زبان مدل‌سازی یکپارچه

زبان مدل‌سازی یکپارچه (به انگلیسی: Unified Modeling Language) یا «یو ام‌ال»، یک زبان مدلسازی همه منظوره استاندارد در زمینه مهندسی نرم‌افزار است که توسط گروه مدیریت شی (به انگلیسی: Object Management Group) ایجاد شد. در حال حاضر (۲۰۱۴ میلادی) آخرین نسخه این زبان نسخه ۲٫۴٫۱ است که در سال ۲۰۰۷ میلادی مشخصات آن منتشر شد
در سال ۲۰۱۲ نسخه ۲٫۵ این زبان مدلسازی نیز تولید شد که این نسخه در سال ۲۰۱۵ به صورت عمومی منتشر گردید.
با استفاده از یو ام‌ال می‌توان تقریباً هر گونه برنامه کاربردی که ممکن است بر روی هر ترکیبی از سخت‌افزار، سیستم عامل، زبان برنامه‌نویسی و شبکه اجرا شود را مدلسازی نمود. طراحی بر پایه مفاهیم شی گرایی یو ام‌ال سبب می‌شود که ذاتاً با محیط‌ها و زبانهای برنامه‌نویسی شی گرا (مانند سی پلاس پلاس، جاوا و سی شارپ) سازگاری کامل داشته باشد، اگرچه می‌توان از آن برای مدلسازی برنامه‌های غیر شی گرا مانند برنامه‌هایی که با زبان‌های بیسیک، کوبول و فرترن نوشته می‌شوند نیز استفاده نمود.

مرور کلی

یوام ال یک زبان مدلسازی نسل سوم است و روشی باز برای توصیف ویژگی‌ها، نمایش گرافیکی، ساختن و مستندسازی اجزای یک سیستم نرم‌افزاری در حال توسعه است. از یو ام‌ال برای فهمیدن، طراحی، مرور، پیکربندی، نگهداری و کنترل اطلاعات سیستم‌های نرم‌افزاری استفاده می‌شود. یو ام‌ال برای همه روش‌های توسعه نرم‌افزار، همه مراحل چرخه عمر نرم‌افزار، همه حوزه‌های برنامه‌های کاربردی و هر رسانه‌ای قابل استفاده است. این زبان مدلسازی برای یک‌لخت‌سازی تجربیات گذشته در مورد تکنیک‌های مدلسازی و گنجاندن تجربیات موفق در یک دیدگاه استاندارد به وجود آمده‌است. یو ام‌ال شامل مفاهیم معنایی(semantic)، نمادگذاری و راهنمایی برای طراحی است. یو ام‌ال را نمی‌توان به عنوان یک روش تولید نرم‌افزار کامل دانست. این زبان شامل فرایند مرحله به مرحله تولید نرم‌افزار نیست، بلکه یو ام‌ال زبانی است که تقریباً تمام شیوه‌های تولید نرم‌افزار از آن استفاده می‌کنند.
یو ام‌ال تکنیک‌های مدلسازی داده (نمودار رابطه موجودیت)، مدلسازی تجاری، مدلسازی شی و مدلسازی مؤلفه‌ها را با هم ترکیب می‌نماید. یو ام‌ال را می‌توان در تمامی پروسه‌ها در سراسر چرخه توسعه نرم‌افزار به کاربرد.
پیش از پیدایش یو ام‌ال در اواسط دهه ۱۹۹۰، مدلسازی نرم‌افزار از مشکل ناسازگاری نماد گذاری‌های مختلفی که توسط متخصصین مدلسازی مختلف به وجود می‌آمد رنج می‌برد و استاندارد همه‌گیری در این زمینه وجود نداشت. یو ام‌ال از تلفیق روش بوچ (Booch Method)، تکنیک مدل‌سازی شی (OMT) و مهندسی نرم‌افزار شی گرا(OOSE) با یکدیگر در راستای جریانات یک‌لخت‌سازی به وجود آمد. پیدایش یوام ال همه چیز را تغییر داد و باعث رشد چشمگیر مدلسازی تصویری و استفاده گسترده از این زبان شد. یو ام‌ال امروزه نقش یک زبان بین‌المللی را در زمینه تولید نرم‌افزار بر عهده دارد. مؤسسه آماری گارتنر در سال ۲۰۰۶ تعداد متخصصان فناوری اطلاعات که از یو ام‌ال استفاده می‌نمودند را ۱۰ میلیون نفر برآورد نمود و همچنین تخمین زده است که در سال ۲۰۰۸ هفتاددر صد شرکت‌های تولید نرم‌افزار در سراسر دنیا از یو ام‌ال استفاده کرده‌اند.

تاریخچه

روش‌های تولید نرم‌افزار برای زبان‌های برنامه‌نویسی سنتی دردهه۱۹۷۰ ظهور کرد و در دهه ۱۹۸۰ همه گیر شد. مهم‌ترین این شیوه‌ها متدولوژی طراحی و تحلیل ساختاریافته سیستم (SSADM) بود.
این روش‌ها در ابتدا توسط افرادی چون کنستانتین (Constantine)، دی مارکو(DeMarco)، ملور(Mellor)، وارد(Ward)، یوردون(Yourdon) و سایرین پدید آمدند و در حیطه سیستم‌های بزرگ به ویژه سیستم‌های طرف قرارداد با دولت در حوزه هوافضا و دفاع نظامی نیز نفوذ کردند. اگرچه نتایج آن‌ها همواره رضایت بخش نبود اما این روش‌ها متضمن ایده‌های خوبی بودند که به ندرت استفاده مؤثری از آن‌ها می‌شد. شرکت‌های تجاری راغب با به‌کارگیری روش‌های تولید نرم‌افزار و سیستم‌های رایانه‌ای مهندسی نرم‌افزارنبودند. بیشتر آن‌ها نرم‌افزارها را برای استفاده داخلی و رفع نیازهای خود تولید می‌کردند و نیازی به بررسی این نرم‌افزارها توسط سازمان‌های خارجی نبود.
اولین زبان برنامه‌نویسی شی گرا سیمولا بود که توسط اوله ژوهان داهل(Ole-Johan Dahl) و کریستن نایگارد (Kristen Nygaard) در سال ۱۹۶۷ در نروژ طراحی شد. این زبان اگرچه خود پیروان چندانی به دست نیاورد اما تأثیر زیادی بر روی بسیاری از زبان‌های شی گرای بعدی داشت. کارهای داهل (Dahl) و نایگارد(Nygaard) تأثیر ژرفی بر گسترش شی گرایی داشت. جریان شی گرایی با دستیابی عمومی به زبان اسمالتاک(Smalltalk) در اوایل دهه ۱۹۸۰ فعال شد و با پیدایش زبان‌های شی گرای دیگری مانند سی شی گرا (Objective C)، سی پلاس پلاس، ایفل و کلوس (CLOS) ادامه یافت. پنج سال پس از اینکه اسمال تاک در سراسر دنیا شناخته شد، اولین متدهای شی گرای تولید نرم‌افزار توسط شلایرو ملور و کود و یوردون به وجود آمد و به فاصله کوتاهی توسط سایرین همچون بوچ(Booch) و رمباف (Rambaugh) دنبال شد. این کتاب‌ها به مجموعه کتب قبلی در مورد طراحی زبان‌های برنامه‌نویسی اضافه شد و فیلد متدولوژی شی گرا آغاز شد. فاز اول آن در پایان سال ۱۹۹۰ کامل شد. کتاب یاکوبسون در مورد شی گرایی اندکی بعد بر اساس مقالات و کارهای پیشین منتشر شد که با تمرکز بر روی مورد کاربرد (مورد استفاده هم ترجمه شده) دیدگاه متفاوتی را ارائه کرد. در طی پنج سال بعدی کتاب‌های متعددی در این زمینه تألیف شد که هریک تعاریف، مفاهیم و نمادگذاری‌های خاص خود را داشتند، اما در مجموع شباهت زیادی بین مفاهیم ارائه شده توسط نویسندگان مختلف وجود داشت.
برخی تلاش‌های اولیه در جهت یک‌لخت‌سازی مفاهیم روش‌های مختلف به انجام رسید که نمونه قابل ملاحظه آن کار کلمن(Coleman) و همکارانش به نام فیوژن(Fusion) بود که شامل مفاهیمی از تکنیک مدل‌سازی شی، بوج و سی آر سی بود. اولین تلاش موفقیت‌آمیز برای ترکیب و جایگزینی روش‌های موجود در سال ۱۹۹۴ وقتی به وجود آمد که رمباف به شرکت رشنال سافتور رفت و به بوچ پیوست. این دو مفاهیم تکنیک مدل‌سازی شی و روش بوچ را ترکیب کردند و اولین طرح خود را در سال ۱۹۹۵ ارائه دادند. در این زمان یاکوبسون هم به این دو پیوست و کار مشترک خود را با آن‌ها آغاز کرد. کار مشترک آن‌ها زبان مدل‌سازی یک‌لخت نام گرفت. در سال ۱۹۹۶ گروه مدیریت شی (OMG) درخواست پیشنهادهایی برای استاندارد مدل‌سازی شی گرا را مطرح نمود. نویسندگان یو ام‌ال (یاکوبسون، بوچ و رمباف) با همکاری گروهی از برنامه نویسان و متدولوژیست‌های دیگر طرح پیشنهادی خود را به OMG ارائه کردند. طرح‌های دیگری هم به OMG ارائه شد که در نهایت همه پیشنهادات در طرح نهایی یو ام‌ال که در سال ۱۹۹۷ به OMG تحویل داده شد، ادغام شدند.
پس از چندین سال تجربه استفاده از یو ام‌ال در صدد برآمدند تا یو ام‌ال را ارتقاء دهند تا مشکلاتی که در تجربیات کاری پدیدار شده بودند را بر طرف کنند و قابلیت‌های آن را گسترش دهند. طرح‌های پیشنهادی ارائه شدند ومشخصات یو ام‌ال ۲ در سال ۲۰۰۳ توسط OMG پذیرفته شد؛ و پس از نهایی‌سازی در اواخر ۲۰۰۴ در دسترس عموم قرار کرفت.

مفاهیم بنیادین یو ام‌ال

مفاهیم یو ام‌ال در قالب دسته‌هایی به نام دید(view) طبقه‌بندی می‌شوند. هر «دید» در واقع زیرمجموعه‌ای از ساخت‌های مدلسازی است که یک جنبه از سیستم را نمایش می‌دهند. در بالاترین سطح طبقه‌بندی دیدها به چهار حوزه کلی تقسیم‌بندی می‌شوند:

پروفایل‌های یو ام‌ال (UML Profiles)

یو ام‌ال امکانات گسترش محدودی را در اختیار کاربرانش قرار می‌دهد که برای استفاده‌های معمولی کافی هستند. یکی از این امکانات کلیشهها (stereotype) هستند. یک کلیشه در واقع یک عنصر جدید اضافه شده به عناصر مدلسازی یو ام‌ال است که ساختاری مشابه با یکی از عناصر از پیش موجود دارد با این تفاوت که ممکن است به آن محدودیت‌هایی اضافه کرده باشد یا تفسیر و تصویرش را تغییرداده باشد. یو ام‌ال زبان ویژه‌ای برای تعیین محدودیت‌ها به نام OCL دارد. مجموعه‌ای از چند کلیشه و محدودیت که برای نیل به منظور خاصی ایجاد شده‌اند یک پروفایل یو ام‌ال را تشکیل می‌دهند.