UML急速入门

Posted 2021-02-09

UML是什么

UML定义：

• 统一建模语言（Unified Modeling Language，缩写UML）
• 非专利的第三代建模和规约语言

UML特点：

• UML是一种开放方法
• 用于说明、可视化、构建和编写一个正在开发的、面向对象的、软件密集系统的制品的开放方法
• UML展现了一系列最佳工程实践，这些最佳实践在对大规模，复杂系统进行建模方面，特别是在软件架构层次已经被验证有效

在UML2.2中一共定义了14中图示，大体分为三类：

• 结构式图形：强调的是系统式的建模
• 行为式图形：强调系统模型中触发的事件
• 交互式图形：属于行为式图形的子集，强调系统模型中资料流程

1.结构式图形：

• 静态图（类图、对象图、包图）
• 实现图（组件图、部署图）
• 剖面图
• 复合结构图

2.行为式图形：

• 活动图
• 状态图
• 用例图

3.交互式图形：

• 通信图
• 交互概述图（UML2.0）
• 时序图（UML2.0）
• 时间图（UML2.0）

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UML类图：

类图（Class Diagram）：用于表示类、接口、实例等之间相互的静态关系，虽然名字叫类图，但类图中并不只有类。我们来看一个比较全面的UML类图样例：

首先在图的上方可以看到一个“动物”矩形框，这个矩形框就代表一个类。类图分三层，第一层是类的名称，如果是抽象类，类名会使用斜体表示。第二层是类的属性，也就是类的字段或变量。第三层是类的行为，也就是方法或者说函数。

图中左下角的“飞翔”表示一个接口图，与类图的主要区别是接口图顶端有<<interface>>。第一层自然是接口的名称，第二层则是接口方法。接口还有另一种表示方法，也就是图中的棒棒糖表示法。

然后我们来简单说说子类与父类及实现类与接口的关系在UML类图中的表示方式：

当类与类之间是继承关系时，使用空心三角形和实线来表示，而一个类实现了一个接口时，使用空心三角形和虚线来表示，不管是继承关系还是实现关系，三角形箭头都是由子类指向父类或接口

类与类之间的关系及其在UML类图中的表示方式，关联关系：

当一个类“知道”另一个类时，那么它们就具有关联关系，关联关系使用实线箭头表示。例如图中的企鹅需要知道气候这个类，此时企鹅类与气候类就是关联关系

聚合关系：

图中的大雁群和大雁这两个类就是聚合关系，我们都知道大雁是群居动物，多只大雁可以聚合成一个雁群，所以它们之间就满足聚合关系。聚合表示一种弱的“拥有关系”，体现的是A对象可以包含B对象，但B对象不是A对象的一部分。聚合关系使用空心菱形和实线箭头来表示

合成（组合）关系：

合成是一种强的”拥有“关系，体现了严格的部分和整体的关系，部分与整体的生命周期一样。上图中的鸟和其翅膀就是合成（组合）关系，因为它们是部分和整体的关系，并且翅膀和鸟的生命周期是相同的。合成关系用实心的菱形和实线箭头来表示。另外，在图中合成关系的连线两端还有一个数字1和数字2，这被称为基数，表明这一端的类可以有几个实例。很显然，一只鸟应该有两只翅膀，所以翅膀的基数是2。如果一个类可能有无数个实例，则就用n来表示。除了合成关系外关联关系以及聚合关系也可以有基数

依赖关系：

我们都知道动物维持生命就得进行新陈代谢，那么就需要氧气、水等物质。也就是说，动物依赖于氧气和水。所以它们之间是依赖关系，使用虚线箭头来表示。

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接着我们再来看单个类的类图：

同样的从上至下分别是类名、属性以及行为。属性和行为前面都有权限表示符，+ 表示public、- 表示private、# 表示protected、~ 表示default。属性和行为中有下划线的表示static，即静态的属性、方法。

而与该类图所对应的Java代码如下：

public abstract class StudentClass {

    public String name;

    private int age;

    protected double weight;

    double height;

    public static char sex;

    public void eat(String food) {
    }

    protected void drink() {
    }

    private void walk() {
    }

    void run() {
    }

    public abstract void study();

    public boolean openMac() {
        return true;
    }

    public static void playGame(){
    }
}

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记忆技巧

下面介绍一些简单UML类图的记忆技巧：

记忆技巧1：UML箭头方向：

• 从子类指向父类

可能有些人会认为子类是以父类为基础的，箭头应从父类指向子类。但我们都知道定义子类时需要通过extends关键字指定父类，那么子类一定是知道父类定义的，只有知道对方信息时才能指向对方，而父类是不知道子类是如何定义的，所以箭头方向应从子类指向父类。

记忆技巧2：实线 - 继承 | 虚线 - 实现：

• 空心三角箭头：继承或实现：
• 实线 - 继承，is a 关系，扩展目的，所以不虚，很结实
• 虚线 - 实现，虚线之所以“虚”是因为无实体，因为接口是需要被实现的
  

记忆技巧3：实线 - 关联 | 虚线 - 依赖：

• 虚线 - 依赖关系：临时用一下，若即若离，虚无缥缈，若有若无，所以是虚线，表示一种使用关系，一个类需要借助另一个类来实现功能。一般是一个类里的函数使用了另一个类作为参数，或作为返回值
• 实线 - 关联关系：关系稳定，实打实的关系，铁哥们，表示一个类对象和另一个类对象有关联，通常是一个类中有另一个类对象做为属性
  

记忆技巧4： 空心菱形 - 聚合 | 实心菱形 - 组合：

• 我们可以想象菱形就是一个盛东西的器皿（例如盘子，或者代码中的集合容器）
• 而聚合代表空器皿里可以放很多相同的东西，聚在一起（箭头方向所指的类），所以是整体和局部的关系，两者有着独立的生命周期，是has a的关系，是弱关系
• 组合则代表器皿里已经有实体结构的存在，可以说是生死与共了，是整体与局部的关系，和聚合关系相比，关系更加强烈，两者有相同的生命周期，contains - a 的关系，是强关系

记忆技巧5：常见基数表达及含义，假设有A类和B类，数字标记在A类一端：

• 0..1：0个或1个实例，在系统某一时刻，代表B类的实例可以与0个或1个A类的实例相关
• 0..*：0个或多个实例，代表B类的实例可以与0个或多个A类的实例相关
• 1..1：1个实例，代表B类的实例可以与1个A类的实例相关
• 1：只能有1个实例，代表B类的实例可以与1个A类的实例相关
• 1..*：至少有1个实例，代表B类的实例可以与1个或多个A类的实例相关

注：通常会省略“..”直接使用数字表示

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UML时序图：

时序图（Sequence Diagram）：是显示对象之间交互的图，这些对象是按时间顺序排列的

时序图中包括的建模元素主要有：

• 对象（Actor）
• 生命线（Lifeline）
• 控制焦点（Focus of control）
• 消息（Message）

我们来看一个简单的时序图， 左边是代码右边是时序图：

右边的时序图的三个方框表示三个实例：Client、Service、Device，而下面的虚线则是该实例的生命线，时间从上向下流逝，生命线仅存在于实例的生命周期内。其中虚线上的细长方形表示实例处于某种活动中，称之为控制焦点。黑色的实线实心箭头表示方法的同步调用，异步调用是实线非实心箭头，而虚线非实心箭头则表示方法的结束返回。这些箭头所表示的元素就是消息，例如图中的work和open等。