基于UML的高校選課系統(tǒng)優(yōu)化分析

尹鐵巖, 韓江霞, 李靜波

(吉林大學(xué) a. 商學(xué)院; b. 公共計算機教學(xué)與研究中心, 長春 130012)

0 引 言

近年來, 系統(tǒng)開發(fā)方法得到了飛速發(fā)展, 并且在高校選課系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。其中, 生命周期法和原型法已成為應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)開發(fā)方法。隨著高校招生規(guī)模不斷擴大, 學(xué)生選課及成績管理的信息量大幅增加, 使用傳統(tǒng)的生命周期法和原型法在可擴充性和交互性等方面往往無法達到用戶的實際需求。主要表現(xiàn)在： 功能不穩(wěn)定、 不支持封裝, 易產(chǎn)生漏洞、 軟件和硬件不支持靈活配置、 安全性不高, 用戶賬號被盜、 信息擁堵和系統(tǒng)崩潰?；赨ML(Unified Modeling Language)開發(fā)方法的提出, 有效地解決了這些問題。

面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)方法, 具有反復(fù)迭代的特點, 使開發(fā)的系統(tǒng)能適應(yīng)用戶需求。UML統(tǒng)一建模語言, 融合了面向?qū)ο箝_發(fā)方法的主要技術(shù), 使用統(tǒng)一的語義和符號為系統(tǒng)各開發(fā)階段建立模型, 使系統(tǒng)建模過程標準化, 統(tǒng)一化和規(guī)范化, 避免了傳統(tǒng)開發(fā)方法在不同開發(fā)階段轉(zhuǎn)換語義和表示方法的鴻溝。用例圖、 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖、 動態(tài)行為圖和物理實現(xiàn)圖4種圖形化表現(xiàn)形式[1], 產(chǎn)生的模型易于理解, 便于開發(fā)人員與用戶之間溝通, 從而能及時得到用戶的反饋信息。由于UML建模方法可有效解決選課系統(tǒng)安全性低和信息擁堵問題, 提高選課系統(tǒng)管理水平, 因此已成為業(yè)界研究熱點。

筆者以高校選課系統(tǒng)為研究對象, 基于面向?qū)ο蟮乃枷? 提出了UML建模方法, 分別從業(yè)務(wù)建模、 需求建模、 分析與設(shè)計、 部署與實現(xiàn)4個階段進行了系統(tǒng)分析, 給出了多種UML視圖。建模結(jié)果表明, 該方法保證了可重用性和封裝性, 使用該方法開發(fā)的選課系統(tǒng)可滿足用戶實際需求。

1 業(yè)務(wù)建模

業(yè)務(wù)建模集中在業(yè)務(wù)本身及其與工作流相互作用的實體, 以便在設(shè)計系統(tǒng)前理解業(yè)務(wù)邏輯。因此, 高校選課業(yè)務(wù)可以作為一個業(yè)務(wù)用例圖, 顯示業(yè)務(wù)參與者(利用高校選課業(yè)務(wù)的實體)和業(yè)務(wù)用例(為業(yè)務(wù)參與者提供有價值的一組相關(guān)工作流)之間的關(guān)系。高校選課業(yè)務(wù)主要指提供在線選課、 退課和查詢信息等服務(wù)。圖1是高校選課業(yè)務(wù)用例圖。

圖1 選課業(yè)務(wù)用例圖

如圖1所示, 高校選課業(yè)務(wù)參與者有學(xué)生和教師。學(xué)生的業(yè)務(wù)用例主要有選課、 退課和查看成績; 教師的業(yè)務(wù)用例主要是記錄成績。

2 需求建模

需求建模是在業(yè)務(wù)建?；A(chǔ)上, 結(jié)合系統(tǒng)的思想, 進行需求分析。好的需求管理是項目成功的第1因素。現(xiàn)今, 雖然系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)日益完善, 但不能得到完整、 正確以及無二義性的需求, 仍然導(dǎo)致了大量系統(tǒng)開發(fā)以失敗告終?？梢? 系統(tǒng)需求分析在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計過程中具有不可忽視的重要性。高校選課系統(tǒng)的需求建模主要任務(wù)是識別系統(tǒng)參與者和用例, 從而構(gòu)建系統(tǒng)用例模型。

從系統(tǒng)的角度看, 參與者是與系統(tǒng)進行交互的外部實體, 而用例是參與者在系統(tǒng)中執(zhí)行的一系列動作。根據(jù)高校選課系統(tǒng)的需求調(diào)查, 可識別的系統(tǒng)參與者有： 學(xué)生、 教師和管理員[2]。而參與者涉及的主要用例及其用例描述[3]如表1所示。

表1 高校選課系統(tǒng)用例描述

根據(jù)上述識別的參與者和用例及其所屬關(guān)系構(gòu)建的高校選課系統(tǒng)用例模型[4]如圖2所示。學(xué)生參與者的主要用例有： 選課、 退課、 教學(xué)質(zhì)量評價及查詢成績、 課程介紹等信息； 教師參與者主要用例有： 錄入成績、 提交成績及查詢選課情況、 個人課表等信息； 管理員參與者主要用例有： 學(xué)生管理、 教師管理和課程管理。

圖2 高校選課系統(tǒng)用例圖

3 分析與設(shè)計

系統(tǒng)分析與設(shè)計是在系統(tǒng)需求建?；A(chǔ)上, 發(fā)現(xiàn)類及其聯(lián)系, 從而構(gòu)建系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型和動態(tài)行為模型, 以實現(xiàn)需求階段捕獲的功能和任務(wù)。

3.1 構(gòu)建靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型

高校選課系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)可通過類圖描述。類圖構(gòu)建了一個系統(tǒng)藍圖, 是定義其他圖的基礎(chǔ)。而對類的分析則是繪制類圖的基礎(chǔ)。為實現(xiàn)高內(nèi)聚和低耦合, 利用UML擴展機制, 可將高校選課系統(tǒng)所有類劃分成如下模板類：

1) 用戶類是所有參與者類的父類；

2) 學(xué)生、 教師和管理員類是用戶類的子類；

3) 學(xué)生信息類負責(zé)學(xué)生信息處理；

4) 學(xué)生個人課表信息類、 自學(xué)重修信息類、 考試信息類、 選課情況信息類以及成績信息類是學(xué)生信息類的子類；

5) 課程信息類負責(zé)課程信息處理；

6) 專業(yè)推薦課表信息類、 課程介紹信息類、 教室信息類以及選課學(xué)生信息類是課程信息類的子類；

7) 教師信息類負責(zé)教師信息處理；

8) 教師個人課表信息類是教師信息類的子類。

根據(jù)已確定的實體類及其聯(lián)系構(gòu)建的高校選課系統(tǒng)類圖[5]如圖3所示。該類圖改良了源代碼的可讀性、 可維護性和可重用性, 且將屬性和操作封裝起來, 防止漏洞, 從而保障了系統(tǒng)安全性。

圖3 高校選課系統(tǒng)類圖

3.2 構(gòu)建動態(tài)行為模型

為表達高校選課系統(tǒng)的內(nèi)部動態(tài)和行為特點, 在系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)建基礎(chǔ)上, 還需構(gòu)建系統(tǒng)動態(tài)行為結(jié)構(gòu)。選課系統(tǒng)動態(tài)行為模型構(gòu)建可通過活動圖、 序列圖、 協(xié)作圖和狀態(tài)圖加以描述[6]。它們從不同角度刻畫了系統(tǒng)用例或?qū)ο笤跁r間、 狀態(tài)中的交互關(guān)系。由于活動圖與狀態(tài)圖類似, 序列圖與協(xié)作圖可相互轉(zhuǎn)換, 本節(jié)主要設(shè)計“選課”用例的活動圖和序列圖。

活動圖描述了系統(tǒng)從一個活動到另一個活動的控制流, 即系統(tǒng)用例的具體功能實現(xiàn)流程。為形象化學(xué)生選課的合作進程, 構(gòu)建了“選課”用例的活動圖[7](見圖4)。圖4中有兩個泳道： 學(xué)生和系統(tǒng)。學(xué)生在初始狀態(tài)點擊選課, 系統(tǒng)檢驗選課是否合理： 如不合理, 則拒絕選課； 如合理, 則添加課程。在此基礎(chǔ)上, 系統(tǒng)判斷添加課程是否成功： 如成功, 則顯示添加成功； 如不成功, 則顯示添加失敗。

序列圖和協(xié)作圖稱為交互圖, 用來顯示某個特定的用例在某個特定的場景下對象之間發(fā)生的交互, 其中序列圖強調(diào)交互過程中的時間順序。通過序列圖的構(gòu)建, 系統(tǒng)開發(fā)人員能發(fā)現(xiàn)潛在問題, 從而為在網(wǎng)絡(luò)上測試應(yīng)用程序做好準備。圖5是“選課”用例的序列圖, 對象之間消息的傳遞包括登錄和選課兩個過程。

1) 登錄。 學(xué)生輸入用戶名和密碼向選課系統(tǒng)請求身份驗證, 系統(tǒng)檢驗用戶名和密碼, 保障成功登錄。

2) 選課。學(xué)生在選課界面點擊選課, 系統(tǒng)檢驗選課的合理性, 以保障成功選課[8]。

圖4 選課活動圖 圖5 選課序列圖

4 系統(tǒng)的配置與實現(xiàn)

完成選課系統(tǒng)的邏輯設(shè)計后, 下一步工作是設(shè)計系統(tǒng)的物理實現(xiàn), 組件圖和部署圖是為面向?qū)ο笙到y(tǒng)的物理實現(xiàn)建模的兩種圖[9]。

組件圖表達了組件之間的組織和依賴關(guān)系, 保證了系統(tǒng)的可重用性和可維護性。結(jié)合高校選課系統(tǒng)的用例建模和需求建模, 可識別系統(tǒng)的5種可重用組件有： 選課系統(tǒng)應(yīng)用程序組件、 學(xué)生模塊組件、 教師模塊組件、 管理員模塊組件和信息記錄模塊組件, 構(gòu)建的組件圖如圖6所示。

選課系統(tǒng)設(shè)計的最終結(jié)果是部署圖。部署圖顯示了系統(tǒng)中軟件和硬件的物理架構(gòu), 包括網(wǎng)絡(luò)布局及組件在網(wǎng)絡(luò)中的位置, 闡明了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點及其之間的關(guān)系[10]。圖7是高校選課系統(tǒng)的部署圖[11]。為減輕選課服務(wù)器的壓力, 將選課應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分布于兩個不同的服務(wù)器節(jié)點上, 以提高系統(tǒng)反應(yīng)速度, 從而解決了選課高峰期信息擁堵、 系統(tǒng)崩潰問題。

圖6 高校選課系統(tǒng)組件圖 圖7 高校選課系統(tǒng)部署圖

5 結(jié) 語

UML統(tǒng)一建模語言是一種功能強大的面向?qū)ο蟮慕ＵZ言, 它描述了一個系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為。筆者以高校選課系統(tǒng)為例, 以UML建模方法為開發(fā)思路, 通過運用系統(tǒng)用例圖、 類圖、 活動圖、 序列圖、 組件圖和部署圖對系統(tǒng)分析和設(shè)計過程進行了重新優(yōu)化。以此構(gòu)建的系統(tǒng)具備可重用性, 無需更改代碼即可對系統(tǒng)進行優(yōu)化和重構(gòu)。并且, 類圖的封裝性和組件圖的可維護性提高了系統(tǒng)的安全性。部署圖中選課應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的分布保障了信息的暢通。

筆者的研究說明數(shù)據(jù)模型的系統(tǒng)性和靈活性可通過運用先進的建模技術(shù)進行保障。面向?qū)ο蠓椒馨严到y(tǒng)中所有角色作為對象, 把隸屬于每個角色的屬性和操作封裝在一起, 既符合人們的思維習(xí)慣, 也便于系統(tǒng)的修改與升級。UML統(tǒng)一建模語言能夠?qū)φ麄€開發(fā)過程提供多視角、 易懂的表達, 并融合了多種建模方法的優(yōu)點, 具有廣闊的應(yīng)用前景。

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