Выявление связей между классами и объектами
Цель. Цель выявления связей между классами и объектами - уточнить границы каждой обнаруженной ранее в микропроцессе абстракции и опознать все сущности, с которыми она взаимодействует. Это действие формализует концептуальное и физическое размежевание между абстракциями, начатое на предыдущем шаге.
Мы применяем этот шаг в анализе для спецификации связей между классами и объектами (включая некоторые важные отношения наследования и агрегации).
Существование ассоциации подразумевает некоторую семантическую зависимость между двумя абстракциями и возможность перехода от одной сущности к другой. Этот этап проектирования нужен, чтобы специфицировать взаимодействия, которые формируют механизмы нашей архитектуры и группирование классов в категории и модулей в подсистемы. В ходе реализации мы приводим ассоциации к более конкретному виду: инстанцирование, использование и т.д.
Результаты. Основными результатами этого шага являются диаграммы классов, объектов и модулей. Хотя в конце концов мы должны выразить наши решения, принятые при анализе и проектировании, на языке программирования, диаграммы дают более широкий обзор архитектуры и, кроме того, позволяют раскрыть отношения, которые с трудом формулируются на используемом языке реализации.
При анализе мы составляем диаграммы классов, на которых указываются ассоциации между абстракциями, и добавляем к ним детали, полученные на предыдущем шаге (операции и атрибуты некоторых абстракций), необходимые, чтобы передать суть наших решений. При проектировании мы уточняем эти диаграммы, чтобы отразить принятые тактические решения о наследовании, агрегации, инстанцировании и использовании.
Нет ни возможности, ни необходимости создавать исчерпывающий набор диаграмм, которые определили бы все возможные виды связей между нашими абстракциями. Нужно сосредоточиться на "интересных отношениях", причем подразумевается, что в число "интересных" входят те связи между абстракциями, которые отражают фундаментальные архитектурные решения или выражают детали, необходимые для реализации.
Результатом анализа на данном этапе являются диаграммы классов, которые содержат категории классов, идентифицирующие кластеры абстракций, сгруппированные по слоям и разделам. Эти результаты пригодятся и для документирования.
При анализе мы также строим диаграммы объектов, завершая тем самым просмотр сценариев, начатый на предыдущем шаге. Отличие в том, что мы можем теперь рассмотреть взаимодействия между классами и объектами и обнаружить скрытые ранее общие механизмы взаимодействия, которыми следует воспользоваться. Обычно это приводит к локальным перестройкам структуры наследования. При проектировании мы пользуемся диаграммами объектов вместе с более детализированным описанием состояний, чтобы показать действие наших механизмов в динамике. Явный результат этого шага - набор диаграмм, которые идентифицируют механизмы взаимодействия.
При реализации мы должны принять решения о физическом разбиении нашей системы на модули и о распределении процессов по процессорам. Эти решения мы можем выразить на диаграммах модулей и процессов.
На этом же шаге также обновляется словарь данных. В нем отражаются распределения классов и объектов по категориям и модулей по подсистемам.
Основная польза полученных результатов в том, что они помогают наглядно показать и понять отношения, которыми связаны концептуально и физически далекие сущности.
Виды деятельности. С этим шагом связано три вида деятельности: спецификация ассоциаций, идентификация различных взаимодействий и уточнение ассоциаций. Спецификация ассоциаций является одним из основных действий в анализе и на ранней стадии проектирования. Как объяснялось в главе 3, ассоциации семантически слабы: они обозначают только некоторую семантическую зависимость, роль каждого участника связи и кардинальность связи и, возможно, направление допустимого перехода. Однако для анализа и ранней стадии проектирования этого часто достаточно, ибо передаются все важные детали связей между двумя абстракциями, при этом предохраняя нас от поспешных решений о реализации.
Типичный порядок выполнения данного этапа таков:
Выбрать множество классов данного уровня абстракции или ассоциированных с некоторым набором сценариев; нанести на диаграммы все важнейшие операции и атрибуты, необходимые для иллюстрации существенных свойств моделируемой задачи.
Выяснить наличие зависимости между каждыми двумя классами и установить ассоциацию, если она присутствует. Необходимость перехода от одного объекта к другому и неизбежность использования некоторого поведения другого объекта являются причиной введения ассоциации. Чтобы устранить косвенные зависимости, следует ввести новые абстракции, которые служили бы агентами или посредниками. Некоторые ассоциации могут быть сразу идентифицированы как отношение "частное/общее" или агрегации.
Для каждой ассоциации определить роль каждого участника, если необходимо уточнить кардинальность и выявить другие ограничения.
Проверить годность этих решений, для чего просмотреть сценарий и убедиться, что имеющиеся ассоциации необходимы и достаточны для получения требуемых переходов и поведения абстракций этого сценария.
Диаграммы классов - основные модели, получаемые на данном этапе. Идентификация взаимодействий происходит главным образом при проектировании и, как описано в главе 4, является задачей классификации. А, значит, она также требует творчества и интуиции. В зависимости от текущего состояния макропроцесса, мы должны рассмотреть несколько различных типов взаимодействия:
Как часть формулировки наших стратегических решений, мы должны составить для каждого определенного на предыдущем шаге механизма диаграмму объектов, иллюстрирующую его динамическую семантику. Проверить каждый механизм в центральных и периферийных сценариях. Где возможен параллелизм, назначить объекты - актеры, агенты и серверы и способы синхронизации между ними. При этом может понадобиться ввести новые связи между объектами и устранить неиспользованные или избыточные.
Если между классами наблюдается общность, необходимо поместить эти классы в иерархию "общее/частное".
Как говорилось в главе 3, обычно лучше создать "лес" классов, чем единое дерево. На предыдущем шаге мы уже определили кандидатов на базовые, абстрактные классы и классы-примеси; теперь нужно разместить их в структуре наследования. Для существенных классов следует рассмотреть диаграммы классов и оценить их качество, согласно эвристикам главы 3. В частности, требует особого внимания иерархическая структура: она не должна быть слишком высокой или слишком короткой, чересчур широкой или узкой. Там, где встречаются шаблоны в структуре или поведении, нужно реорганизовать иерархию так, чтобы максимизировать общность (но не в ущерб простоте).
Как часть архитектурного проектирования, мы должны рассмотреть группирование классов в категории и организацию модулей в подсистемы. Это - стратегические решения. Архитекторы могут использовать диаграммы классов, чтобы определить иерархию категорий классов, которая формирует слои и разделы разрабатываемой системы. Обычно это делается сверху вниз. Имея глобальное представление о системе, выделяют основные абстракции, выполняющие главные обязанности системы, которые являются логически связными и могут изменяться независимо. Архитектуру также можно модернизировать снизу вверх, когда при каждом прохождении через микропроцесс идентифицируются семантически замкнутые группы классов. Нужно также принять решения о распределении классов по категориям. Если существующие категории слишком раздуваются или обнаруживаются новые группы классов, можно ввести новые категории или реорганизовать старые. Выявление модулей (для физической модели системы) выполняется аналогично и принятые решения отражаются на диаграммах модулей.
Распределение классов и объектов по модулям является до некоторой степени локальным решением и чаще всего отражает отношения видимости абстракций. Как мы указывали в главе 5, отображение логической модели в физическую дает возможность разработчику открыть или ограничить доступ к каждой абстракции или упаковать вместе логически связанные абстракции, которые предполагается изменять по отдельности.
Как мы обсудим в следующей главе, на отображение логической модели в физическую влияет также распределение обязанностей в команде проектировщиков. В любом случае все принятые решения можно выразить в виде диаграммы модулей.
Третий вид деятельности в этой фазе микропроцесса - уточнение ассоциаций - относится и к анализу, и к проектированию. При анализе мы можем провести вместо некоторых ассоциаций другие, семантически более точные связи, чтобы отразить наши достижения в понимании прикладной области. Таким образом, преобразовывая ассоциации и добавляя новые конкретные связи, мы готовим набросок реализации.
Отношения наследования, агрегации, инстанцирования и использования - важнейшие типы ассоциаций, представляющие для нас интерес вместе с такими свойствами, как метки, роли, кардинальность и т.д. Типичный порядок уточнения ассоциаций таков:
Имея набор классов, уже разбитый на группы, следует найти шаблоны поведения, указывающие на возможную связь "общее/частное". Далее необходимо разместить эти классы в существующей структуре наследования или построить новую подходящую структуру.
Если имеются шаблоны структуры, то, используя наследование с классами-примесями или агрегацию, попробовать ввести новые классы, отражающие общность структуры.
Найти классы с похожим поведением, которые либо находятся на одном уровне, либо еще не входят в структуру наследования и рассмотреть возможность введения общих параметризованных классов.
Рассмотреть существующие ассоциации с точки зрения переходов между ними и ограничить их насколько возможно. Если не требуется двустороннего перехода, считать связь простым отношением использования.
Определить тактические детали: указать роли, ключи, кардинальность, дружественность и т.д. Не требуется излишне детализировать: достаточно включить лишь важные результаты анализа и проектирования или то, что необходимо для реализации.
Путевые вехи и характеристики. Мы благополучно завершим эту фазу, когда достаточно полно определим семантику и связи интересующих абстракций, чтобы приступить к началу реализации.
Меры качества - связность, зацепление и полнота. Пересматривая связи, которые мы обнаружили или изобрели в течение этой фазы, мы хотим получить связные и слабо зацепленные между собой абстракции. При этом мы должны идентифицировать все важные связи на данном уровне абстракции, чтобы реализация не требовала введения новых существенных связей или неестественного использования тех, которые мы уже определили. Если на следующем шаге обнаружится, что наши абстракции неудобны для реализации, то это будет признаком того, что мы еще не определили подходящего набора связей между ними.
