基于UML2.0的系统设计思想

UML 系统设计

基于UML2.0的系统设计思想

原文链接 /linco_zhang/article/details/6935516

UML(UnifiedModeling Language)是一种建模语言，更是一种系统分析设计的最佳实践方法。我从2003年开始接触UML，从UML1.1到2.0，感受到了UML的独特魅力，它不仅仅成为在项目和产品分析设计过程中的统一标准，还逐步成为了从需求到测试的最常用公共语言。

我记得在最早接触UML的那段时间，项目组还在辛苦的用着面向结构化的设计思想，写着SRS，画着流程图和数据流图；对OO的设计思想还未真正接触，对于UML只知道系统的设计可以通过9种不同的图来解剖系统，9种图代表了系统的9种纬度，至于如何用到项目中是完全没有概念。

后来，随着Java盛行，OO的思想占据主导，因此接触UML更多了。发觉了解UML越深入就越被其吸引，UML不仅仅是一些图，不仅仅是系统的不同剖面，更是一种业务和系统模型的构造过程。并开始在项目中推动使用UML的标准语言，比如用例图，比如类图。 直到现在，基于UML2.0的应用设计思想仍然是团队中需求、设计、开发人员的主要指导思想。虽然UML1.0的9种图如今扩展到2.0的13种图，然而思想却没有太大变化，在设计中我们依然以用例为驱动，在设计中注重对象的状态变化的分析，注重类的分析和对象间的关系行为分析。

如下图所示，概括了基于UML2.0的APP设计思想。

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UML的用法

在我所接触到的项目中，UML是一种设计的指导思想，是一种标准。我经常把UML，CMMI和Prototype合称为项目成功的三驾马车。（现在Agile比较流行，特别是在需求容易变化，项目规模不大的前提下，RUP和Scrum为代表的敏捷方法是可以取代CMMI的一些做法。） CMMI负责对项目的各个过程域提供最佳实践方法指导，通过流程、模版和规范来约束和指导操作行为，以减少项目风险和提升项目质量，同时确保组织级的资产成为可持续发展的财富。

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Prototype是对需求过程最好的一种检验，我一直认为需求捕获和分析的能力是项目是否能够交付的最大保障。所以，我迷信通过Prototype来与用户迭代的确认，与开发测试人员按原型来验收成果。

UML不用多说了，是指导需求，设计和开发过程的一种思想。

另一方面，Martin把UML的用法从深浅分作三个层次：

草稿：是最常用的一种方法，主要用于沟通系统的某些层面。如果希望使用的更深入一些，可以通过正向工程和反向工程，实现模型和程序框架的互相推导。

蓝图：展现完整的系统设计细节，能够指导开发。与草稿的区别在于，草稿并不是完整，而是注重强调需要交流的重点；而蓝图是完整的，把程序工作变得更简单。草图是探索式的，蓝图是系统性的。

程序：以MDA（模型驱动开发）为基础，能够自动从PIM转化为PSM，再从PSM转化为程序代码的过程。

下面谈谈从我的理解如何把UML的思想映射到项目的各个过程中，这些图又如何配合起来使用。

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UML2.0包括13种图，其中类图，组件图，合成结构图，部署图，对象图和包图被归于为静态结构图；活动图，用例图，状态机图，时序图，通讯图，交互概览图和时间轴图归属于动态行为图。

在需求分析阶段，可以用到的是用例图，类图，活动图和状态图。

在设计阶段，一般用到类图，时序图，包图，状态图和部署图。

用例图（use case）

用例图，用来描述人机交互，与系统的互动。是定义和描述需求的最好方法，同时一个好的用例设计，一定是将用例映射到系统实现的类，用例说明了类的迁移和操作。

如下面的用例图所示，

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在用例中描述了这些内容：

用例的关联角色是 Customer

系统边界是 TeeMall OnlineSystem

基础用例是 Place Order

Place Order用例包了(Include)了Supply Customer Data ,Order Product, Arrange Payment用例

Request Catalog用例是Place Order用例的扩展(Extend)用例

Arrange Payment用例概括了Pay Cash和Arrange Credit两个子用例

状态机图（State Machine）

状态机图是类的对象生命周期进行建模。状态机是由状态和迁移构成，是对象局部化视图。 通常，使用状态机图来反映对象状态的变化和其生命周期的模型。比如，以一个信用卡自助电影票购买终端的状态控制机为例。

在一般情况下，终端为空闲状态Idle；

当用户插入卡后，进入买票流程。

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状态1：验证。信用卡密码验证，如果验证失败，则购票过程结束，终端退出用户的信用卡，状态变为空闲。

状态2：选择。信用卡密码验证成功后，进入选择状态。选择电影场次和座位，并添加到自己的选择箱中。

状态3：确认。用户选择是否确认选择的电影票，如果选择继续，则返回到状态2；如果选择支付，进入状态4。

状态4：购买。系统完成支付扣账和打印出票，购买过程完成。

特殊操作，在上述四个状态中，都可以进行cancel操作，则进入Idle状态。

如下图所示，

画状态机图有几个需要注意的地方：

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状态的变迁原因要在图上说明清楚；

最好标明清楚状态的开始和结束；

不要遗漏任何状态之间的切换。

状态机是一种深度关注细节的图，是观察对象状态变化的紧缩型视图。然而，通过状态机图很难看到全局，系统的整体行为一定是通过多个状态机的结果来决定的，交互视图则正好起到了这个作用。

活动图（Activity）

活动图用来表示用例的执行流程，一般活动图和状态机图结合使用，很多状态的变迁都是一个活动单元。

很多人将UML的活动图理解成为大家经常使用的业务流程图，特别在活动图中也可以使用泳道，就认为这个和Visio流程图中泳道的意义一样。其实，UML的活动图和一般的流程图最大区别在于，活动图是以OOAD为指导的，是以对象为分析基础，配合状态机图使用，为的是对用例的执行流程进行描述，而并不是以现实中的业务流程为视角。

如下图所示，描述了一个并行的泳道活动图。以订单为核心的对象，并基于订单的几种不同状态进行的流程活动。

角色有：Customer，Sales，Stockroom。

订单状态有：Placed，Entered，Filled，Delivered。

订单活动有：Request Service, Pay, Take Order, Fill Order, Deliver Order, CollectOrder。

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序列图（Sequence Diagram）

序列图用来表示系统内部一群对象之间互传信息的情况，配合用例来使用的话，可以针对每一个用例设计系统内部的一群对象实现用例的运行情况。

对于程序员的编码工作来说，类图和序列图是最值得参考的两款图。

例如下图所示：

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交互概览图（Interaction Overview）

交互概览图是活动图和序列图的混合使用形式，其主要结构像活动图，表示流程，但是参与流程的节点不是一般的动作(action)，取而代之的是“交互”(interaction)片段。一个交互片段的内容，正是序列图的一小段交互片段。

对于复杂的对象交互，交互概览图可以用来表示交互片段之间的控制流程，其实可以弥补序列图不易表示控制流程的缺点。不过，换个角度来看，假如序列图复杂到需要搭配交互概览图的话，这张序列图可能就需要拆解成两张图，或者进行重构以降低复杂度。

下图即是一个交互概览图的示例：

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对象图（Object）和类图（Class）

如要搞清楚类，先要明白什么是对象：“带有良好定义的边界、封装了状态和行为的具体实体，就是对象。“，也称作类的实例；类是有相同属性、操作、方法、关系或行为的一组对象的描述符。

类和对象之间的关系就是《instantiate》。比如，

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上面图中BankAccount就是一个标准的实体类表示方法，包括了类名，属性（属性类型，多重性，初始值），操作（操作名，参数，返回类型），类范围等。

除了实体类《Entity》外，还有接口类《Boundary》和控制类《Control》。

下图是一个典型的类图，描述了众多类之间的关系。

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除此之外，还有多重性，自反关联等多种用法。

包图（Package）

包是模型元素的容器和物主，每个包都具有自身的命名空间，所有名称必须唯一。

包可以包含用例和类。在设计过程中，一般设计好的包图，都将和程序源代码包目录结构一一对应起来。

如下图所示，就是一个包的关系图，反应包之间，包与边界，包内等关系。

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下图是更为详细的类包关系图，反应了包所包含的类，及包之间的依赖关系。

通讯图（Communication）

通信图跟序列图的功用相似，都是用来表示一群对象互传信息的交互情况。只是，通信图采用网状图形，强调对象之间的链接。而序列图采用栅栏状图形，强调依次发送信息。

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合成结构图（Composite Structure）

组合结构图算也是一种类图，但是它的实用性并不是在一般的业务系统，而是侧重于实时系统或嵌入式系统。类图用来表示系统内部的静态结构，而且它表示的不是系统某一个时刻的静态结构，它表示的是系统在任何时刻下都必须遵守的静态结构。而组合结构图，它表示某一对象的内部结构，其内部由一组小对象组成。这种图有两个特色：其一，它锁定的范围是对象内部，而不是一般业务系统的系统内部；其二，它强调对象内部的组成对象，一般在业务系统中对象是平等的。

部署图（Deployment）

组件图和部署图都是用来表示实际元素的图，前者表示实际的软件程序，后者表示实际的硬件设备。实际上，部署图最常用来表示系统的硬件设备及架构。如下图所示：

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组件图（Component

）

组件图表示系统的组成组件(component)、组件所提供的接口(interface)或者是所需要的接口，以及组件之间的依赖关系。组件指一个具体的模块单元(modular unit)，但是必须具备定义明确的接口(well-definedinterface)，并且易于替换(replaceable)。如下图所示：

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时间图（Timing）

前面提到的状态图用来表示对象因为事件的触发而转换状态，所以它着重于事件与状态的关系。而时间图也是在表示状态变化，但是它着重于状态与时间的关系，用来表示对象在某一状态停留了多久的时间后，将转换到下一个状态。时间图很像心电图，通过高高低低的曲线来强调状态的变化。如下图所示：

本文参考了：

《UML精粹：UML Distilled Third Edition》Matin Fowler

《The Unified ModelingLanguage Reference Manual》Jacobson,Booch, Rumbaugh 《UML 2.0 and UnifiedProcess》Jim Arlow, Ila Neustadt

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7xs1.html