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  • UML基础:统一建模语言简介

    简介:回顾20世纪晚期--准确地说是1997年,OMG组织(Object management Group对象管理组织)发布了统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)。UML的目标之一就是为开发团队提供标准通用的设计语言开发和构建计算机应用。UML的目标之一就是为开发团队提供标准通用的设计语言来开发和构建计算机应用。UML提供了一套IT专业人员期待多年的统一的标准建模符号,这些人员能够阅读和交流系统架构和设计规划--就像建筑工人多年来所使用的建筑设计图一样。

    到了21世纪--准确地说是2003年,UML已经获得了业界的认同。在我所见过的专业人员的简历中,75%都声称具备UML的知识。然而,在同绝大多数求职人员面谈之后,可以明显地看出他们并不真正了解UML。通常地说,他们将UML用作一个术语,或对UML一知半解。大家对UML缺乏理解的这种情况,促进我撰写这篇关于UML 1.4的快速入门文章。当阅读完本文是,您还不具备足够的知识可以在简历上声称自己掌握了UML,但是您已具有了进一步钻研该语言的良好起点。

    一些背景知识

    正如前面提到过的,UML的本意是要成为一种标准的统一语言,使得IT专业人员能够进行计算机应用程序的建模。UML的主要创始人是Jim Rumbaugh、Ivar Jacobson和Grady Booch,他们最初都有自己的建模方法(OMT、OOSE和Booch),彼此之间存在着竞争。最终,他们联合起来创造了一种开放的标准。(听起来不是很熟悉?这个现象类似J2EE、SOAP和Linux的诞生。)UML成为“标准”建模语言的原因之一在于,它与程序设计语言无关。(IBM Rational的UML建模工具被广泛应用于J2EE与.NET开发。)而且,UML符号集只是一种语言而不是一种方法学。这点很重要,因为语言与方法学不同,它可以在不做任何更改的情况下很容易地适应任何公司的业务运作方式。

    既然UML不是一种方法学,它就不需要任何正式的工作产品(即IBM Rational Unified Process?术语中所定义的“工件”)。而且它还提供了多种类型的模型描述图(diagram),当在某种给定的方法学中使用这些图时,它是的开发中的应用程序的更易理解。UML的内涵远不只是这些模型描述图,但是对于入门来说,这些图对这门语言及其用法背后的基本原理提供了很好的介绍。通过把标准的UML图放进您的工作产品中,精通UML的人员就更加容易加入您的项目并迅速进入角色。最常用的UML图包括:用例图、类图、序列图、状态活动图、组建图和部署图。

    深入讨论每类图的细节问题已超出了这篇入门文章的范围。因此,下面仅给出了每类图的简要说明,更详细的信息将在以后的文章中探讨。

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    用例图

    用例图描述了系统提供的一个功能单元。用例图的主要目的是帮助开发团队以一种可视化的方式理解系统的功能需求,包括基于基本流程的“角色”(actors,也就是与系统交互的其他实体)关系,以及系统内用例之间的关系。用例图一般表示用例的组织关系--要么是整个系统的全部用例,要么是完成具有功能(例如,所有安全管理相关的用例)的一组用例。要在用例图上显示某个用例,可绘制一个椭圆,然后将用例的名称放在椭圆的中心或椭圆下面的中间位置。要在用例图上绘制一个角色(表示一个系统用户),可绘制一个人形符号。角色和用例之间的关系使用简单的线段来描述,如图1所示。

    图1 :示例用例图

    图字(从上到下):CD销售系统;查看乐队CD的销售统计;乐队经理;查看Billboard 200排行榜报告;唱片经理;查看特定CD的销售统计;检索最新的Billboard 200排行榜报告;排行榜报告服务

    用例图通常用于表达系统或者系统范畴的高级功能。如图1所示,可以很容易看出该系统所提供的功能。这个系统允许乐队经理查看乐队CD的销售统计报告以及Billboard 200排行榜报告。它也允许唱片经理查看特定CD的销售统计报告和这些CD在Billboard 200排行榜的报告。这个图还告诉我们,系统将通过一个名为“排行榜报告服务”的外部系统提供Billboard排行榜报告。

    此外,在用例图中,没有列出的用例表明了该系统不能完成的功能。例如,它不能提供给乐队经理收听Billboard 200上不同专辑中的歌曲的途径--也就是说,系统没有引用一个叫做“收听Billboard 200上的歌曲”的用例。这种缺少不是一件小事。在用例图中提供清楚的、简要的用例描述,项目赞助商就很容易看出系统是否提供了必须的功能。

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    类图

    类图表示不同的实体(人、事物和数据)如何彼此相关;换句话说,他显示了系统的静态结构。类图可用于表示逻辑类,逻辑类通常就是业务人员所涉及的事物种类--摇滚乐队、CD、广播剧;或者贷款、住房抵押、汽车信贷以及利率。类图还可用于表示实现类,实现类就是程序员处理的实体。实现类图或许会与逻辑类图显示一些相同的类。然而,实现类图不会使用相同的属性来描述,因为它很可能具有对诸如Vector和HashMap这种事物的引用。

    类在类图上使用包含三个部分的矩形来描述,如图2所示。最上面的部分显示类的名称,中间部分包含类的属性,最下面的部分包含类的操作(或者说“方法”)。

    根据我的经验,几乎每个开发人员都知道这个类图是什么,但是我发现大多数程序员都不能正确地描述类的关系。对于像图3这样的类图,您应该使用带有顶点指向父类的箭头的线段来绘制继承关系1,并且箭头应该是一个完全的三角形。如果两个类都彼此知道对方,则应该使用实线来表示关联关系;如果只有一个类知道该关联关系,则使用开箭头表示。

    在图3中,我们同时看到了继承关系和两个关联关系。CDSalesReport类继承自Report类。一个CDSalesReport类与一个CD类关联,但是CD类并不知道关于CDSalesReport类的任何信息。CD类和Band类都彼此知道对方,两个类彼此都可以与一个或者多个对方类相关联。

    一个类图可以整合其他许多概念,这将在本系列文章后续文章中介绍。

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    序列图

    序列图显示具体用例(或者是用例的一部分)的详细流程。它几乎是自描述的,并且显示了流程中不同对象之间的调用关系,同时还可以很详细地显示对不同对象的不同调用。

    序列图有两个维度:垂直维度以发生的时间顺序显示消息/调用的序列;水平维度显示消息被发送到的对象实例。

    序列图的绘制非常简单。横跨图的顶部,每个框(参见图4)表示每个类的实例(对象)。在框中,类实例名称和类名称之间用空格/冒号/空格来分隔,例如,myReportGenerator:ReportGenerator。如果某个类实例向另一个类实例发送一条消息,则绘制一条具有指向接收类实例的开箭头的连线,并把消息/方法的名称放在连线上面。对于某些特别重要的消息,您可以绘制一条具有指向发起类实例的开箭头的虚线,将返回值标注在虚线上。就我而言,我总喜欢绘制出包括返回值的虚线,这些额外ide信息可以使得序列图更易于阅读。

    阅读序列图也非常简单。从左上角启动序列的“驱动”类实例开始,然后顺着每条消息往下阅读。记住:虽然图4所示的例子序列图显示了每条被发送消息的返回消息,但这只是可选的。

    通过阅读图4中的实例序列图,您可以明白如何创建一个CD销售报告(CD Sales Report)。其中的aServlet对象表示驱动类实例。aServlet向名为gen的ReportGenerator类实例发送一条信息。该消息被标为generateCDSalesReport,表示ReportGenerator对象实现了这个消息处理程序。进一步了解可发现,generateCDeport消息标签在括号中包括了一个cdld,表明aServlet随该消息传递一个名为cdld的参数。当gen实例接收到一条generateCDSalesReport消息时,它会接着调用CDSalesReport类,并返回一个aCDReport的实例。然后gen实例对返回的aCDReport实例进行调用,在每次消息调用时向它传递参数。在该序列的结尾,gen实例向它的调用者aServlet返回一个aCDReport。

    请注意:图4中的序列图相对于典型的序列图来说太详细了。然而,我认为它才是足够易于理解的,并且它显示了如何表示嵌套的调用。对于初级考法人员来说,有时把一个序列分解到这种详细程度是很有必要的,这有助于他们理解相关的内容。

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    状态图

    状态图表示某个类所处的不同状态和该类的状态转换信息。有人可能会争论说每个类都有状态,但不是每个类都应该有一个状态图。只对“感兴趣的”状态的类(也就是说,在系统活动期间具有三个或更多潜在的专题)才能进行状态图描述。

    如图5所示,状态图的符号集包括5个基本元素:初始起点,它使用实心圆来绘制;状态之间的转换,它使用具有开箭头的线段来绘制;状态,它使用圆角矩形来绘制;判断点,它使用空心圆来绘制;以及一个或者多个终止点,它们使用内部包含实心圆的圆来绘制。要绘制状态图,首先绘制起点和一条指向该类的初始状态的转换线段。状态本身可以在图上的任意位置绘制,然后只需使用状态转换线条将它们连接起来。

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