9. UML

학습 목표

• UML (Unified Modeling Language)이 무엇인지, 왜 필요한지 이해
• 기본 UML 표기법을 사용하여 설계를 전달
• 다양한 유형의 UML diagram의 표기법과 목적 이해

What Could the Arrow Mean? (Revisited)

┌───┐   ┌───┐
│ A ├──►│ B │
└───┘   └───┘

• 많은 가능성 존재
  • A가 B로 control(제어)을 전달
  • A가 B로 data(데이터)를 전달
  • A가 B로부터 value(값)을 가져옴
  • A가 B로 데이터를 stream(스트림)
  • A가 B로 message(메시지)를 전송
  • A가 B를 create(생성)
  • A가 B보다 먼저 발생
  • B가 A로부터 전기를 공급받음.

What is UML?

• Unified Modeling Language (통합 모델링 언어)
• Specifying(명세화), constructing(구축), documenting(문서화)를 위한 visual language(시각적 언어)
• OMG (Object Management Group)에 의해 유지 관리
• 웹사이트: http://www.omg.org
• Object-oriented(객체 지향)
• Model(모델) / view(뷰) 패러다임
• Target language(대상 언어) 독립적

Model/View Paradigm

• 각 diagram은 system(시스템) 일부에 대한 view에 불과
• 모든 diagram이 함께 모여 완전한 그림을 제공

Underlying System Model

• UML diagram 유형의 Classification(분류)

Favorite UML diagram types

• Widely used(널리 사용됨): 출처의 60% 이상
• Scarcely used(거의 사용되지 않음): 출처의 40% 이하
• (참고: Riggo et al., What are the used UML diagrams? A Preliminary Survey, EESSMod, 2013)

UML

• UML을 적용(사용)하는 3가지 방법
• Sketch(스케치)
  • Conceptual perspective(개념적 관점)
  • Problem 또는 solution space의 어려운 부분을 탐색하기 위해 비공식적이고 불완전한 diagram 생성 → 상호 소통 매체
• Blueprint(청사진)
  • Specification perspective(명세 관점)
  • Code generation(코드 생성)을 위해 비교적 상세한 design diagram 사용
• Programming language(프로그래밍 언어)
  • Implementation perspective(구현 관점)
  • UML로 소프트웨어 system의 완전한 executable specification(실행 가능 명세) 작성
  • 실행 가능한 코드가 자동으로 생성
  • 이론, 도구 robustness(견고성), usability(사용성) 측면에서 여전히 개발 중

What the UML is Not?

• UML은 Object-Oriented 분석 및 design process(프로세스)가 아님.
  • UML은 소프트웨어 system을 개발하는 체계적인 방법이 아님.
• UML은 Object-Oriented 사고방식을 가르쳐주지 않음.
  • 객체 structure(구조)나 behavior(행위)를 어떻게 설계해야 하는지 알려주지 않음.
  • design이 좋은지 나쁜지 알려주지 않음.

Use Case Diagrams

What is a Use Case?

• Use Case(유스케이스): 사람 사용자, 다른 system, 하드웨어 구성요소 또는 내부 시계에 의해 system으로 전송된 event(이벤트)에 의해 촉발되는 behavior 또는 일관된 behavior 집합

Use Case Diagrams

• System이 high-level(높은 수준)에서 무엇(WHAT)을 할 것인지 기술
• (다이어그램 구성 요소)
• Use Case
• Use Case Name (유스케이스 이름)
• Subject Name (주체 이름)
• Subject(주체)
• System Boundary(시스템 경계)
• Association(연관)
• Dependency(의존)
• Actor(행위자)

Actor

• System과 상호작용해야 하는 누군가 또는 무언가
• 사용자, 외부 system, 장치

An Actor is a Role

• Actor는 사용자가 system과 상호작용할 때 수행하는 단일 role(역할)을 정의
• 여러 사용자가 단일 role 수행 가능
• 단일 사용자가 여러 role 수행 가능

Identifying Actors

• 유용한 질문들
  • 누가 system의 주요 functionality(기능)을 사용할 것인가 (primary actors(주요 행위자))?
  • 누가 일상 업무를 위해 system의 지원을 필요로 하는가?
  • 누가 system을 유지보수, 관리하고 작동하도록 유지해야 하는가 (secondary actors(보조 행위자))?
  • System이 처리해야 할 hardware devices(하드웨어 장치)는 무엇인가?
  • System이 상호작용해야 할 다른 system은 무엇인가?
  • 누가 또는 무엇이 system이 생성하는 결과(가치)에 관심이 있는가?

Use Case

• Actor와 Subject 간의 transaction(트랜잭션)으로 표현되는 기능 단위
• 하나 이상의 Actor와 system 간의 상호작용
• Use case 식별하기
  • Actor가 system에 요구하는 function(기능)은 무엇인가?
  • Actor가 system의 특정 정보를 읽기, 생성, 삭제, 수정 또는 저장해야 하는가?
  • Actor가 system의 event에 대해 notify(알림)을 받아야 하는가?
  • System의 새로운 기능을 통해 Actor의 일상 업무가 단순화되거나 효율화될 수 있는가?

An Example of Use Case Text

• Buy a Product (제품 구매)
• Main Success Scenario(주 성공 시나리오):
  1. 고객이 카탈로그를 탐색하고 구매할 아이템 선택
  2. 고객이 결제 진행
  3. 고객이 배송 정보 입력 (주소; 익일 또는 3일 배송)
  4. System이 배송비 포함 전체 가격 정보 제시
  5. 고객이 신용카드 정보 입력
  6. System이 구매 승인
  7. System이 즉시 판매 확인
  8. System이 고객에게 확인 이메일 발송
• Extensions(확장):
  • 3a: 고객이 regular customer(단골 고객)인 경우
    • .1: system이 현재 배송, 가격, 청구 정보 표시
    • .2: 고객이 이 default(기본값)을 수락하거나 변경 가능, MSS 6단계로 복귀
  • 6a: system이 신용카드 구매 승인 실패
    • .1: 고객이 신용카드 정보를 다시 입력하거나 취소 가능

Subject Symbol

• System Boundary 표시
• Use Case에 의해 정의된 behavior를 realize(실현)하는 Classifier(분류자)

Association

• Actor와 system 간의 bi-directional 통신 표현
• Actor와 Use Case 사이에 그려짐
• 화살표 없이, 선으로 표현

Dependency–Include

• Base Use Case에서 inclusion Use Case로의 관계 표현
• Use Case가 다른 Use Case를 call(호출)함을 암시
• 주로 여러 Use Case에 공통적인 behavior를 reuse하기 위해 사용됨.

Dependency–Extend

• 일부 추가적인 behavior가 더해져야 할 때 사용
• Optional(선택적) 또는 conditional(조건부) behavior를 모델링
• Infrequent events(드문 이벤트) 표시

Tips for Use Case Modeling

• 각 Use Case가 domain experts(도메인 전문가)와 프로그래머 모두 이해할 수 있는 system 사용의 중요한 chunk(부분)을 설명하도록 보장
• Use Case를 텍스트로 정의할 때, noun(명사)과 verb(동사)를 정확하고 일관되게 사용하여 interaction diagrams을 위한 objects와 message 도출에 도움
• 여러 Use Case에 필요한 공통 usage(사용)을 Factor out(분리)
  • usage이 required(필수적)이면 사용
  • Base Use Case가 완전하고 usage이 optional일 수 있다면 사용 고려
• Use Case diagram은
  • 동일한 level of abstraction(추상화 수준)의 Use Case만 포함해야 함
  • 필요한 Actor만 포함해야 함
• 많은 수의 Use Case는 packages(패키지)로 구성해야 함

Class Diagrams

Class Diagrams

• Description of static structure
  • Showing the types of objects ...
• (다이어그램 구성 요소)
• Class Name(클래스 이름)
• Class Attributes(클래스 속성)
• Class Operations(클래스 오퍼레이션)
• Association
• Multiplicity(다중성)
• Generalization(일반화)
• Guard(가드)
• "..."는 요소가 더 있을 수 있음을 의미
• 공백은 "알 수 없음" 또는 "멤버 없음"을 의미
• Static structure(정적 구조)에 대한 설명
• System 내 object의 type(유형)과 그들 간의 relationship(관계) 표시

Classes

• 사각형 세 개를 쌓아놓은 형태로 표현
• 모든 Object-Oriented system의 가장 중요한 building block(구성 요소)
• Object set(집합)에 대한 설명
• Entity의 추상화
• problem/solution 도메인에 존재함

Attributes and Operations

• Attributes(속성)
  • 모델링되는 대상의 property(속성)을 표현
  • Syntax(구문): attributeName: Type
• Operations
  • Class의 object로부터 요청된 service(서비스)의 구현
  • Syntax: operationName(param1:type, param2:type, ...) : Result

Association and Multiplicity

• Association
  • Class instance(인스턴스) 간의 connection(연결)을 명시하는 Class 간의 relationship
  • Association의 이름은 주로 동사를 씀.
• Multiplicity
  • 다른 Class의 하나(ONE)의 instance와 관련된 한 Class의 instance 수
• 예: "팀(Team)은 0명 이상의 농구 선수(Basketball Player)를 고용(employ)한다."

Aggregations and Compositions

• Aggregation(집합)
  • Element 간의 Weak(약한) "whole-part"(전체-부분) relationship
  • 예: 공항(Airport)은 많은 비행기(Airplane)를 가짐.
• Composition(복합)
  • Element 간의 Strong(강한) "whole-part" relationship
  • 예: 창문(Window)은 스크롤바(Scrollbar)를 'contains'.

Inheritance 상속

• Superclass와 subclasses 간의 relationship
• Superclass의 모든 Attributes와 Operations는 subclasses의 일부가 됨.

Tips for Class Modeling

• Class(클래스) 찾기
  • 저장되거나 분석되어야 할 data가 있는가?
  • External system(외부 시스템)이 있는가?
  • External system은 Class로 모델링됨.
  • pattern(패턴), class libraries(클래스 라이브러리), component 등이 있는가?
  • System이 처리해야 할 device(장치)가 있는가?
• 가능할 때마다 명시적인 traceability(추적성) 확보
  • Use Case의 noun로부터 Class/Attributes를, verb로부터 Operations를 도출하려 노력
  • 항상 어떤 형태의 behavioral diagrams(행위 다이어그램)과 함께 Class diagram 작성

Sequence Diagrams

Sequence Diagrams

• System 내 instance 간의 message("interaction") sequence 표시
• time ordering(시간 순서) 강조
• (다이어그램 구성 요소)
• Lifeline(생명선)
• Message name(메시지 이름)
• Messages line(메시지 라인)
• ReferenceFrame(참조 프레임)
• Sequence DiagramName(시퀀스 다이어그램 이름)

Lifelines

• 일정 기간 동안 interaction에 참여하는 개별 participant(참여자)
• Subsystem(서브시스템) / object / Class
• Actor
• 표기: Instance name (object) : Type name (class)

Messages

• 두 object 간의 One-way communication
• Value를 전달하는 parameter를 가질 수 있음.
• (Asynchronous message(비동기 메시지), Synchronous message(동기 메시지))

Combined Fragment Frame

• Interaction fragments(프래그먼트)의 표현식 정의
• Interaction operators(연산자)는 내용이 behavior를 어떻게 기술하는지 정의
• Alt: 각 섹션이 하나의 alternative(대안). 예: alt [a>0]
• Ref: 다른 Use Case 참조
• Loop: 반복되는 behavior sequence 명시. 예: loop [1,5], loop [6]

Referencing

• 이미 존재하는 sequence diagram 재사용
• 불필요한 duplication(중복) 방지

Tips for Sequence Diagram

• Interaction의 context(컨텍스트) 설정
  • 예: 하나의 Use Case
• Flow(흐름)을 왼쪽에서 오른쪽으로, 위에서 아래로 표현
• Active(활성) instance는 왼쪽/위에, passive(수동) instance는 오른쪽/아래에 배치
• 여러 object의 behavior를 보고 싶다면 각 Use Case에 대한 sequence diagram 작성

Activity and Swimlane Diagrams

Activity Diagram

• 특정 scenario(시나리오) 내 interaction의 flow를 graphical representation(그래픽 표현)으로 제공하여 Use Case 보충
• Activity diagram(활동 다이어그램)은 flow-chart(순서도)와 유사

Swimlane Diagrams

• modeler(모델러)가 어떤 Actor가 action에 대한 responsibility(책임)이 있는지 표시하도록 허용

State Machine Diagrams [10.30.(목)]

State Machine Diagrams

• 각 Class의 object lifecycle을 모델링하여 시간에 따른 object의 동적인 동작 기술
• 표시 항목
  • 한 State에서 다른 state로의 transition를 유발하는 사건
  • State 변경으로 인한 action

States 상태

                     ┌───────────────── State ────────────────┐             
                     │                    │                   │             
                     ▼                    ▼                   ▼             
 ┌─┐turn PC on┌─────────┐            ┌─────────┐terminate┌──────────┐  ┌───┐
 │ ├─────────►│ Booting ├───────────►│ Working ├────────►│ Shutting ├─►│ ┼ │
 └─┘          └─────────┘            └─────┬───┘         │  Down    │  └───┘
Initial                  keyStrock or    ▲ │             └──────────┘   ▲   
 State                   mouseMovement   │ │ [is Timeout]/              │   
                                         │ ▼ popUpScreenShot()   Final State
                                      ┌──┴─────┐                            
                                      │ Screen │◄─── State                       
                                      │ Saving │                            
                                      └────────┘                            

• State: object의 수명 동안의 condition(조건) 또는 situation(상황)
• 어떤 condition을 만족하거나, 어떤 activity를 수행하거나, 어떤 event를 기다림

Event and Action

                                                    Event                  
                                                     │                     
                                                     ▼                     
┌─┐turn PC   ┌─────────┐            ┌─────────┐terminate┌──────────┐  ┌───┐
│ ├─────────►│ Booting ├───────────►│ Working ├────────►│ Shutting ├─►│ ┼ │
└─┘on        └─────────┘            └─────┬───┘         │  Down    │  └───┘
                        keyStrock or    ▲ │             └──────────┘       
                        mouseMovement   │ │ [is Timeout]/◄──Guard Condition
                          ▲             │ ▼ popUpScreenShot()              
                          │          ┌──┴─────┐     ▲                      
                      Event          │ Screen │     │                      
                                     │ Saving │     │                      
                                     └────────┘    Action                  

• Event: Object가 State를 변경하도록 유발하는 Stimulus(자극)
• Action: Signal 또는 operation call의 Output

Transition

• Event에 의해 촉발되어 한 state에서 다른 state로의 변경
• Guard Condition이 true일 때만 발생
• Syntax: event(arguments)[condition]/action

Internal Activities

• State는 transition 없이 event에 반응 가능
• Event, Guard, activity를 state box 내부에 배치
• 두 가지 특별한 activity
  • Entry(진입) 및 exit(진출) activity
• Internal activity는 self-transition와 유사
• 그러나 Internal activity는 entry 및 exit activity를 촉발하지 않음.

Activity States

• Regular activities
  • Instantaneous(순간적인) behavior
  • Interrupt(중단)될 수 없음.
• Normal state는 조용하며 다음 event를 기다린 후 무언가를 수행
• Do-activities(수행-활동)
  • Finite time(유한 시간) 소요
  • Interrupt될 수 있음. (멈출 수 있음.)
• Activity state(활동 상태)는 on-going work(진행 중인 작업)을 수행 중

Superstates

• 여러 State가 공통의 transition 및 Internal activity를 공유
• 공유된 behavior를 superstate로 이동
• Behavior가 modular(모듈식)/hierarchical(계층적) 방식으로 표현될 수 있음.

Deployment Diagrams

Deployment Diagrams

• Architecture 내 device, execution environment(실행 환경), artifact의 runtime architecture 표시
• System topology의 물리적인 설명
• Hardware unit의 구조와 각 유닛에서 실행되는 소프트웨어 기술

• Node
  • Artifact가 실행을 위해 배포될 수 있는 Computational resource(컴퓨팅 자원)
• Communication path
  • Node 간의 connection 표시
  • Stereotype은 통신 protocol이나 사용되는 network에 사용 가능
• Artifact
  • Software development process 또는 system의 배포 및 운영에 의해 사용되거나 생성되는 물리적 piece of information의 Specification(명세, 사양)
  • 예: 모델 파일, 소스 파일, 스크립트, 바이너리 실행 파일, 데이터베이스 시스템의 table, 개발 결과물, 워드 프로세싱 문서, 메일 message