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        基于JavaScript的可視化建模UML工具開發(fā)

        2021-04-29 08:35:30
        中阿科技論壇(中英文) 2021年4期
        關鍵詞:原型繪制可視化

        文 浩

        (福建師范大學,福建 福州 350007)

        可視化建模是一種用不同的圖形(主要包含節(jié)點和邊)來描述系統(tǒng)的方法,從而加深開發(fā)人員對問題的理解。這種方法對于整個軟件開發(fā)過程而言是極為重要的。

        統(tǒng)一建模語言(UML)作為一種常用的可視化工具,被廣泛運用于軟件開發(fā)過程中,其重要性不言而喻。那么基于UML圖的特性,開發(fā)出用于繪制可視化模型的原型工具,也是很有必要的。目前工業(yè)界中常用的UML圖繪制工具有EA、ROSE、VISIO等,這些工具因為相對固定的用途以及版本迭代緩慢等諸多原因,繪制出來的可視化模型都過于簡單,且不易調(diào)整(這些工具大多仍是基于UML1.0版本,現(xiàn)在常用版本為2.0)。同時,因為其軟件安裝相對復雜,功能界面不夠友好,對于初學者來說,是一個不小的挑戰(zhàn)。

        基于上述工具存在的問題,本文選擇使用JavaScript(下面簡稱為JS)語言進行UML模型繪制工具的開發(fā)。JS是一種用于網(wǎng)頁應用開發(fā)的腳本語言,因為該語言的特性,可以實現(xiàn)在瀏覽器上直接進行可視化模型的繪制,并且可以免安裝,初學者容易上手,迭代更新更為便捷,從而大大降低了建模工作的門檻。

        本文的結構如下:第1節(jié)對UML圖的特性進行了分析;第2節(jié)基于UML圖的特性,對工具的功能模塊進行了設計;第3節(jié)論述了原型工具開發(fā)過程中已經(jīng)實現(xiàn)的功能,并且分析之后軟件迭代的方向;最后總結全文,對未來的研究進行展望。

        1 UML圖的特性

        活動圖主要是用來對系統(tǒng)的行為進行建模,在視覺上的呈現(xiàn)類似于流程圖或數(shù)據(jù)流程圖,結構上類似于有向圖。圖1是一個表示ATM機業(yè)務過程的活動圖實例,為了方便表示,仿照標記變遷系統(tǒng)(Labeled Transition System),用不同的英文字母對每個節(jié)點進行標記。

        該活動圖中的元素可以分為節(jié)點和邊兩大類。其中,節(jié)點又可分為以下幾種。

        活動節(jié)點:用一個矩形表示。活動節(jié)點是用于表示系統(tǒng)中最基本的活動,每一種活動對應到一個活動節(jié)點。在圖1中,用字母a命名的活動節(jié)點,表示的是ATM機系統(tǒng)中插卡這一個活動。

        初始節(jié)點:用一個實心的黑色圓表示,類似于樹結構中的根節(jié)點,表示系統(tǒng)中活動的開始。在圖1中,用字母i表示。

        終止節(jié)點:用一個較大的空心圓和小的黑色實心圓嵌套組成,類似于樹結構中的葉子節(jié)點,表示系統(tǒng)中活動的結束。在圖1中,字母f1和f2都是終止節(jié)點。

        選擇節(jié)點:用一個菱形表示,體現(xiàn)系統(tǒng)會根據(jù)不同觸發(fā)條件,選擇不同的活動,類似于程序設計語言中的if結構。在圖1中,用dn開頭命名的節(jié)點都是選擇節(jié)點。

        合并節(jié)點:同樣用菱形表示,體現(xiàn)了活動分流后的合并,與選擇節(jié)點配套使用。為了區(qū)分,統(tǒng)一用mn開頭進行命名。

        分叉節(jié)點:用一個中間部分印有fork字樣的長條矩形表示,體現(xiàn)了活動的并發(fā),類似于程序設計語言中的多線程。在圖1中,用fn開頭的字母進行命名。

        本書作者佩恩特利用其擔任總統(tǒng)首席道德律師的兩年半期間,在美國政治中心之一的白宮,近距離地觀察到眾多的人和事,從而為本書提供了難能可貴的豐富的素材。美國多年來實施了一系列推動行政道德的措施,然而,廉政建設的努力正面臨著越來越多的挑戰(zhàn)?!洞蛟煲粋€美國應得的政府》針對美國政壇上形形色色的貪腐行為、現(xiàn)存的漏洞,以及原因所在,進行了深入的分析,并作出了不少有益、中肯的批評。與此同時,該書也對如何改變現(xiàn)狀提出了一些建議。作者希望,這些建議的落實,將有助于改進美國的行政道德,有助于打造一個美國人民應得的廉潔的政府。

        匯合節(jié)點:用一個中間部分印有join字樣的長條矩形表示,體現(xiàn)了并發(fā)等待的活動,此時匯合,進入下一個動作,與分叉節(jié)點配套使用。在圖1中,用jn開頭的字母進行命名。

        以上節(jié)點被統(tǒng)稱為控制節(jié)點,即不代表實際的活動,而是用于控制不同活動間的執(zhí)行。

        除了節(jié)點之外,邊也是活動圖中的主要元素。活動圖中的邊是一條有向的線段,主要表示的是節(jié)點間的執(zhí)行順序和先后依賴關系?;谶吅涂刂乒?jié)點,就可以很清晰地顯示出在一個系統(tǒng)中活動的具體執(zhí)行流程。

        圖1 一個活動圖的實例

        圖2 活動圖的繪制

        2 原型工具的功能模塊

        基于上文對UML特性的分析,下面對原型工具的功能模塊組成進行了討論。

        開發(fā)的原型工具所需要的功能主要分為以下三個方面。

        UML圖的繪制:需要實現(xiàn)拖拉式的繪圖,即存在一個選擇面板,其中分布的就是UML圖中的不同節(jié)點,接著再提供一個畫板,可以將選擇面板中的節(jié)點拖拉至畫板之上,隨后可以在節(jié)點間進行連線,從而構成一個完整的UML圖。

        圖與文檔之間的轉換:最近一段時間,一個發(fā)布在GitHub上的名為flowchart.fun(https://flowchart.fun/)的網(wǎng)頁工具風靡工業(yè)界。其流行的原因是開發(fā)人員可以通過編輯文檔,自動生成對應的流程圖或者思維導圖,這極大提升了開發(fā)人員的工作效率。本文中的原型工具也需要實現(xiàn)圖與文檔之間的轉換,并且,這種轉換是雙向的,不僅要實現(xiàn)文檔自動轉換成可視化的UML圖,也需要實現(xiàn)UML圖繪制后,自動生成對應文檔進行存儲。這種雙向轉換對于開發(fā)過程的幫助不言而喻。

        圖與代碼之間的轉換:在軟件生命周期中,經(jīng)歷了設計與建模后,就到了編碼階段,編碼人員需要根據(jù)相關的UML圖,進行代碼的編寫。那么在UML圖繪制完成后,自動生成一個正確的代碼框架,這樣編碼人員就不再需要去理解設計人員所繪制的UML圖,而是直接對該UML圖生成的代碼框架進行增添與刪改,從而大大提升了開發(fā)效率以及降低了錯誤率。

        3 原型工具已實現(xiàn)的功能

        基于開源庫GoJS(https://gojs.net/latest/index.html),我們成功開發(fā)了原型工具DSTool(下載鏈接:https://pan.baidu.com/s/1aziIBB-KXeVUevMOGTf8xw 提取碼:rpyv),具體界面如圖2所示。

        圖2中的上半部分,對應到第二章中的功能(1),即拖拉式的繪圖,其中該區(qū)域左邊的部分為選擇模塊,上面分布著第一章中所描述的活動圖的七種節(jié)點,可以通過拖拉的方法,在右邊的白板任意位置進行繪制,并且通過連線的方法,生成邊,從而形成一個完整的活動圖,如其該區(qū)域右邊的部分所示。

        在圖2中的下半部分,該區(qū)域的左邊對應的是上文中的功能(2),即可以將已經(jīng)繪制的活動圖轉換成對應JSON格式(一種易解析的數(shù)據(jù)存儲格式)的文件進行存儲,或者載入本地中已有的JSON文件,生成對應的UML圖。該區(qū)域的右邊對應的是上文中的功能(3),將繪制好的活動圖轉換成對應Java代碼框架的實例。

        該原型工具DSTool除了可以實現(xiàn)上述功能外,還可以用于建模形式化模型——依賴結構[5-6],為高可信軟件的開發(fā)提供幫助。除此之外,還可以實現(xiàn)形式化模型與狀態(tài)圖之間的轉換。但可惜的是,目前該工具在驗證模型性質和分解模型此類功能上不夠完善,之后要加大在這一方面的研究投入。

        4 總結

        本文介紹了一種基于JavaScript的原型工具DSTool。該工具的開發(fā)過程是先分析可視化建模語言UML的特點,再設計對應的功能模塊,目前已經(jīng)實現(xiàn)的主要功能有拖拉式的繪圖、圖形與JSON文件的雙向轉換以及圖形與Java代碼框架的轉換,之后要進一步加大研究,爭取將DSTool迭代成完整的且有實際意義的軟件開發(fā)工具。

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