I. Tổng Quan Về UML Hướng Dẫn Cho Phát Triển Phần Mềm
Trong bối cảnh kinh tế phát triển nhanh chóng, nhu cầu cạnh tranh và giữ vững thị trường ngày càng lớn. Trong kỷ nguyên thương mại điện tử, việc phát triển hệ thống theo kiểu truyền thống sẽ không còn thích hợp. Hệ thống giờ đây cần phát triển trong "thời gian Internet", đòi hỏi tính mềm dẻo cao. Đây là lúc UML (Unified Modeling Language - Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất) xuất hiện để giải quyết vấn đề. UML là hệ thống ký hiệu chuẩn cho việc mô hình hóa các hệ thống hướng đối tượng và là nền tảng cho khả năng phát triển nhanh ứng dụng. Tuy nhiên, thực tế cho thấy khả năng sử dụng hiệu quả UML trong phát triển phần mềm còn rất hạn chế trong các công ty phần mềm ở Việt Nam. Luận văn này sẽ nghiên cứu và trình bày các thứ để sử dụng UML một cách hiệu quả trong các dự án phần mềm.
1.1. Vấn Đề Của Công Cụ Hỗ Trợ Phát Triển Phần Mềm CASE
Công cụ hỗ trợ sản xuất phần mềm với sự trợ giúp của máy tính (CASE tool) là một công cụ sử dụng máy tính để hỗ trợ quy trình phát triển phần mềm, nhờ đó tăng năng suất và giảm thiểu khả năng thất bại của dự án. CASE tool có thể là một trình dịch (compiler) để tạo ra phần mềm từ mã nguồn. Một kiểu khác của CASE tool không tham gia trực tiếp vào việc tạo ra sản phẩm phần mềm. Ví dụ như là các công cụ đánh giá và hoạch định, để đánh giá chi phí của dự án phát triển phần mềm và giúp quản lý nguồn lực cho dự án phát triển phần mềm.
1.2. UML Ngôn Ngữ Mô Hình Hóa Thống Nhất Cho Phần Mềm
Thông thường các ký hiệu đồ họa được sử dụng để biểu diễn mô hình này, vì nó dễ đọc hơn đối với mọi người. Trong quá khứ người ta đã sử dụng nhiều ngôn ngữ hình tượng để biểu diễn một mô hình sản phẩm phần mềm. Hiện nay Ngôn ngữ Mô hình Hóa Hợp nhất (UML) là ngôn ngữ hình tượng chuẩn cho mục đích này. UML định nghĩa làm thế nào để mô tả một đối tượng phần mềm trừu tượng. Có nghĩa là UML độc lập với ngôn ngữ và môi trường lập trình và nó có thể mô tả kiến trúc phần mềm mà ta có thể triển khai trên mọi môi trường phát triển. Phát triển phần mềm dựa trên phương pháp hướng đối tượng, có ưu thế vượt trội so với phương pháp hướng cấu trúc, đã ra đời để đáp ứng các bài toán lớn và phức tạp. Và UML là ngôn ngữ phù hợp nhất dành cho phân tích và thiết kế hướng đối tượng. Việc áp dụng hiệu quả UML vào quá trình phát triển phần mềm sẽ đem lại lợi ích lớn cho các dự án phần mềm.
1.3. Mục Tiêu Của Việc Nghiên Cứu UML Trong Phát Triển
Để áp dụng hiệu quả UML, chúng ta cần hiểu rõ về nó, các thứ áp dụng nó và các công cụ hỗ trợ liên quan. Đồ án có những mục tiêu sau: Nghiên cứu và trình bày vai trò của UML trong công nghệ phần mềm. Nghiên cứu và trình bày các quy trình phát triển phần mềm tiêu biểu. Trình bày phương pháp ứng dụng UML trong phân tích thiết kế. Áp dụng UML trong phân tích thiết kế một ứng dụng hệ thống thông tin quản lý cụ thể: “Chương trình quản lý cấp phép xây dựng”.
II. UML Là Gì Khám Phá Ngôn Ngữ Mô Hình Hóa Thống Nhất
UML là ngôn ngữ đồ họa dùng để hình tượng hóa, xác định và xây dựng các đối tượng của một hệ thống phần mềm. UML đã xuất hiện như là các ký hiệu sơ đồ chuẩn cho việc mô hình hóa hướng đối tượng. Nó được tạo ra bởi Rational Software và được công bố như là một chuẩn năm 1997 bởi OMG, hiện tại nó được OMG duy trì và phát triển qua nhiều phiên bản, phiên bản hiện tại mới nhất cho tới thời điểm này là phiên bản 2.0. UML là ngôn ngữ mô hình hóa đa mục đích (GPL) trái với các ngôn ngữ mô hình hóa đặc thù lĩnh vực DSLs (Domain Specific Language).
2.1. Các Loại Biểu Đồ UML Tổng Quan Chi Tiết
UML 2.0 có tất cả 13 biểu đồ chia làm 3 loại: có 6 biểu đồ là biểu đồ cấu trúc, 3 biểu đồ hành vi và 4 biểu đồ tương tác thể hiện trong sơ đồ khối dưới đây. Sau đây chúng ta sẽ xem xét 7 biểu đồ chính của UML.
2.2. Biểu Đồ Use Case Mô Tả Tương Tác Người Dùng
Khái niệm tác nhân: là những người, hệ thống khác ở bên ngoài phạm vi của hệ thống mà có tương tác với hệ thống. Biểu đồ Use Case bao gồm một tập hợp các Use Case, các tác nhân và thể hiện mối quan hệ tương tác giữa tác nhân và Use Case. Nó rất quan trọng trong việc tổ chức và mô hình hóa hành vi của hệ thống. Ví dụ về biểu đồ Use Case trong hình 2. Trong biểu đồ này một tác nhân Sales person được gán cho một use case Place order. Use Case này bao gồm 3 use cases Supply customer Data, order Product và Arrange Payment.
2.3. Biểu Đồ Lớp Class Diagram Cấu Trúc Dữ Liệu Phần Mềm
Một biểu đồ lớp chỉ ra cấu trúc tĩnh của các lớp trong hệ thống. Các lớp là đại diện cho các “vật” được xử lý trong hệ thống. Các lớp có thể quan hệ với nhau trong nhiều dạng thức: liên kết (associated - được nối kết với nhau), phụ thuộc (dependent - một lớp này phụ thuộc vào lớp khác), chuyên biệt hóa (specialized - một lớp này là một kết quả chuyên biệt hóa của lớp khác), hay đóng gói (packaged - hợp với nhau thành một đơn vị). Tất cả các mối quan hệ đó đều được thể hiện trong biểu đồ lớp, đi kèm với cấu trúc bên trong của các lớp theo khái niệm thuộc tính (attribute) và thủ tục (operation).
III. Quy Trình Phát Triển Phần Mềm Hướng Dẫn Từng Bước
Quy trình phát triển phần mềm đưa ra các hạng mục cho quy trình phát triển phần mềm. Một quy trình phát triển phần mềm có thể được hỗ trợ bởi một CASE tool. Mục đích của một công cụ như vậy là bao phủ mọi thông tin mà có bất kỳ quan hệ nào với sản phẩm phần mềm. Nó cung ứng khả năng quản lý tất cả từ yêu cầu cho đến kiến trúc ứng dụng rồi các mô đun và thành phần của phần mềm cũng như quan hệ giữa chúng. Mô hình này của sản phẩm phần mềm giúp ta hiểu được quan hệ giữa yêu cầu và kiến trúc của ứng dụng vì thế nó rất hữu dụng khi có yêu cầu thay đổi sản phẩm.
3.1. Phân Tích và Thiết Kế Hướng Đối Tượng Nền Tảng UML
Phân tích và thiết kế hướng đối tượng là gì? Hướng 4: Quy trình phát triển phần mềm. 3 Cấu lặp, tăng dần – Iterative, Incremental Framework. 5 Phân bổ thời gian của một dự án tiêu biểu. 4 Microsoft Solution Framework. 5 Rational Unified Process (RUP).
3.2. Các Sản Phẩm Artifact Có Thể Bắt Đầu Trong Pha Khởi Đầu
Các sản phẩm (Artifact) có thể bắt đầu trong pha khởi đầu. 3 Tìm hiểu yêu cầu (Requirement). 4 Mô hình Use case: Viết yêu cầu trong ngữ cảnh. 1 Mô hình Use case: Vẽ các Sơ đồ tuần tự hệ thống. 2 Mô hình Nghiệp vụ: Hình tượng hóa các Khái niệm. 3 Mô hình Nghiệp vụ: Thêm các Liên kết. 4 Mô hình Nghiệp vụ: Thêm các Thuộc tính.
3.3. GRASP Thiết Kế Các Đối Tượng Cùng Các Trách Nhiệm
GRASP: Thiết kế các đối tượng cùng các Trách nhiệm. 7 Mô hình Thiết kế: Hiện thực hóa Use case với các khuôn mẫu GRASP 38 5.9 Mô hình Thiết kế: Tạo ra các Biểu đồ Lớp Thiết kế.
IV. Ứng Dụng UML Phân Tích Thiết Kế Ứng Dụng Thực Tế
Sơ đồ tổ thể nghiệp vụ bài toán. 1 Sơ đồ use case Main :. 2 Sơ đồ use case Main 2:. 5 MÔ TẢ CHI TIẾT CÁC USE CASE. 1 Use case – Tiếp nhận hồ sơ. 3 Use case – Phê duyệt. 4 Use case – Trả hồ sơ thu lệ phí. 5 Use case – Quản lý sau cấp phép. 6 Use case – Lập báo cáo. 7 Use case – Tra cứu WEB. 8 Use case – Tiện ích hỗ trợ. 9 Use case – Quản trị hệ thống. 10 Use case – Quản lý các danh mục.
4.1. Sơ Đồ Use Case Ví Dụ Về Quản Lý Hồ Sơ
Ví dụ về biểu đồ Use case. 2 Ví dụ về biểu đồ lớp. 5 Ví dụ về biểu đồ tuần tự. 8 Ví dụ về biểu đồ triển khai. 4 Bốn pha của “Cấu lặp, tăng dần”. 5 Pha “Xây dựng” bao gồm một chuỗi các “Thành ước nhỏ”. 6 Độ dài mỗi pha cho một dự án dài 2 năm. 7 Mô hình quy trình MSF. 8 Các pha và mốc thời gian của mô hình quy trình MSF.
4.2. Biểu Đồ Tuần Tự Ví Dụ Về Xử Lý Bán Hàng
Các Artifact (sản phẩm) và khung thời gian của RUP. 1 Biểu đồ tuần tự hệ thống cho tình huống xử lý bán hàng. 2 Một mô hình nghiệp vụ. 3 Một mô hình nghiệp vụ với các liên kết. 6 Biểu đồ tuần tự dùng hiện thực hóa Use case. 8 Minh họa biểu đồ lớp thiết kế.
4.3. Bảng Thuật Ngữ Chuyên Môn Artifact Trong RUP
Bảng thuật ngữ chuyên môn Artifact Sản phẩm trong quy trình RUP Association Liên kết Business Modeling Mô hình hóa tác nghiệp Class Diagram Biểu đồ lớp Development Case Một tập hợp các Artifact cho một quy trình phát triển dự án cụ thể Discipline Kỷ luật Domain Model Mô hình nghiệp vụ GRASP Hình mẫu phần mềm gán trách nhiệm chung Integration Diagram Biểu đồ tương tác Problem Domain Vùng nghiệp vụ RUP Rational Unified Process - Quy trình phần mềm hợp nhất Scenario Tình huống SSD Biểu đồ tuần tự hệ thống UML Ngôn ngữ mô hình hóa hợp nhất Use Case Trường hợp sử dụng Visibility Khả năng thấy được
V. Bí Quyết Sử Dụng UML Hiệu Quả Tối Ưu Phát Triển Phần Mềm
Để sử dụng UML hiệu quả, cần nắm vững các loại biểu đồ, quy trình phát triển phần mềm phù hợp, và áp dụng các nguyên tắc thiết kế hướng đối tượng. Việc lựa chọn công cụ UML phù hợp cũng rất quan trọng. Ngoài ra, cần chú trọng đến giao tiếp và hợp tác giữa các thành viên trong nhóm phát triển để đảm bảo hiểu rõ yêu cầu và thiết kế hệ thống.
5.1. Lựa Chọn Biểu Đồ UML Phù Hợp Với Từng Giai Đoạn
Không phải biểu đồ UML nào cũng phù hợp với mọi giai đoạn của dự án. Ví dụ, biểu đồ Use Case thích hợp cho giai đoạn thu thập yêu cầu, trong khi biểu đồ lớp và biểu đồ tuần tự hữu ích trong giai đoạn thiết kế chi tiết.
5.2. Áp Dụng Nguyên Tắc Thiết Kế Hướng Đối Tượng SOLID
Các nguyên tắc SOLID (Single Responsibility, Open/Closed, Liskov Substitution, Interface Segregation, Dependency Inversion) giúp tạo ra thiết kế phần mềm linh hoạt, dễ bảo trì và mở rộng. UML là công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc áp dụng các nguyên tắc này.
5.3. Sử Dụng Công Cụ UML Hỗ Trợ Phát Triển
Có nhiều công cụ UML khác nhau, từ miễn phí đến trả phí. Việc lựa chọn công cụ phù hợp với nhu cầu và ngân sách của dự án sẽ giúp tăng năng suất và hiệu quả công việc.
VI. Tương Lai Của UML Hướng Đến Phát Triển Phần Mềm Linh Hoạt
UML tiếp tục phát triển để đáp ứng nhu cầu của các phương pháp phát triển phần mềm hiện đại như Agile và DevOps. Các phiên bản UML mới tập trung vào tính linh hoạt, khả năng tích hợp với các công cụ khác, và hỗ trợ các mô hình phát triển phần mềm dựa trên microservices và cloud.
6.1. UML Trong Agile Tối Ưu Hóa Quy Trình Phát Triển
UML có thể được sử dụng trong các dự án Agile để tạo ra các mô hình đơn giản, dễ hiểu, giúp các thành viên trong nhóm giao tiếp và hợp tác hiệu quả hơn.
6.2. UML và DevOps Tự Động Hóa Quy Trình Phát Triển
UML có thể được tích hợp với các công cụ DevOps để tự động hóa quy trình tạo mã, kiểm thử và triển khai phần mềm.
6.3. UML và Kiến Trúc Microservices Xây Dựng Hệ Thống Phân Tán
UML có thể được sử dụng để mô hình hóa kiến trúc microservices, giúp các nhà phát triển hiểu rõ cấu trúc và tương tác giữa các microservice.
