學習筆記 UML建模在數(shù)字圖書館中的應用
本文和大家重點討論一下UML建模在數(shù)字圖書館中的應用，數(shù)字圖書館組織了一系列與平臺無關(guān)、面向?qū)ο蟆⒎植际降臄?shù)字化信息資源并且提供相關(guān)的服務，那么UML建模如何應用在數(shù)字圖書館中呢，請看本文詳細介紹吧。
UML建模在數(shù)字圖書館中的應用
1 引言
在信息技術(shù)迅猛發(fā)展及基于Internet網(wǎng)絡應用日益普及的今天，傳統(tǒng)圖書館正在向自動化、網(wǎng)絡化、電子化的數(shù)字化方向發(fā)展，這是目前網(wǎng)絡信息資源開發(fā)和研究的熱點。數(shù)字圖書館的建設涉及到信息資源數(shù)字化、多媒體數(shù)據(jù)庫、分布式網(wǎng)絡、信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等多方面的問題，需要有效地集成和應用最新的信息技術(shù)。如何在宏觀上有效地把握和組織，并運用到數(shù)字圖書館的開發(fā)建設上，是數(shù)字圖書館研究的重點。UML（TheUnifiedModelingLanguage，即統(tǒng)一建模語言）是一種編制系統(tǒng)藍圖的標準化語言，可以對復雜的系統(tǒng)建立可視化的系統(tǒng)模型，目前已經(jīng)被工業(yè)標準化組織OMG（ObjectManagementGroup）接受，一經(jīng)推出便得到許多著名的計算機廠商如Microsoft、HP、IBM、Oracle等的支持，在國際上的應用日益廣泛。數(shù)字圖書館的開發(fā)建設是一個復雜的軟件工程，需要集成不同的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和應用軟件，有眾多不同級別的用戶、管理員，滿足圖書館從書目查詢、普通和電子書刊借閱到提供網(wǎng)上信息服務、資源共享等各種需求。用傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)和集成的分析設計方法難以保證效率和質(zhì)量，UML的特點及數(shù)字圖書館的要求，決定UML在數(shù)字圖書館中應該有很好的應用前景。
1.1 UML建模中數(shù)字圖書館的基本特征和模式
數(shù)字圖書館組織了一系列與平臺無關(guān)、面向?qū)ο蟆⒎植际降臄?shù)字化信息資源并且提供相關(guān)的服務，它應該具有以下一些特征［2］［4］：
（1）數(shù)字圖書館擁有海量的數(shù)字化資源，其信息度量單位不再是KB、MB，而是GB、TB甚至PB。數(shù)字化的資源又是多種媒體（如文字、圖像、音頻、視頻、虛擬空間等）的，具有多種存儲和壓縮格式。
（2）數(shù)字化資源并不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)的動態(tài)的。數(shù)字圖書館是數(shù)字化資源的統(tǒng)一，可以通過一定的相關(guān)關(guān)系，由特定的協(xié)議和存取方法來查找和訪問這些數(shù)字化資源。
（3）數(shù)字圖書館必須為用戶提供統(tǒng)一的訪問手段，能夠讓用戶透明方便地獲取所需的信息而不必關(guān)心這些信息的具體位置。對數(shù)字資源的檢索應該是智能化、交互式的，對全文、多媒體信息、多語言信息的檢索都可以達到很好的查全率和查準率。
（4）數(shù)字圖書館建立在異構(gòu)平臺上，具有分布、開放的信息結(jié)構(gòu)，高速、可靠的網(wǎng)絡環(huán)境是其運行的基礎。它突破了時間、空間的限制，讓用戶可以在任何地方、任何時間獲取自己所需的信息。在此基礎上提供的導航式和個性化的服務，使服務內(nèi)容更多樣、服務模式更廣泛，這是對傳統(tǒng)圖書館服務功能的突破。
數(shù)字圖書館的模式，可以用圖1簡單說明，用戶通過網(wǎng)絡和通信系統(tǒng)，連接到數(shù)字圖書館的咨詢系統(tǒng)，通過這個統(tǒng)一的訪問界面，用戶可以透明地獲取各種信息資源。
附圖
圖1 數(shù)字圖書館模式
1.2 UML建模概述及特點
UML是一種編制系統(tǒng)藍圖的標準化語言，可以對大型復雜的系統(tǒng)的各種成分可視化、說明并構(gòu)造系統(tǒng)模型，以及建立各種所需的文檔。UML通過三類圖形建立系統(tǒng)模型：UseCase圖、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（對象類圖、對象圖、組件圖、配置圖）和動態(tài)行為圖（順序圖、協(xié)同圖、狀態(tài)圖、活動圖），這些圖可以從不同的抽象角度使系統(tǒng)可視化。UML具有以下特點［1］：
（1）面向?qū)ο蟆ML支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)的主要概念，提供了一批基本的模型元素的表示圖形和方法，能簡潔明了地表達面向?qū)ο蟮母鞣N概念。
（2）可視化，表示能力強。通過UML的模型圖能清晰地表示系統(tǒng)的邏輯模型和實現(xiàn)模型，可用于各種復雜系統(tǒng)的建模。
（3）獨立與過程。UML是系統(tǒng)建模語言，獨立與開發(fā)過程。
（4）獨立于程序設計語言。用UML建立的軟件系統(tǒng)模型可以用Java、VC＋＋、Smalltalk等任何一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O計來實現(xiàn)。
（5）易于掌握使用。UML圖形結(jié)構(gòu)清晰，建模簡潔明了，容易掌握使用。
使用UML進行系統(tǒng)的分析和設計，可以加速開發(fā)的進程，提高代碼的質(zhì)量，支持動態(tài)的業(yè)務需求。UML適用于各種規(guī)模的系統(tǒng)開發(fā)，能促進軟件復用，方便地集成已有的系統(tǒng)并有效處理開發(fā)中的各種風險。#p#
2 UML建模在數(shù)字圖書館中的應用
UML是一種建模語言，是系統(tǒng)開發(fā)的一個組成部分，本身并沒有關(guān)于開發(fā)過程概念的定義和表示符號。UML的創(chuàng)始者Booch、Jacobson和Rumbaugh在Rational公司的支持下綜合了多種系統(tǒng)開發(fā)過程的長處，提出新的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)過程，稱為Rational統(tǒng)一過程（RationalUnifiedProcess,RUP）。RUP過程的核心工作流包括：業(yè)務建模、需求分析、系統(tǒng)分析與設計、實現(xiàn)、測試和系統(tǒng)配置。下面通過UML來分析并構(gòu)造數(shù)字圖書館模型，并結(jié)合Rational統(tǒng)一過程加以描述，圖形用RationalRose工具軟件繪制。
2.1 數(shù)字圖書館的業(yè)務建模和需求分析
業(yè)務建模和需求分析的目的是對數(shù)字圖書館進行評估，采集和分析系統(tǒng)的需求，理解系統(tǒng)要解決的問題，重點是充分考慮系統(tǒng)的實用性。結(jié)果可以用一個UseCase模型表達（圖2），模型中的活動者代表外部與系統(tǒng)交互的單元，包括用戶、圖書館工作人員和外部信息源；UseCase是對系統(tǒng)需求的描述，表達了系統(tǒng)的功能和所提供的服務，包括采購子系統(tǒng)、編目子系統(tǒng)和流通子系統(tǒng)。對于數(shù)字圖書館而言，流通子系統(tǒng)還應該考慮到普通書刊流通和電子書刊流通的區(qū)別。電子書刊是指內(nèi)容為數(shù)字格式、發(fā)行為電子方式、用計算機閱讀和存儲的電子讀物，可以實現(xiàn)普通書刊所沒有的全文檢索、頁面批注、摘要、字體縮放等功能。用戶無論何時何地，都可以在線借還，這是數(shù)字圖書館服務功能的一個重要組成部分，也是對傳統(tǒng)圖書館服務功能的延伸和拓展，其中的關(guān)鍵是流通子系統(tǒng)在實現(xiàn)時必須能對電子書刊的版權(quán)、以及可以同時借閱的用戶數(shù)進行保護和控制。
附圖
圖2 數(shù)字圖書館UseCase模型
圖2中模型元素之間的實線表示二者存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，帶空心箭頭的實箭線說明存在泛化關(guān)系，這里有兩種情況，一種是一般與特殊的關(guān)系，如“流通子系統(tǒng)”與“普通書刊流通”、“電子書刊流通”的關(guān)系；另一種是使用關(guān)聯(lián)，表示一個模型元素需要使用另一個模型元素，在箭線上標有＜＜Use＞＞，如“流通子系統(tǒng)”需要使用“編目子系統(tǒng)”生成的書目數(shù)據(jù)，圖2是數(shù)字圖書館系統(tǒng)層的UseCase模型，只包含了最基本的UseCase模型，是系統(tǒng)的高層抽象。在開發(fā)過程中，隨著對系統(tǒng)的認識不斷加深，UseCase模型可以從頂向下不斷精化，演化出更為詳細的UseCase模型。#p#
2.2 UML建模中數(shù)字圖書館系統(tǒng)分析與設計
系統(tǒng)分析與設計是研究欲采用的實現(xiàn)環(huán)境和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)果是產(chǎn)生一個對象模型，即設計模型，設計模型包含了UseCase的實現(xiàn)，可以表現(xiàn)對象是如何相互通信和運作來實現(xiàn)UseCase流的。對于系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，可以通過對象類圖、對象圖、組件圖和配置圖來描述；對于系統(tǒng)的動態(tài)行為，可以通過順序圖、協(xié)同圖、狀態(tài)圖、活動圖描繪。這些圖再加上支持說明文檔就構(gòu)成一個完整的設計模型。
（1）UML建模中靜態(tài)結(jié)構(gòu)的分析與設計
數(shù)字圖書館擁有大量數(shù)字化信息資源，這些資源是多種媒體、多種格式的，而且還是相互關(guān)聯(lián)的。其數(shù)據(jù)量大，信息長度不定，非結(jié)構(gòu)化信息與結(jié)構(gòu)化信息并存。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和信息管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、用戶接口等方面都難以實現(xiàn)對這些數(shù)字化信息資源的管理和操作，這就決定了數(shù)字圖書館必須采用面向?qū)ο蟮姆椒▉斫?shù)據(jù)模型和管理模型，建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫，實現(xiàn)面向?qū)ο蟮男畔⒐芾硐到y(tǒng)。使用UML對數(shù)字圖書館系統(tǒng)進行基于面向?qū)ο蟮姆治龊驮O計，可以從開發(fā)的第一步開始，從系統(tǒng)的底層就把握住數(shù)字圖書館信息資源的特征，為下一步的具體實現(xiàn)打好基礎。在為數(shù)字圖書館系統(tǒng)建立模型時要涉及到處理大量的模型元素，如對象類、接口、組件、節(jié)點、圖等，可以將語義上相近的模型元素組織在一起，這就是UML的包，包從較高的層次來組織管理數(shù)字圖書館的系統(tǒng)模型。
在詳細設計階段可以對包圖中的所有類、對象從實現(xiàn)角度再進一步進行細化，繪制具體的對象類圖、對象圖等。圖3是數(shù)字圖書館系統(tǒng)的包圖，虛箭線說明包之間的依賴關(guān)系，如“流通”包依賴于“數(shù)據(jù)庫”包，要使用“數(shù)據(jù)庫”包中的類及數(shù)據(jù)。帶空心箭頭的實箭線說明包之間的泛化關(guān)系，這里是一般與特殊的關(guān)系，如“編目”包與“本館編目”包、“聯(lián)合編目”包之間存在泛化關(guān)系。
附圖
圖3 數(shù)字圖書館系統(tǒng)包圖
（2）UML建模中動態(tài)結(jié)構(gòu)的分析與設計
數(shù)字圖書館提供的各種服務都是建立在分布、開放的信息結(jié)構(gòu)之上，依托高速、可靠的網(wǎng)絡環(huán)境來完成。每項服務都可以看成一個事件流，由若干相關(guān)的對象交互合作來完成。對于這種系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)作關(guān)系和過程行為，可以通過繪制順序圖和協(xié)同圖來幫助觀察和理解。
一個對象在其生存期間所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，對于把握對象的行為和狀態(tài)的遷移變化是非常重要的，可以通過狀態(tài)圖來了解一個對象的歷史，引起一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件，以及由于狀態(tài)的轉(zhuǎn)移而引發(fā)的動作。
此外，描述工作流和并發(fā)處理行為還可以用活動圖，表達從一個活動到另一個活動的控制流。
順序圖和協(xié)同圖適合描述多個對象的協(xié)同行為，而狀態(tài)圖適合描述一個對象穿越多個UseCase的行為。狀態(tài)圖與活動圖的區(qū)別是，狀態(tài)圖描述的是對象類響應事件的外部行為，活動圖描述的是響應內(nèi)部處理的對象類的行為。
附圖
圖4 數(shù)字圖書館電子書刊流通服務順序圖
圖4是一個電子書刊流通服務的順序圖例子，用以說明數(shù)字圖書館電子書刊基本流通服務。用戶向流通子系統(tǒng)的用戶接口登錄，經(jīng)用戶合法性驗證后，向流通子系統(tǒng)的電子書刊流通模塊提交服務請求，電子書刊需要經(jīng)過版權(quán)和復本的驗證，以保證電子書刊的每一個復本在同一時間只允許一個用戶借閱或閱讀。比如購買了一本電子書的五個復本，那么就可以有五個用戶同時借閱或閱讀這本書，而且必須能夠控制用戶對電子書刊的任意復制和打印，以保護電子書刊出版者的合法權(quán)益。然后就可以完成電子書刊的借、還、預約、續(xù)借等流通服務，最后退出。
通過順序圖可以清晰地看出用戶、流通子系統(tǒng)的用戶接口和電子書刊流通模塊之間按時間順序的消息交換，這對于把握系統(tǒng)的控制流、順序行為和交互行為是非常有益的。建立在分布、網(wǎng)絡環(huán)境下的數(shù)字圖書館其事件流和控制流是十分復雜的，需要從層頂?shù)降讓舆M行一步步的分解，用多幅能反映動態(tài)結(jié)構(gòu)的圖來分析與說明。
2.3 UML建模在數(shù)字圖書館的實現(xiàn)、測試和系統(tǒng)配置
經(jīng)過系統(tǒng)分析與設計后，就可以根據(jù)設計模型在具體的環(huán)境中實現(xiàn)系統(tǒng)，生成系統(tǒng)的源代碼、可執(zhí)行程序和相應的軟件文檔，建立一個可執(zhí)行的系統(tǒng)。然后需要對系統(tǒng)進行測試和排錯，保證系統(tǒng)符合預定的要求，獲得一個無錯的系統(tǒng)實現(xiàn)。測試的結(jié)果將確認所完成的系統(tǒng)可以真正使用。最后系統(tǒng)配置的任務是在真實的使用運行環(huán)境中配置、調(diào)試系統(tǒng)、解決系統(tǒng)正式使用前可能存在的任何問題。
3 小結(jié)
數(shù)字圖書館的發(fā)展方興未艾，目前正處于傳統(tǒng)圖書館向數(shù)字圖書館過渡的階段，轉(zhuǎn)變過程中需要應用和集成最新的信息技術(shù)，以達到對網(wǎng)絡信息資源最有效的利用和共享。傳統(tǒng)的系統(tǒng)分析設計的方法難以保證效率和質(zhì)量，將UML應用于數(shù)字圖書館建設，可以加速開發(fā)進程，提高代碼質(zhì)量，支持動態(tài)的業(yè)務需求，并方便地集成已有的傳統(tǒng)圖書館信息資源。這是UML一個有著很好前景的應用方向。
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