có thể sử dụng biểu đồ hoạt động để đề cập đến các bước liên quan đến việc thực hiện một trường hợp sử dụng. Chúng ta mô hình hóa hoạt động tuần tự và song song bằng cách sử dụng biểu đồ hoạt động. Vì vậy, chúng ta cơ bản biểu diễn các quy trình công việc một cách trực quan bằng biểu đồ hoạt động. Một biểu đồ hoạt động tập trung vào luồng điều kiện và thứ tự mà nó xảy ra. Chúng ta mô tả hoặc biểu diễn nguyên nhân của một sự kiện cụ thể bằng biểu đồ hoạt động.
- Biểu đồ Use Case (Use Case Diagrams) – Biểu đồ Use Case được sử dụng để biểu diễn chức năng của một hệ thống hoặc một phần của hệ thống. Chúng được sử dụng rộng rãi để mô tả các yêu cầu chức năng của hệ thống và tương tác của nó với các tác nhân bên ngoài (actors). Một use case đơn giản là một biểu đồ biểu diễn các kịch bản khác nhau mà hệ thống có thể được sử dụng. Một biểu đồ use case cho chúng ta cái nhìn tổng quan về hệ thống hoặc một phần của hệ thống mà không đi vào chi tiết cài đặt.
- Biểu đồ Sequence (Sequence Diagram) – Một biểu đồ Sequence đơn giản chỉ biểu diễn tương tác giữa các đối tượng theo thứ tự tuần tự, tức là thứ tự mà các tương tác này diễn ra. Chúng ta cũng có thể sử dụng thuật ngữ biểu đồ sự kiện hoặc biểu đồ kịch bản sự kiện để chỉ một biểu đồ sequence. Biểu đồ sequence mô tả cách và theo thứ tự các đối tượng trong một hệ thống hoạt động. Biểu đồ này được sử dụng rộng rãi bởi các nhà kinh doanh và nhà phát triển phần mềm để tài liệu hóa và hiểu các yêu cầu cho các hệ thống mới và hiện có.
- Biểu đồ Giao tiếp (Communication Diagram) – Biểu đồ Giao tiếp (còn được gọi là biểu đồ Hợp tác trong UML 1.x) được sử dụng để hiển thị các thông điệp theo thứ tự giữa các đối tượng. Một biểu đồ giao tiếp tập trung chủ yếu vào các đối tượng và mối quan hệ giữa chúng. Chúng ta có thể biểu diễn thông tin tương tự bằng cách sử dụng biểu đồ sequence, tuy nhiên, biểu đồ giao tiếp biểu diễn các đối tượng và liên kết theo hình thức tự do.
- Biểu đồ Thời gian (Timing Diagram) – Biểu đồ Thời gian là một dạng đặc biệt của biểu đồ Sequence được sử dụng để biểu diễn hành vi của các đối tượng trong một khoảng thời gian. Chúng ta sử dụng chúng để hiển thị ràng buộc thời gian và thời gian hoạt động của các đối tượng.
- Biểu đồ Tổng quan Tương tác (Interaction Overview Diagram) – Biểu đồ Tổng quan Tương tác mô hình hóa một chuỗi hành động và giúp chúng ta đơn giản hóa các tương tác phức tạp thành các sự kiện đơn giản hơn. Đây là sự kết hợp của biểu đồ hoạt động và biểu đồ sequence.
Lợi ích của việc sử dụng UML trong phát triển phần mềm
UML (Unified Modeling Language) đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển phần mềm và mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Dưới đây là một số lợi ích của việc sử dụng UML trong phát triển phần mềm:
1. Mô hình hóa rõ ràng và đồng nhất: UML giúp tạo ra mô hình phần mềm rõ ràng và đồng nhất. Nó cung cấp các phần tử và quy tắc mô hình hóa để biểu diễn các khía cạnh của hệ thống một cách dễ hiểu và thống nhất cho toàn bộ nhóm phát triển. Điều này giúp cải thiện sự hiểu biết và giao tiếp giữa các thành viên trong nhóm.
2. Phân tích và thiết kế hệ thống: UML cung cấp các biểu đồ và kỹ thuật cho phép phân tích và thiết kế hệ thống phần mềm một cách chi tiết và toàn diện. Với UML, người phát triển có thể mô hình hóa cấu trúc, tương tác và hành vi của hệ thống, từ đó giúp đảm bảo rằng hệ thống được thiết kế và triển khai theo đúng yêu cầu.
3. Hiểu và phân tích yêu cầu: UML cho phép người phát triển mô hình hóa và biểu diễn yêu cầu của hệ thống thông qua các biểu đồ use case. Việc sử dụng biểu đồ use case giúp hiểu rõ các tác nhân bên ngoài và chức năng chính của hệ thống. Điều này giúp đảm bảo rằng yêu cầu của khách hàng được hiểu đúng và được áp dụng vào quá trình phát triển phần mềm.
4. Tính linh hoạt và dễ mở rộng: UML cho phép thay đổi và mở rộng hệ thống một cách linh hoạt. Nhờ vào cấu trúc module và quan hệ giữa các thành phần, người phát triển có thể dễ dàng thay đổi, thêm mới hoặc loại bỏ các phần của hệ thống mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí trong quá trình phát triển và bảo trì phần mềm.
5. Tái sử dụng mã nguồn: UML khuyến khích việc tái sử dụng mã nguồn thông qua việc thiết kế và triển khai các thành phần tái sử dụng. Điều này giúp tăng năng suất phát triển, giảm thiểu thời gian và công sức trong việc xây dựng phần mềm mới. Nhờ UML, người phát triển có thể xác định các thành phần có thể tái sử dụng và tạo các thư viện, framework để sử dụng lại trong các dự án tương lai.
Kết luận
Việc sử dụng UML giúp tăng tính hiệu quả và chất lượng trong quá trình phát triển phần mềm, từ việc hiểu rõ yêu cầu, thiết kế cấu trúc đến triển khai và bảo trì. Với UML, các nhà phát triển có khả năng tạo ra các sản phẩm phần mềm chính xác, dễ bảo trì và có khả năng mở rộng, đáp ứng nhu cầu của khách hàng và đáp ứng được thay đổi trong môi trường kinh doanh.
Link tham khảo: https://www.geeksforgeeks.org/unified-modeling-language-uml-introduction/
