I diagrammi di interazione

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1 I diagrammi di interazione Laboratorio di Sistemi e Processi Organizzativi Gian Piero Favini A.A Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

2 Tassonomia dei diagrammi UML 2 Structure diagrams show the static structure of the objects in a system. That is, they depict those elements in a specification that are irrespective of time. The elements in a structure diagram represent the meaningful concepts of an application, and may include abstract, real-world and implementation concepts. For example, a structure diagram for an airline reservation system might include classifiers that represent seat assignment algorithms, tickets, and a credit authorization service. Structure diagrams do not show the details of dynamic behavior, which are illustrated by behavioral Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

3 Cosa sono e a cosa servono Sono diagrammi di comportamento che modellano le interazioni tra varie entità di un sistema. Visualizzano lo scambio di messaggi tra entità nel tempo. Il loro scopo è mostrare come un certo comportamento viene realizzato dalla collaborazione delle entità in gioco (fino ad ora ci siamo occupati solo di cosa fa il sistema). La parola chiave è realizzare: questi diagrammi mostrano la realizzazione di un comportamento offerto. Come gli altri diagrammi, possono avere vari livelli di astrazione. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

4 Come procedere Un diagramma di interazione necessita di due cose: Un comportamento da realizzare tratto da un classificatore (classificatore di contesto), ad esempio... un caso d uso un operazione di classe Una serie di elementi che realizzano il comportamento, ad esempio... attori istanze di classe Questi ingredienti provengono da diagrammi creati precedentemente. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

5 I diagrammi Ci sono 4 tipi di diagrammi di interazione, noi ci concentreremo sui primi 2. Diagramma di sequenza: adatto a mostrare la sequenza temporale degli avvenimenti per ogni entità nel diagramma. Diagramma di comunicazione: adatto a mostrare le relazioni strutturali e i collegamenti tra le entità e i messaggi che vi transitano. Diagramma di interazione generale: adatto a mostrare la costruzione di interazioni complesse a partire da interazioni più semplici. Diagramma di temporizzazione: adatto a mostrare l evoluzione dell interazione in tempo reale. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

6 Elementi dei diagrammi d interazione Nei diagrammi di interazione generalmente non compaiono direttamente classificatori come le classi: al loro posto ci sono Istanze di classificatori (oggetti, istanze di attori, etc.) Linee di vita (lifeline) di classificatori (esprimono ruoli, non specifici oggetti) La differenza tra istanze e linee di vita è sottile, ma in generale è preferibile usare le linee di vita. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

7 Istanze vs. linee di vita Un istanza: rappresenta uno specifico oggetto, e solo quello Una linea di vita: è più generale rappresenta un istanza arbitraria di un classificatore fornisce modi per specificare come quest istanza viene scelta esprime il ruolo giocato da un istanza senza preoccuparsi della sua identità Un diagramma basato su istanze è chiamato in forma d istanza, uno basato su linee di vita è in forma generica. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

8 Istanze e linee di vita in UML Jim : Person buyer : Person Entrambe usano la notazione del loro classificatore, ma le linee di vita non sono sottolineate. La notazione completa per una linea di vita è: nome [selettore] : tipo Il selettore è un espressione booleana opzionale che permette di scegliere un particolare rappresentante del classificatore, ad es. [id= 1234 ]. Senza selettore la linea di vita rappresenta un arbitraria istanza. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

9 Istanze e linee di vita nei diagrammi di sequenza buyer : Person Una linea verticale tratteggiata indica una sequenza temporale. Gli eventi hanno luogo nel loro ordine sulla linea; le distanze sono irrilevanti. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

10 Messaggi Rappresentano comunicazioni tra linee di vita: segnali, chiamate di operazioni, creazione e distruzione di oggetti. Sette tipi definiti: chiamata sincrona chiamata asincrona ritorno da chiamata creazione distruzione messaggio trovato messaggio perso Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

11 Tipi di messaggi: chiamata (1) lifeline1 lifeline2 Asincrono message(param) Sincrono message2(p1,p2) Ritorno Comunicazione sincrona vs. comunicazione asincrona. I rettangoli di attivazione (indicano un focus di controllo) sono opzionali. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

12 Tipi di messaggi: chiamata (2) I messaggi sincroni fanno bloccare chi li manda fino al messaggio di ritorno del destinatario. Nei messaggi asincroni il mittente non si aspetta un messaggio di ritorno e prosegue immediatamente. I messaggi di ritorno sono opzionali e in generale inclusi solo quando non ostacolano la leggibilità del diagramma oppure per segnalare valori di ritorno. La distinzione tra messaggi sincroni e asincroni in genere emerge in fase di progettazione. In fase di analisi, conviene indicare tutti i messaggi come sincroni (è il caso più vincolante). Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

13 Tipi di messaggi: creazione/distruzione (1) a : A <<create>> b : B <<destroy>> Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

14 Tipi di messaggi: creazione/distruzione (2) Nel messaggio di creazione lo stereotipo può essere seguito dal nome di un operazione e relativi parametri (costruttore). Questo si rende necessario nel caso si lavori con linguaggi di programmazione senza costruttori espliciti. Differenti linguaggi di programmazione OO gestiscono la distruzione in modi diversi (esplicita, garbage collector). In fase di analisi, basta immaginare che dopo la distruzione, l oggetto non è più accessibile Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

15 Tipi di messaggi: trovati/persi (1) a : A b : B foundmsg senddata senddata senddata Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

16 Tipi di messaggi: trovati/persi (2) Raramente usati in fase di analisi. I messaggi trovati indicano situazioni in cui il mittente è sconosciuto al momento della ricezione, proviene dall esterno del diagramma o i dettagli della provenienza non interessano. I messaggi persi permettono di visualizzare il comportamento nel caso un messaggio non giunga a destinazione (situazione di errore). Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

17 Attivazioni annidate (1) a : A b : B Le linee di vita possono mandare messaggi a se stesse. Si tratta di un caso frequente (es. invocazione di operazioni private). Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

18 Attivazioni annidate (2) sd overlap cc:c aa:a oper1() callback() Figure Overlapping execution occurrences Le attivazioni possono generare altre attivazioni sulla linea di vita chiamante (es. callback) Gate (from Fragments) Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

19 Stati (1) Uno stato è definito come una condizione o situazione durante la vita di un oggetto in cui esso soddisfa una condizione, esegue un attività o aspetta un evento. Ogni oggetto in UML può avere una macchina a stati associata che ne descrive gli stati possibili. I diagrammi di stato (state machine diagram) sono i più adatti a rappresentare gli stati e loro transizioni, ma può essere conveniente mostrare alcuni cambiamenti di stato nei diagrammi di sequenza. Generalmente, ci si limita agli stati principali all oggetto, mettendo in risalto i messaggi che provocano un cambiamento di stato. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

20 Stati (2) : Lamp : User Off switch() On In UML, gli stati si rappresentano con rettangoli arrotondati. I cambiamenti di stato sono generalmente la conseguenza di uno o più messaggi. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

21 Realizzare i casi d uso Le primitive introdotte fin qui permettono di rappresentare sequenze di eventi senza ramificazioni; tuttavia, per realizzare i casi d uso è necessario poter descrivere sequenze più complesse. Le sequenze degli eventi in un caso d uso contengono parole chiave come if, then, else, for e while. I diagrammi di sequenza permettono di tradurre questi costrutti ed inserirli nel diagramma. Si ricorre ai frammenti combinati. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

22 Frammenti combinati (1) Un frammento combinato è una sottoarea di un diagramma di sequenza che racchiude una parte dell interazione e le modalità della sua esecuzione. Gli elementi di un frammento combinato sono: un operatore, che specifica come il frammento viene eseguito uno o più operandi, sottoaree del diagramma di sequenza che possono essere eseguite zero o più condizioni di guardia, espressioni che determinano quali operandi sono eseguiti. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

23 Frammenti combinati (2) La sintassi UML per un frammento combinato è la seguente: un rettangolo con il nome dell operatore in alto a sinistra racchiuso nel simbolo di diagramma (rettangolo con angolo tagliato ) gli operandi seguono come strisce orizzontali in sequenza, separati da linee tratteggiate la guardia, se presente, compare dopo l operatore oppure nella parte alta di un operando tra parentesi quadre Il rettangolo del frammento combinato si estende orizzontalmente per includere le linee di vita interessate dall interazione. La guardia può includere qualunque tipo di condizione booleana, incluso OCL. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

24 Frammenti combinati: esempio buyer seller lawyer pay giveitem alt [buyersatisfied] handshake [buyernotsatisfied] sue(seller) Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

25 Operatori L operatore determina la semantica dell esecuzione del frammento. UML specifica parecchi tipi di operatori, ma solo alcuni sono usati frequentemente (quelli che corrispondono alle primitive di controllo del flusso definite dai linguaggi di programmazione). I più usati: opt corrisponde a if/then alt corrisponde a case/select loop corrisponde a for/while break corrisponde a break Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

26 Operatori: opt e alt opt accetta solo un operando, che viene eseguito se e solo se la guardia è valutata true. alt accetta un qualunque numero di operandi e ne esegue al più uno. esamina la lista a partire dal primo operando, valuta le guardie ed esegue solo il primo operando la cui guardia è vera l operando opzionale [else] è eseguito se nessuna delle guardie è vera le condizioni di guardia devono essere mutualmente esclusive; al massimo una può essere vera nello stesso istante, altrimenti il modello non è corretto Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

27 Operatori: loop Un solo operando, sintassi speciale: loop min,max [condizione] Esegue l operando min volte, e poi al massimo altre (max - min) volte mentre la condizione è vera. Si possono omettere min e max. La condizione è molto flessibile (può essere espressa in linguaggio naturale), e permette di ciclare su un insieme di oggetti (es. condizione [foreach oggetto in lista]). Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

28 Operatori: break Operando singolo, si usa per terminare l esecuzione del frammento di interazione corrente (spesso si tratta di un operatore loop). Se break ha una condizione di guardia ed è vera, viene eseguito l operando ma non il resto dell interazione dopo il frammento break. Se la condizione di guardia esiste ed è falsa, non viene eseguito l operando e si continua normalmente. Se non c è una guardia, la scelta tra continuare e saltare è non-deterministica. Il frammento break deve essere globale rispetto a quello che interrompe: nella notazione UML, lo interseca ma si trova ad un livello di nesting superiore. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

29 Esempio: loop e break buyer seller lawyer loop 10,10 pay giveitem break [buyernotsatisfied] sue(seller) Vengono completate al massimo 10 transazioni, se si passa a vie legali le transazioni finiscono. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

30 Altri operatori significativi par: gli operandi sono eseguiti in parallelo, senza vincoli sull ordinamento dei messaggi appartenenti a operandi diversi. critical: sezione critica, l operando è eseguito in maniera atomica e senza interruzioni dalle linee di vita interessate, anche se all interno di par o altri frammenti. ref: l operando contiene il nome di un altra interazione che viene eseguita qui (rende i diagrammi di sequenza modulari). neg: l operando rappresenta un interazione che non deve accadere. assert: l operando rappresenta l unica interazione ammissibile in quel momento. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

31 Usare ref sd authentication : User : ATM : User : ATM insertpin ref authentication alt allowuser opt withdraw yes no A sinistra, un diagramma di sequenza. A destra, l interazione di sinistra inclusa in un altra interazione. Si tratta del modo più semplice di usare ref. sd vuol dire sequence diagram, ma vale per tutti i diagrammi di interazione. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

32 Gate Si tratta di un qualunque punto sulla cornice esterna del diagramma, che può essere la fonte o la destinazione di una freccia. Usati per modellare la comunicazione delle linee di vita del diagramma con l esterno. I gate possono avere un nome e comparire qualunque numero di volte nello stesso diagramma o in diagrammi diversi. Possono essere usati in combinazione con ref, forniscono l interfaccia di collegamento tra l interazione chiamante e quella chiamata (il frammento combinato può avere gli stessi gate a cui agganciare messaggi). Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

33 Gate: esempio sd example a : A in <<create>> b : B <<destroy>> out Vengono definiti due gate, in e out. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

34 Diagrammi di comunicazione Chiamati diagrammi di collaborazione in UML 1.x. In UML 1.x erano semanticamente equivalenti ai diagrammi di sequenza, in UML 2 non sono altrettanto espressivi. Si tratta comunque di diagrammi utili a visualizzare i canali di comunicazione tra le entità. Sono simili ai diagrammi degli oggetti, ma i link tra gli oggetti trasportano messaggi come nei diagrammi di sequenza. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

35 Sequenza vs. comunicazione sd sequence a : A b : B msg1 sd communication a : A 1: msg1 2: msg2 b : B msg2 Questi diagrammi sono equivalenti. I messaggi e le loro frecce seguono le stesse regole nei diagrammi di comunicazione. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

36 Numerazione messaggi sd sequence a : A b : B c : C sd communication 1: msg1 msg1 msg2 a : A b : B 2: msg3 1.1: msg2 msg3 c : C Nei diagrammi di comunicazione è necessario numerare i messaggi. Poiché msg2 si trova nel focus di controllo di msg1 (viene generato come parte dell esecuzione di msg1), il suo numero di sequenza è quello di msg1 seguito da. e un numero di sottosequenza. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

37 Ancora sulla numerazione Il numero di sequenza ha tanti componenti quanti sono i livelli di profondità delle attivazioni: es I numeri di sequenza possono velocemente diventare complessi e danneggiare la leggibilità del diagramma. Per questo motivo, da un lato si cerca di limitare la complessità dei diagrammi di comunicazione e dall altro è consentito raggruppare vari messaggi correlati in uno solo per ridurne il numero (specialmente in fase di analisi). Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

38 Ramificazione Si può rappresentare una condizione if/then nei diagrammi di comunicazione. Il numero di sequenza è seguito da una guardia tra parentesi quadre, ad esempio [!error]: msg(param1,param2) Il messaggio è inviato solo se la guardia è vera. Questo costrutto può complicare il diagramma molto in fretta, e dovrebbe essere usato solo in casi semplici. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

39 Iterazione (1) L operatore di iterazione nei diagrammi di comunicazione è *. Per esempio * [for i=1 to n]: msg(param1,param2) Si può sostituire * con * che significa invio parallelo dei messaggi. La guardia può essere scritta in qualunque linguaggio o pseudocodice, compresa la notazione [loop min, max [condizione]] dei diagrammi di sequenza. Come mandare lo stesso messaggio ad una collezione di istanze con l iterazione? Due modi: con indici o con molteplicità. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

40 Iterazione (2) 1 * [for i=1 to n]: sendmessageto(i) a : A a : A [i] : B 1.1: message() * b : B 1 *: message() Nel primo caso [i] è una sola istanza, rappresentata tramite un indice. Nel secondo caso a è collegato a molti b, e l operatore * manda il messaggio a tutti. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

41 Interaction overview diagram (cenni) Il diagramma di interazione generale (interaction overview) è un diagramma di interazione introdotto con UML 2. Serve a mostrare come interazioni più semplici si combinino a formare interazioni più complesse. Si tratta in effetti di diagrammi di attività in cui le attività sono altri diagrammi di interazione o loro riferimenti che servono da mattoni. Il controllo di flusso tipico dei diagrammi di attività definisce le transizioni tra le varie interazioni. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

42 Interaction overview: esempio sd buyer seller sd [satisfied] handshake buyer seller pay giveitem sd [else] buyer lawyer sue(seller) Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

43 Timing diagram (cenni) Un altro diagramma introdotto in UML 2. Il suo scopo è quello di ragionare sulle interazioni nel tempo: esprime e visualizza vincoli temporali, transizioni da uno stato all altro nel tempo, etc. Ha un asse temporale orizzontale sul quale si collocano gli eventi. Somiglia ad un grafico con il tempo sull asse x. Stati e attributi di interesse occupano le righe del diagramma. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

44 Timing: esempio Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45

45 Conclusioni Si usano i diagrammi di interazione per mostrare come varie entità collaborino nel fornire un comportamento desiderato, ad esempio un caso d uso. Possono essere usati sia in fase di analisi che in fase di progettazione. Aiutano a scoprire e correggere inconsistenze nel comportamento desiderato (ad esempio una specifica scorretta del caso d uso). Spesso è utile modellare una situazione semplificata con un diagramma di comunicazione, per poi passare a uno di sequenza per i dettagli. Lab Sistemi e Processi Organizzativi () I diagrammi di interazione A.A / 45