Die Modellierung von XML-Systemen mit UML

Einleitung

In dieser Arbeit werden zwei Möglichkeiten um die Unified Modeling Language (UML) und die Extensible Markup Language (XML) gemeinsam zu verwenden

Zum einen können XML-Systeme mit Hilfe der UML entwickelt werden. XML-Systeme werden hier als Software-Systeme verstanden, die auf einer XML-Datenbasis arbeiten oder XML-Dokumente verwenden (Vgl. Vortrag „DOM und SAX“). Die Modellierung von XML-Systemen im Rahmen des Software-Engineering ist theoretisch wenig fundiert und wird von gängigen Software-Entwicklungswerkzeugen nicht separat unterstützt. Im folgenden wird untersucht, in wie weit die UML mit einem Werkzeug wie Rational Rose zur Modellierung von solchen Systemen sinnvoll einsetzbar ist. Auf die verwendeten UML-Sprachelemente wird dort jeweils kurz

Zum anderen ist es möglich, UML-Modelle in XML zu kodieren, um sie portabel zu machen. In diesem Zusammenhang wird der OMG XML-Metadata Interchange (XMI) Ansatz vorgestellt. XMI ermöglicht es, UML-Diagramme zwischen verschiedenen Modellierungs- und Entwicklungswerkzeugen auszutauschen. Eine Implementierung dieses Ansatzes ist das XMI-Toolkit von IBM-Alphaworks. Die Grundlagen des XMI werden im Weiteren beschrieben. Die Anwendungen von XMI und XMI-fähiger Software werden im nachfolgenden Vortrag

2 Die Modellierung von XML-Systemen mit der UML

Die UML ist eine visuelle Modellierungssprache für die Spezifikation, Konstruktion und Dokumentation objektorientierter Software und ist unabhängig von Programmiersprachen

Sie wurde aus den Ansätzen von Booch, Rumbaugh und Jacobson zusammengefaßt und erstmals 1996 in der Version 0.9 veröffentlicht. Mit großer Unterstützung durch die Industrie wurde das Metamodell weiterentwickelt und im Januar 1997 bei der Object Management Group (OMG) eingereicht, die es heute verwaltet. Die aktuell gebräuchliche Version ist UML 1.3. Eine Übersicht gibt der OMG UML Primer (1997), ansonsten Verweise ich auf Booch, Rumbaugh, Jacobson (1999b)

2.1 Die Verwendung von UML Klassendiagrammen

Die UML-Klassendiagramme bieten eine Möglichkeit, statische Datenstrukturen sowie ihre Beziehungen untereinander grafisch abzubilden (siehe OMG, 1999). Damit eignen sie sich zur Modellierung von XML-Dokumenttypen in Form von DTD oder XML-Schemata. Ein Klassendiagramm muß sich nicht zwangsläufig auf einen Dokumenttyp beschränken, sondern kann auch die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Dokumenttypen oder Dokumenten, beispielsweise in einer XML-Datenbank,

Wird eine Software, die auf XML-Daten zurückgreift, objektorientiert entwickelt, werden in ihren Klassendiagrammen Klassen auftauchen, welche die verwendeten Dokumenttypen kapseln, um auf sie später aus einer OO-Sprache heraus zugreifen zu können. Werden die XML-Dokumenttypen aus so einem Modell abgeleitet, kann die Entwicklung unter Integration von (Daten-) Struktur und dem Verhalten des Systems in einem Modell erfolgen und kommt damit dem OO-Paradigma entgegen. Einige Punkte müssen dabei beachtet werden, um die DTD- bzw. XML-Semantik korrekt abbilden zu können. Eine vollständige Abbildung ist möglich, im Rahmen dieser Arbeit wird aber nur auf die XML Kernelemente und deren Beschreibung in einer DTD eingegangen; XML-Schema wird nur am Rande

2.1.1 Abgrenzung der XML-Komponenten vom Gesamtsystem

Insbesondere für die automatische Umsetzung von Modellen in DTDs, wie es z.B. das IBM Alphaworks XMI-Tookit ermöglicht, ist es wichtig, zwischen den XML-Komponenten und dem Rest eines zu entwickelnden Softwaresystems unterscheiden zu können. Hierzu bietet sich an, den Stereotypenmechanismus, eine der Erweiterungsmöglichkeiten von UML, zu verwenden. Auch das UML-Modellmanagement kann hier eingesetzt

Stereotypen stellen eine Spezialisierung der Sprachelemente auf Metamodellebene dar (Siehe OMG, 1999). Das bedeutet, daß beispielsweise beim Element "Klasse" (Siehe Abb. 5, Abstraktionsebenen) verschiedene Arten von Klassen unterschieden werden. Die UML definiert bereits Stereotypen für z.B. daten- oder kontrollflußlastige-Klassen (<<entity>>, <<control>>)

Die Zuordnung von Stereotypen und die zu verwendende Syntax ist in Abb. 1 im oberen Teil der Klassen zu sehen. Stereotypen sind ein reines Modellkonstrukt, für das es in einer Implementierung des Modells keine Umsetzung

Mit diesem Mechanismus könnte man alle Klassen, die DTD-Elemente darstellen, mit dem Stereotyp <<DTDElement>> kennzeichnen, was z.B. beim Importieren einer DTD mit Rational Rose automatisch geschieht. Stereotypen sind erblich, alle Erweiterungen einer solchen Klasse wären vom selben S

2.1.2 Repräsentation von Daten

In XML können Daten auf zwei Arten repräsentiert werden: Als Attribut oder als Inhalt eines XML-E

Abbildung in dieser Leseprobe nicht

Es liegt nahe, Attribute von XML-Elementen in UML ebenfalls als Attribute zu modellieren. Da XML-Attribute aber keine komplexen Datentypen besitzen können, steht dabei nicht die gesamte Ausdrucksmöglichkeit der UML zur Verfügung. Die Verwendung von Attributen in einer UML-Klasse entspricht immer einer aggregierenden, gerichteten Assoziation zu einem Datentypen, der im Metamodell ebenfalls als Klasse definiert ist (Siehe OMG, 1999), oder einer Assoziation zu einer anderen Klasse des Modells. Beide Darstellungen haben die gleiche Bedeutung (Siehe Abb. 1)

Abbildung 1: Attribute in UML

Es gibt also, mit Hinblick auf eine DTD, nur die Möglichkeit, im Modell einfache Attribute vom Typ String (bzw. CDATA)

Wird hier auf eine andere Klasse verwiesen, so kann man dies für eine DTD als eine IDREF-Beziehung, dem XML-Äquivalent zu einem Zeiger, deuten, falls die referenzierte Klasse ein ID-Attribut besitzt (ungeprüft). Allerdings sind IDREF-Beziehungen in DTDs nicht typsicher und entsprechen daher nicht der UML-Semantik. Die Key- Funktionalität von XML-Schema (siehe OMG, 2000a) ist der Verwendung von UML-Attributen inhaltlich nä

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