مخططات التفاعل والتعاون والتسلسل مع الأمثلة

تمتلك عناصر UML المختلفة عادةً مخططات تفاعلية. ويمكن إظهار تفاصيل التفاعل باستخدام العديد من الرموز مثل مخطط التسلسل ومخطط التوقيت ومخطط الاتصال/التعاون. تلتقط مخططات التفاعل السلوك الديناميكي لأي نظام.

فيما يلي الأنواع المختلفة لمخططات التفاعل المحددة في UML:

• مخطط تسلسل
• مخطط التعاون
• الرسم البياني توقيت

الغرض من مخطط التسلسل في مخطط UML هو تصور تسلسل تدفق الرسائل في النظام. يُظهر مخطط التسلسل في هندسة البرمجيات التفاعل بين اثنين من شرايين الحياة كتسلسل زمني للأحداث.

يسمى مخطط التعاون في UML أيضًا بمخطط الاتصال. الغرض من مخطط التعاون هو التأكيد على الجوانب الهيكلية للنظام، أي كيفية ربط شرايين الحياة المختلفة في النظام.

تركز مخططات التوقيت على المثيل الذي يتم فيه إرسال الرسالة من كائن إلى كائن آخر.

الغرض من مخطط التفاعل

تساعدك مخططات التفاعل على تصور السلوك التفاعلي للنظام. تُستخدم مخططات التفاعل لتمثيل كيفية اتصال كائن واحد أو أكثر في النظام والتواصل مع بعضهم البعض.

تركز مخططات التفاعل على السلوك الديناميكي للنظام. يوفر لنا مخطط التفاعل سياق التفاعل بين واحد أو أكثر من شرايين الحياة في النظام.

In UMLيتم استخدام مخططات التفاعل للأغراض التالية:

• تُستخدم مخططات التفاعل لمراقبة السلوك الديناميكي للنظام.
• مخطط التفاعل يصور التواصل وتسلسل تمرير الرسائل في النظام.
• يمثل مخطط نمذجة التفاعل الجوانب الهيكلية للكائنات المختلفة في النظام.
• يمثل مخطط التفاعل التسلسل المرتب للتفاعلات داخل النظام.
• يوفر مخطط التفاعل وسيلة لتصور البيانات في الوقت الحقيقي عبر UML.
• يمكن استخدام مخططات تفاعل UML لشرح بنية النظام الموجه للكائنات أو النظام الموزع.

مصطلحات مهمة

يحتوي مخطط التفاعل على خطوط الحياة والرسائل والمشغلات وثوابت الحالة والقيود.

حبل النجاة

يمثل شريان الحياة مشاركًا واحدًا في التفاعل. فهو يصف كيفية مشاركة مثيل لمصنف معين في التفاعل.

يمثل خط الحياة دورًا قد تلعبه إحدى مثيلات المصنف في التفاعل. فيما يلي سمات مختلفة لخط الحياة،

1. الاسم
   1. يتم استخدامه لإحالة شريان الحياة ضمن تفاعل معين.
   2. اسم شريان الحياة اختياري.
2. النوع
   1. إنه اسم المصنف الذي يمثل شريان الحياة مثيلًا له.
3. منتقى
   1. إنه شرط منطقي يستخدم لتحديد مثيل معين يلبي المتطلبات.
   2. سمة المحدد اختيارية أيضًا.

تم شرح تدوين شريان الحياة في قسم التدوين.

الرسائل

الرسالة هي نوع محدد من التواصل بين شريانين للحياة في تفاعل. تتضمن الرسالة الأنشطة التالية،

1. رسالة استدعاء تُستخدم لاستدعاء عملية ما.
2. رسالة لإنشاء مثيل.
3. رسالة لتدمير مثيل.
4. لإرسال إشارة.

عندما يستقبل خط الحياة رسالة اتصال، فإنه يعمل كطلب لاستدعاء عملية لها توقيع مماثل لما هو محدد في الرسالة. عندما ينفذ خط الحياة رسالة، يكون لديه تركيز على التحكم. ومع تقدم التفاعل بمرور الوقت، ينتقل تركيز التحكم بين خطوط الحياة المختلفة. تسمى هذه الحركة تدفق التحكم.

فيما يلي الرسائل المستخدمة في مخطط تفاعل النظام:

اسم الرسالة	معنى
Syncرسالة سخية	يظل مرسل الرسالة في انتظار أن يعيد المتلقي التحكم في تنفيذ الرسالة.
رسالة غير متزامنة	المرسل لا ينتظر الرد من المتلقي؛ بدلاً من ذلك، فإنه يستمر في تنفيذ الرسالة التالية.
رسالة العودة	يقوم مستلم رسالة سابقة بإرجاع تركيز التحكم إلى المرسل.
إنشاء كائن	يقوم المرسل بإنشاء مثيل للمصنف.
تدمير الكائن	يقوم المرسل بتدمير المثيل الذي تم إنشاؤه.
تم العثور على رسالة	مرسل الرسالة خارج نطاق التفاعل.
الرسالة المفقودة	لا تصل الرسالة أبدًا إلى الوجهة، ويتم فقدها في التفاعل.

ثوابت الدولة والقيود

عندما تتلقى إحدى المثيلات أو خطوط الحياة رسالة، فقد يتسبب ذلك في تغيير حالتها. الحالة هي حالة أو موقف أثناء حياة الكائن حيث يلبي بعض القيود، وينفذ بعض العمليات، وينتظر بعض الأحداث.

في مخطط التفاعل، لا تتسبب جميع الرسائل في تغيير حالة المثيل. لا تحتوي بعض الرسائل على قيم بعض السمات. ليس له آثار جانبية على حالة الجسم.

المُشغل

يحدد المشغل عملية حول كيفية تنفيذ المتغيرات. تدعم المشغلات في UML العمليات على البيانات في شكل التفرع وكذلك التكرار. يمكن استخدام مشغلات مختلفة لضمان استخدام التكرار والتفرع في نموذج UML. يتم استخدام مشغلي opt وalt لعمليات التفرع. يتم استخدام مشغل الحلقة لضمان عمليات التكرار التي يتم فيها تنفيذ شرط بشكل متكرر حتى يتم إنتاج النتيجة المرضية. يتم استخدام مشغل Break داخل عمليات الحلقة أو التكرار. يضمن إنهاء الحلقة كلما واجه مشغل break. إذا لم يتم تحديد شرط break، فسيتم تنفيذ الحلقة عددًا لا نهائيًا من المرات، مما يؤدي إلى تعطل البرنامج.

فيما يلي المشغلات المستخدمة في مخطط التفاعل:

المُشغل	الاسم	معنى
تختار	خيار	سيتم تنفيذ المتعامل إذا كان الشرط صحيحًا. على سبيل المثال، إذا كان آخر
قديم	البديل	يتم تنفيذ المتعامل الذي شرطه صحيح. على سبيل المثال، التبديل
أنشوطة	أنشوطة	يتم استخدامه لتكرار التعليمات لفترة محددة.
استراحة	استراحة	يكسر الحلقة إذا كان الشرط صحيحًا أو خطأ، ويتم تنفيذ التعليمات التالية.
المرجع	الرقم المرجعي	يتم استخدامه للإشارة إلى تفاعل آخر.
بواسطة	موازية	يتم تنفيذ كافة العمليات بالتوازي.

تكرار

في مخطط التفاعل، يمكننا أيضًا إظهار التكرار باستخدام تعبير التكرار. يتكون تعبير التكرار من محدد التكرار وعبارة التكرار الاختيارية. لا يوجد بناء جملة محدد مسبقًا لتكرار UML.

في التكرار لإظهار أن الرسائل يتم إرسالها بالتوازي، يتم استخدام مواصفات التكرار المتوازي. يتم الإشارة إلى مواصفات التكرار المتوازي بواسطة *//. يتم تحقيق التكرار في UML باستخدام عامل الحلقة.

المتفرعة

في مخطط التفاعل، يمكننا تمثيل التفرع عن طريق إضافة شروط الحماية إلى الرسائل. تُستخدم شروط الحماية للتحقق مما إذا كان يمكن إرسال الرسالة للأمام أم لا. يتم إرسال الرسالة للأمام فقط عندما يكون شرط الحماية الخاص بها صحيحًا. يمكن أن تحتوي الرسالة على شروط حماية متعددة، أو يمكن أن تحتوي رسائل متعددة على نفس شرط الحماية. يتم تحقيق التفرع في UML بمساعدة مشغلي alt وopt.

هذه هي بعض من أهم المصطلحات المستخدمة في مخطط تفاعل UML.

أنواع مخططات التفاعل والملاحظات

فيما يلي الأنواع المختلفة لمخططات التفاعل المحددة في UML:

• مخطط تسلسل
• مخطط التعاون
• الرسم البياني توقيت

الشكل الأساسي للتفاعل هو مستطيل به شكل خماسي في الزاوية اليسرى العليا من مربع مستطيل.

• يوضح الرسم التخطيطي التسلسلي تنفيذ السيناريو في النظام. تشارك شرايين الحياة في النظام أثناء تنفيذ النظام.
• في مخطط التسلسل، يتم تمثيل شريان الحياة بشريط عمودي.
• يتم تمثيل تدفق الرسالة بين كائنين أو أكثر باستخدام خط عمودي منقط يمتد عبر الجزء السفلي من الصفحة.
• في مخطط التسلسل، يتم استخدام أنواع مختلفة من الرسائل والمشغلات الموضحة أعلاه.
• في مخطط التسلسل، يتم أيضًا استخدام التكرار والتفرع.

يحتوي مخطط التسلسل أعلاه على تدوينات خط الحياة وتدوين الرسائل المختلفة المستخدمة في مخطط التسلسل مثل الإنشاء والرد والرسالة غير المتزامنة وما إلى ذلك.

مثال على مخطط التسلسل

يمثل الرسم التخطيطي التسلسلي التالي نظام الطلبات الخاص بماكدونالدز:

التسلسل المرتب للأحداث في مخطط تسلسل معين هو كما يلي:

1. ضع طلبية.
2. دفع المال إلى العداد النقدي.
3. تأكيد الطلب.
4. تحضير الطلب.
5. خدمة النظام.

إذا غيّر المرء ترتيب العمليات، فقد يؤدي ذلك إلى تعطل البرنامج. وقد يؤدي أيضًا إلى توليد نتائج غير صحيحة أو بها أخطاء. يتم الإشارة إلى كل تسلسل في مخطط التسلسل الموضح أعلاه باستخدام نوع مختلف من الرسائل. لا يمكن للمرء استخدام نفس نوع الرسالة للإشارة إلى جميع التفاعلات في المخطط لأنه يخلق تعقيدات في النظام.

يجب أن تكون حذرًا أثناء تحديد تدوين الرسالة لأي تفاعل معين. يجب أن يتطابق التدوين مع التسلسل المعين داخل الرسم التخطيطي.

فوائد مخطط التسلسل

• تُستخدم المخططات التسلسلية لاستكشاف أي تطبيق أو نظام حقيقي.
• تُستخدم المخططات التسلسلية لتمثيل تدفق الرسائل من كائن إلى كائن آخر.
• المخططات التسلسلية أسهل في الصيانة.
• من الأسهل إنشاء المخططات التسلسلية.
• يمكن تحديث المخططات التسلسلية بسهولة وفقًا للتغيرات داخل النظام.
• يسمح مخطط التسلسل بالهندسة العكسية وكذلك الأمامية.

عيوب مخطط التسلسل

• يمكن أن تصبح مخططات التسلسل معقدة عندما يكون هناك عدد كبير جدًا من خطوط الحياة المشاركة في النظام.
• إذا تم تغيير ترتيب تسلسل الرسائل، فسيتم إنتاج نتائج غير صحيحة.
• يتعين تمثيل كل تسلسل باستخدام تدوين رسالة مختلف، وهو ما قد يكون معقدًا بعض الشيء.
• يحدد نوع الرسالة نوع التسلسل داخل الرسم التخطيطي.

ما هو مخطط التعاون؟

مخطط التعاون تصور العلاقات والتفاعلات بين كائنات البرمجيات. تُستخدم هذه المخططات لفهم بنية الكائن داخل النظام وليس تدفق الرسالة كما هو الحال في مخطط التسلسل. تُعرف أيضًا باسم "مخططات الاتصالات".

وفقًا للبرمجة الموجهة للكائنات (OOPs)، فإن كيان الكائن له سمات مختلفة مرتبطة به. عادةً، توجد كائنات متعددة داخل نظام موجه للكائنات حيث يمكن ربط كل كائن بأي كائن آخر داخل النظام. تُستخدم مخططات التعاون لاستكشاف بنية الكائنات داخل النظام. يمكن تمثيل تدفق الرسائل بين الكائنات باستخدام مخطط التعاون.

فوائد مخطط التعاون

• ويسمى أيضا باسم مخطط الاتصالات.
• ويؤكد على الجوانب الهيكلية لمخطط التفاعل - كيفية ربط شريان الحياة.
• بناء الجملة الخاص به مشابه لبناء جملة مخطط التسلسل باستثناء أن خط الحياة ليس له ذيول.
• يتم الإشارة إلى الرسائل التي تم تمريرها عبر التسلسل عن طريق ترقيم كل رسالة بشكل هرمي.
• بالمقارنة مع مخطط الاتصال مخطط التسلسل ضعيف من الناحية الدلالية.
• الرسوم البيانية الكائنية هي حالة خاصة من مخططات الاتصال.
• فهو يسمح لك بالتركيز على العناصر بدلاً من التركيز على تدفق الرسائل كما هو موضح في مخطط التسلسل.
• يمكن تحويل المخططات التسلسلية بسهولة إلى مخطط تعاون لأن مخططات التعاون ليست معبرة للغاية.
• أثناء نمذجة مخططات التعاون، مثل المخططات التسلسلية، قد يتم فقدان بعض المعلومات.

يحتوي تدوين مخطط التعاون أعلاه على خطوط الحياة بالإضافة إلى الموصلات والحلقات الذاتية والرسائل الأمامية والخلفية المستخدمة في مخطط التعاون.

عيوب مخطط التعاون

• يمكن أن تصبح مخططات التعاون معقدة عندما يكون هناك عدد كبير جدًا من الكائنات داخل النظام.
• من الصعب استكشاف كل كائن داخل النظام.
• تستغرق مخططات التعاون وقتًا طويلاً.
• يتم تدمير الكائن بعد انتهاء البرنامج.
• تتغير حالة الكائن للحظات، مما يجعل من الصعب تتبع كل تغيير يحدث داخل كائن النظام.

مثال على مخطط التعاون

يمثل الرسم البياني التالي التسلسل في نظام إدارة الطلاب:

يمثل مخطط التعاون أعلاه نظام إدارة معلومات الطالب. يتم إعطاء تدفق الاتصالات في الرسم البياني أعلاه بواسطة،

1. يطلب الطالب تسجيل الدخول من خلال نظام تسجيل الدخول.
2. تقوم آلية مصادقة البرنامج بفحص الطلب.
3. إذا كان إدخال الطالب موجودًا في قاعدة البيانات، فسيتم السماح بالوصول إليه؛ وإلا، فسيتم إرجاع خطأ.

• إنه تمثيل مناسب للتفاعلات التي تركز على التوقيتات المحددة للرسائل المرسلة بين الكائنات المختلفة.
• تُستخدم مخططات التوقيت لشرح المعالجة الزمنية التفصيلية لكائن معين.
• تُستخدم مخططات التوقيت لشرح كيفية تغير الكائن خلال حياته.
• تُستخدم مخططات التوقيت في الغالب مع الأنظمة الموزعة والمدمجة.
• في UML، تتم قراءة مخططات التوقيت من اليسار إلى اليمين وفقًا لاسم شريان الحياة المحدد على الحافة اليسرى.
• تُستخدم مخططات التوقيت لتمثيل التغييرات المختلفة التي تحدث ضمن شريان الحياة من وقت لآخر.
• تُستخدم مخططات التوقيت لعرض تمثيل رسومي لحالات مختلفة من شريان الحياة لكل وحدة زمنية.
• يوفر UML تدوينات مختلفة لتبسيط حالة الانتقال بين شريتي الحياة لكل وحدة زمنية.

مثال على مخطط التوقيت

يمثل مخطط التوقيت الموضح أدناه عدة مراحل من أ دورة حياة تطوير البرمجيات.

في الرسم البياني أعلاه، يمر البرنامج أولاً بمرحلة المتطلبات ثم التصميم ثم مرحلة التطوير. يتم إعطاء ناتج المرحلة السابقة في تلك اللحظة الزمنية المحددة للمرحلة الثانية كمدخل. وبالتالي، يمكن استخدام الرسم البياني للتوقيت لوصف SDLC (دورة حياة تطوير البرمجيات) في UML.

فوائد مخطط التوقيت

• تُستخدم مخططات التوقيت لتمثيل حالة كائن ما في لحظة زمنية معينة.
• يسمح مخطط التوقيت بالهندسة العكسية وكذلك الأمامية.
• يمكن استخدام مخطط التوقيت لتتبع كل تغيير داخل النظام.

عيوب مخطط التوقيت

• من الصعب فهم الرسوم البيانية للتوقيت.
• من الصعب الحفاظ على مخططات التوقيت.

كيفية رسم مخطط التفاعل؟

تُستخدم مخططات التفاعل لتمثيل السلوك التفاعلي للنظام. تركز مخططات التفاعل على السلوك الديناميكي للنظام. يوفر لنا مخطط التفاعل سياق التفاعل بين واحد أو أكثر من شرايين الحياة في النظام.

لرسم مخطط تفاعل، عليك أولاً تحديد السيناريو الذي يجب أن ترسم له مخطط تفاعل. بعد تحديد الموقف، حدد خطوط الحياة المختلفة التي ستشارك في التفاعل. قم بتصنيف جميع عناصر خطوط الحياة واستكشفها لتحديد الاتصالات المحتملة وكيفية ارتباط خطوط الحياة ببعضها البعض. لرسم مخطط تفاعل، يلزم توفر الأشياء التالية:

1. إجمالي عدد شرايين الحياة التي ستكون جزءًا من التفاعل
2. هو تسلسل لتدفق الرسائل داخل كائنات مختلفة في النظام.
3. مشغلين مختلفين لتسهيل وظيفة مخطط التفاعل.
4. أنواع مختلفة من الرسائل لعرض التفاعل بشكل أكثر وضوحًا ودقة.
5. التسلسل المرتب للرسائل.
6. تنظيم وهيكل الكائن.
7. بنيات زمنية مختلفة للكائن.

استخدام مخطط التفاعل

تتكون مخططات التفاعل من مخطط تسلسل ومخطط تعاون ومخططات توقيت. فيما يلي الغرض المحدد لمخطط التفاعل:

• تُستخدم المخططات التسلسلية لاستكشاف أي تطبيق أو نظام حقيقي.
• تُستخدم مخططات التفاعل لاستكشاف ومقارنة استخدام مخططات التسلسل والتعاون والتوقيت.
• تُستخدم مخططات التفاعل لالتقاط سلوك النظام. يعرض الهيكل الديناميكي للنظام.
• تُستخدم المخططات التسلسلية لتمثيل تدفق الرسائل من كائن إلى كائن آخر.
• تُستخدم مخططات التعاون لفهم بنية الكائن في النظام بدلاً من تدفق الرسائل.
• تُستخدم مخططات التفاعل لنمذجة النظام كتسلسل زمني للأحداث.
• تُستخدم مخططات التفاعل في الهندسة العكسية وكذلك الأمامية.
• تُستخدم مخططات التفاعل لتنظيم بنية العناصر التفاعلية.

الملخص

• التفاعلات هي ببساطة وحدات من سلوك المصنف.
• العناصر الحاسمة في مخطط التفاعل هي شريان الحياة والرسائل.
• تركز مخططات التفاعل في الغالب على تمرير الرسائل.
• تلتقط مخططات التفاعل السلوك الديناميكي لأي نظام.
• يحتوي مخطط التفاعل على مخطط تسلسلي ومخطط توقيت ومخطط اتصال/تعاون.
• مخطط تسلسل UML هو تصور تسلسل تدفق الرسائل في النظام.
• الغرض من مخطط التعاون هو التأكيد على الجوانب الهيكلية.
• تركز مخططات التوقيت على المثيل الذي يتم فيه إرسال الرسالة من كائن إلى كائن آخر.