UML类图和时序图

最新推荐文章于 2024-08-27 13:48:01 发布

IamDingj

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分类专栏：面向对象文章标签：设计模式 UML

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本文介绍了UML的类图和时序图，包括UML的起源和在系统开发中的作用。类图主要元素包括泛化、实现、聚合、组合、关联和依赖关系，并举例说明了Java代码中的对应关系。时序图展示了对象间的动态协作，包括对象、生命线、控制焦点和消息等元素。

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UML类图和时序图

1、UML概述

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）。它为开发团队提供了标准通用的设计语言来开发和构建计算机应用。

为什么是统一建模语言
UML集成了Booch，OMT和面向对象软件工程的概念及建模符号，将这些方法融合为通用的，并且可广泛使用的建模语言。
在UML系统开发中的三个主要模型：
a. 功能模型：从用户的角度展示系统的功能，包括用例图。
b. 对象模型：采用对象，属性，操作，关联等概念展示系统的结构和基础，包括类别图、对象图。
c. 动态模型：展现系统的内部行为。包括序列图，活动图，状态图。

接着学习UML类图和时序图，为后续学习设计模式做个铺垫。以下模型图使用 PlantUML 绘制，更多语法及使用请参考：PlantUML in a nutshell

2、类图

类图 (Class diagram) 由静态模型元素（如类、以及它们之间的关系等）组成。类图中包含从用户的客观世界模型中抽象出来的类、类的内部结构和类与类之间的关系。
类图主要用在面向对象软件开发的系统分析和设计阶段，也是系统编码和测试的重要模型依据。
静态模型元素：类（类名、属性、方法）、包、接口、关系等。
0201.uml_class_struct.jpg

2.1、泛化关系 (generalization)

用来描述继承关系( is-a 关系)，在 Java 中使用 extends 关键字。
泛化关系用一条带空心箭头的直接表示；例如：小汽车与SUV之间为泛化关系。
0202.generalization.png

@startuml

title Generalization

class 小汽车
class SUV

Car <|-- SUV

@enduml

*注：Java 代码中，泛化关系表现为类与类之间的继承，接口与接口之间的继承。

2.2、实现关系 (Realization)

用来描述实现关系( is-a 关系)，在 Java 中使用 implements 关键字。
实现关系用一条带空心箭头的虚线表示；例如：小汽车与车之间为实现关系。
0203.realization.png

@startuml

title Realization

interface 车 
class 小汽车  
class 自行车 

车 <|.. 小汽车
车 <|.. 自行车

@enduml

*注：Java 代码中，实现关系表现为类对接口的实现。

2.3、聚合关系 (Aggregation)

表示整体由部分组成，但是整体和部分不是强依赖的，整体不存在了部分还是会存在。
聚合关系用一条带空心菱形箭头的直线表示，例如：班级与学生之间为聚合关系。
0204.aggregation.png

@startuml

title Aggregation

class 班级 
class 学生 

班级 o-- 学生

@enduml

*注：Java 代码中，聚合关系表现为类与成员变量间的关系。

2.4、组合关系 (Composition)

表示整体由部分组成，并且组合中整体和部分是强依赖的，整体不存在了部分也不存在了。
组合关系用一条带实心菱形箭头直线表示，例如：小汽车与轮胎为组合关系。
0205.composition.pn

@startuml

title Composition

class 小汽车
class 轮胎 
class 发动机 

小汽车 *-- 轮胎
小汽车 *-- 发动机

@enduml

*注：Java 代码中，组合关系表现为类与成员变量间的关系。

2.5、关联关系 (Association)

它描述不同类的对象之间的结构关系；它是一种静态关系，通常与运行状态无关，一般由常识等因素决定的；它一般用来定义对象之间静态的、天然的结构。
关联关系用一条直线表示，关联关系有 1 对 1、多对 1、多对多的关系；例如：学生和身份证是 1 对 1 的关联关系。

0206.association.png

@startuml

title Association

class 学生 
class 身份证 

学生 "1" -- "1" 身份证

@enduml

关联关系默认不强调方向，表示对象间相互知道；如果特别强调方向，如下图，表示A知道B，但 B不知道A；
0207.association2.png

@startuml

title Association

class A 
class B 

A  -->  B

@enduml

*注：Java 代码中，关联关系表现为类与成员变量间的关系。

2.6、依赖关系 (Dependency)

与关联关系不同的是，它是一种临时性的关系，通常在运行期间产生，并且随着运行时的变化,依赖关系也可能发生变化。
依赖关系用带箭头的虚线表示，例如：学生依赖于自行车。
0208.dependency.png

@startuml

title Dependency

class 学生  {
    goToShool(自行车)
}

class 自行车  {
    run()
}

note "自行车.run()" as N

学生 ..> 自行车

学生 .. N

@enduml

*注：Java 代码中，依赖关系体现为类构造方法及类方法的传入参数，箭头的指向为调用关系；依赖关系除了临时知道对方外，还是“使用”对方的方法和属性。

3、时序图

时序图（Sequence Diagram），亦称为序列图或循序图或顺序图，是一种UML交互图。它通过描述对象之间发送消息的时间顺序，显示多个对象之间的动态协作，展示对象之间的交互细节。

时序图是一个二维图，横轴表示对象，纵轴表示时间，消息在各对象之间横向传递，依照时间顺序纵向排列。
时序图包括的建模元素主要有：角色、对象、生命线、控制焦点、消息等。

角色（Actor）
系统角色，可以是人或者其他系统，子系统。
对象(Object)
对象代表时序图中的对象在交互中所扮演的角色，位于时序图顶部和对象代表
类角色。
对象的命名方式一般有三种：
1).对象名和类名。例如：华为手机:手机。
2).只显示类名，不显示对象，即为一个匿名类。例如：:手机。
3).只显示对象名，不显示类名。例如：华为手机。
生命线(Lifeline)
生命线代表时序图中的对象在一段时期内的存在。时序图中每个对象和底部中心都有一条垂直的虚线，就是对象的生命线，对象间的消息存在于两条虚线间。
控制焦点(Activation)
控制焦点代表时序图中的对象执行一项操作的时期，在时序图中每条生命线上的窄的矩形代表活动期。
消息(Message)
消息是定义交互和协作中交换信息的类，用于对实体间的通信内容建模，信息用于在实体间传递信息。
消息分为同步消息（Synchronous Message），异步消息（Asynchronous Message）和返回消息（Return Message）。
同步消息：消息的发送者把控制传递给消息的接收者，然后停止活动，等待消息的接收者放弃或者返回控制。
异步消息：消息发送者通过消息把信号传递给消息的接收者，然后继续自己的活动，不等待接受者返回消息或者控制。
返回消息：表示从过程调用返回。

@startuml
skinparam sequenceArrowThickness 2
skinparam roundcorner 20
skinparam maxmessagesize 60
skinparam sequenceParticipant underline

actor 用户 as U
participant "取款机" as A
participant "中国银行:银行" as B

U -> A: 请求取款 
activate A

A -> B: 请求取款
activate B

B --> A: 返回取款信息 
deactivate B

A --> U: 返回取款信息 
deactivate A

@enduml