Java设计模式——UML类图

UML类图

类与类的UML表示

类：类封装了数据和行为，是面向对象的重要组成部分，它是具有相同属性、操作、关系的对象集合的总称。在系统中每个类都有一定的职责，职责是指类要完成什么样的功能，要承担什么样的义务。一个类可以有多种职责，设计得好的类通常有且仅有一种职责（单一职责原则）。在定义类的时候将类的职责分解成为类的属性和操作（即方法）。类的属性即类的数据职责，类的操作即类的行为职责。设计类是面向对象设计中最重要的组成部分，也是最复杂和最耗时的部分。
在软件系统运行时类将被实例化成对象，对象对应于某个具体的事物，是类的实例。
类图使用出现在系统中不同类来描述系统的静态结构，它用来描述不同的类以及它们之间的关系。

关联关系

关联（Association）关系是类与类之间最常用的一种关系，它是一种结构化关系，用于表示一类对象与另一类对象之间有联系，如汽车与轮胎、师傅与徒弟、班级与学生等。在UML类图中用实线连接有关联关系的对象所对应的类，在使用Java、C#和C++等编程语言实现关联关系时，通常将一个类的对象作为令一个类的成员变量。在使用类图表示关联关系时可以在关联线上标注角色名，一般使用一个表示两者间关系的动词或者名词表示角色名（有时该名词为实例对象名），关系两端代表两种不同的角色，因此在一个关联关系中可以包含两个角色名，角色名不是必须的，可以根据需求增加，其目的是使类之间的关系更加明确。

双向关联

在默认情况下关联就是双向的。例如顾客购买商品并拥有商品，反之，卖出的商品总有某个顾客与之相关联。（没有箭头）

单向关联

类的关联关系也可以是单向的，单向关联用带箭头的实线表示。例如顾客（Customer）拥有地址（Address），则Customer类和Address类具有单向关联关系。

自关联

在系统中可能会存在一些类的属性对象类型为该类本身，这种特殊的关联关系称为自关联。例如一个结点类（Note）的成员又是结点Note类型的对象。

多重性关联

多重性关联关系又称为重数性（Multiplicity）关联关系，表示两个关联对象在数量上的对应关系。在UML中，对象之间的多重性可以直接在关联直线上用一个数字或一个数字范围表示。

表示方式	多重性说明
1. .1	表示另一个类的一个对象只与该类的一个对象有关系
0. .*	表示另一个类的一个对象只与该类的零个或多个对象有关系
1. .*	表示另一个类的一个对象与该类的一个或多个对象有关系
0. .*	表示另一个类的一个对象没有或只与该类的一个对象有关系
m. .n	表示另一个类的一个对象与该类最少m、最多n个对象有关系（m<=n）

例如一个界面（Form）可以拥有零个或多个按钮（Button），但是一个按钮只能属于一个页面。因此一个Form类的对象可以与零个或多个Button类的对象关联，但一个Button类的对象只能与一个Form类的对象关联。

聚合关系

聚合（Aggregation）关系表示整体与部分的关系。在聚合关系中成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象独立存在。在UML中，聚合关系用带空心菱形的直线表示。例如汽车发动机（Engine）是汽车（Car）的组成部分，但是汽车发动机可以独立存在，因此汽车和发动机是聚合关系。在代码实现聚合关系时，成员对象通常作为构造方法、Setter方法或业务方法的参数注入到整体对象中。

组合关系

组合（Composition）关系也表示类之间整体和部分的关系，但是在组合关系中整体对象可以控制成员对象的生命周期，一旦整体对象不存在，成员对象也将不存在，成员对象与整体对象之间具有同生共死的关系。在UML中，组合关系用实心菱形的直线表示，例如人的头（Head）与嘴巴（Mouth），嘴巴是头的组成部分之一，而且如果头没了，嘴巴也没了，因此头和嘴巴是组合关系。
在代码实现组合关系时，通常在整体类的构造方法中直接实例化成员类。

依赖关系

依赖（Dependency）关系是一种使用关系，特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物，在需要表示一个事物使用另一个事物时使用依赖关系。在大多数情况下，依赖关系体现在某个类的方法使用另一个类的对象作为参数。在UML中，依赖关系用带箭头的虚线表示，由依赖的一方指向被依赖的一方。例如驾驶员在开车，在Driver类的drive（）的方法中将Car类型的对象car作为一个参数传递，以便在drive（）方法中能够调用car的move（）方法，驾驶员的drive（）方法依赖车的move（）方法，因此类Driver依赖类Car。

泛化关系

泛化（Generalization）关系也就是继承关系，用于描述父类与子类之间的关系，父类又称作基类或超类，子类又称作派生类。在UML中，泛化关系用带空心三角形的直线来表示。在代码实现时，使用面向对象的继承机制来实现泛化关系，在Java语言中使用extends关键字来实现。例如Student类和Teacher类都是Person类的子类，Student类和Teacher类继承了Person类的属性和方法。子类还可以新增加方法。

接口与实现关系

在很多面向对象语言中都引入了接口的概念，例如Java、C#等，在接口中通常没有属性，而且所有的操作都是抽象的，只有操作的声明，没有操作的实现。在UML中用与类的表示法类似的方法表示接口。
接口之间也可以有与类之间关系类似的继承关系和依赖关系，但是接口和类之间还存在一种实现（Realization）关系，在这种关系中类实现了接口，类的操作实现了接口中所声明的操作。在UML中，类与接口之间的实现关系用带空心三角形的虚线表示。例如定义一个交通工具接口Vehicle，包含一个抽象操作move（），在类Ship和类Car中都实现了该move（）操作，不过具体的实现细节将会不一样。
实现关系在用代码实现时不同的面向对象语言也提供了不同的语法，在Java语言中使用implement关键字来实现。

一些认识

• 关联与依赖的区别在于，关联把一个类的对象当作成员变量，依赖则不需要。
• 多重性关联是指另一个类对自己）的关联，比如一个Form类的对象关联零个或多个Button类对象（0. .*）。
• 聚合和组合：聚合和组合都表示整体和部分之间的关系。但是聚合可以脱离整体而单独存在，组合不行。假如一个类的对象和另一个类的对象存在单向关联，而且这个类的对象会因为那个类的对象的消失而消失，则它们为组合。
• 泛化是继承，实现是类和接口之间。
• 关联和继承是实线，依赖和实现是虚线。继承和实现都是空心三角形。聚合是空心菱形，组合是实心菱形。菱形在远离箭头那端。