UML基礎(chǔ)與建模實(shí)踐：7、第七章 順序圖

UML基礎(chǔ)與建模實(shí)踐

第七章交互圖

主講人：

內(nèi)容摘要順序圖1協(xié)作圖2定時(shí)圖3小結(jié)與習(xí)題47.1順序圖

7.1.1什么是順序圖1．順序圖順序圖也稱為時(shí)序圖，它描述了系統(tǒng)中對象間通過消息進(jìn)行的交互，強(qiáng)調(diào)了消息在時(shí)間軸上的先后順序。2．順序圖的作用3．順序圖的組成元素

7.1順序圖

如圖7-1所示便是自動(dòng)車鎖系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)“鎖車”場景的順序圖。圖7-1順序圖7.1.2順序圖的表示在UML中，表示一個(gè)順序圖，主要是標(biāo)識系統(tǒng)中的對象、對象的生命線、對象的控制焦點(diǎn)（對象獲得控制權(quán)）以及對象間交互的消息。

1．對象 2．生命線 3．控制焦點(diǎn) 4．消息7.1.2順序圖的表示（1）同步消息如圖7-3就是一個(gè)同步消息。圖7-3同步消息的表示（2）異步消息如圖7-4就是一個(gè)異步消息圖7-4異步消息的表示7.1.2順序圖的表示（3）返回消息返回消息由開放箭頭的虛線表示，如圖7-5所示。圖7-5返回消息的表示（4）創(chuàng)建對象的消息創(chuàng)建對象的消息用開放箭頭的實(shí)線表示，如圖7-6所示。圖7-6創(chuàng)建對象的消息表示7.1.2順序圖的表示（5）銷毀對象的消息銷毀對象的消息表示，如圖7-7所示。圖7-7銷毀對象的消息表示(6)發(fā)現(xiàn)消息發(fā)現(xiàn)消息的表示如圖7-8所示。圖7-8來自不明對象的消息表示7.1.2順序圖的表示（7）丟失消息丟失消息的表示，如圖7-9所示。圖7-9丟失消息的表示7.1.2順序圖的表示5．消息編號有兩種消息編號方案： 一種是順序編號 另一種是嵌套編號7.1.2順序圖的表示（1）順序編號下面是一個(gè)順序圖，該圖演示了“飲料已售完”的場景，如圖7-10所示。圖7-10飲料已售完的順序圖7.1.2順序圖的表示（2）嵌套編號

依據(jù)UML嵌套編號方案，如果對圖7-10采用嵌套編號方案，則順序圖改為如圖7-11所示。在圖

7-11

中，把屬于同一個(gè)對象發(fā)送和接收的消息放在同一層進(jìn)行編號，如對象user的發(fā)送消息放在第一層編號，其編號是1位數(shù)字，編號是1；把對象atm發(fā)送和接收的消息放在第二層編號，其編號是2位數(shù)字，給它們分配的編號是1.1、1.2、1.3；匿名對象“錢幣記錄儀”的發(fā)送和接收消息放在第三層編號，其編號是3位數(shù)字，給它們分配的編號是1.1.1、1.1.2。7.1.2順序圖的表示圖7-11嵌套編號7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)順序圖中，對象的行為有分支、并發(fā)和循環(huán)三種方式，為了表示這三種行為，引入組合區(qū)和操作符的概念，下面分別講述。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)下面分別講述每種操作符的語義和應(yīng)用。１．a(chǎn)lt和opt表示分支 可以表示分支的操作符有兩個(gè)： alt用來表示多選一 opt用來表示單選一7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)（1）alt表示多選一

在圖7-13所示，組合區(qū)包含2個(gè)區(qū)域。上面的區(qū)域的監(jiān)護(hù)條件是：x<10,執(zhí)行語句是calculate(x);下面的區(qū)域的監(jiān)護(hù)條件是else，執(zhí)行語句是calculate(x)。 該組合區(qū)表示的邏輯是:如果x<10,就要求B類對象執(zhí)行calculate(x)操作；否則就要求c類對象執(zhí)行calculate(x)操作。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-13alt操作符的使用7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)（2）opt表示單選一在圖7-14所示演示opt操作符的使用，該組合區(qū)只有一個(gè)區(qū)域,它表示的邏輯是:“如果x<10,就要求B類對象執(zhí)行calculate(x)操作。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-14opt操作符的使用7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)2．loop 操作符loop用來表示操作的循環(huán)執(zhí)行。表示循環(huán)的語句格式如下：Loop(1，n)：表示的語義相當(dāng)于程序語言的for語句：for(i=1；i<n；i++)Loop(n)：表示執(zhí)行n次。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-15所示，loop(1,3)表示矩形框中的操作可以循環(huán)執(zhí)行1~3次。首先，用戶輸入密碼到ATM中，然后ATM對密碼進(jìn)行驗(yàn)證，如果無效，用戶可以繼續(xù)輸入密碼，但循環(huán)的次數(shù)不能超過3次，即你輸入密碼不能超過三次。圖7-15loop操作符的使用7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)3.par par操作符用來表示并行操作。即，par操作符所擁有的多個(gè)區(qū)域的操作是并行執(zhí)行的。圖7-16所示，是某個(gè)客戶的取款操作交互圖。該順序圖說明，首先執(zhí)行l(wèi)oop操作，由用戶輸入密碼，當(dāng)密碼有效時(shí)，進(jìn)入opt操作符所屬的組合區(qū)執(zhí)行。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-16par操作符的使用7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)4．consider與Assert 操作符consider包含一個(gè)消息列表，在consider組合區(qū)中，只有消息列表中的消息才能執(zhí)行。 圖7-17所表示的邏輯是，在consider組合區(qū)中，只有start和brake消息才能執(zhí)行，在消息列表中（start,brake），由于brake（剎車）消息在start消息之后，因此，只有執(zhí)行過start消息后才能執(zhí)行brake消息。盡管其它消息可以出現(xiàn)在consider組合區(qū)中，但是，不會執(zhí)行。

7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-17consider和assert操作符7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)5.ignore與assert操作符ingore包含一個(gè)消息列表，與consider操作符相反，在ingore組合區(qū)中，消息列表中的消息被忽略。圖7-18所表示的邏輯是，在ingore組合區(qū)中，backoff（后退）和presshorn（按喇叭）消息被忽略（駕駛員汽車啟動(dòng)后，當(dāng)駕駛員發(fā)送后退或者按喇叭時(shí)，汽車不會接受這些消息）。

7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-18ignore和assert操作符7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)6．break

操作符break常與循環(huán)操作符配合使用，當(dāng)break組合區(qū)執(zhí)行時(shí)，首先測試監(jiān)護(hù)條件，若監(jiān)護(hù)條件為真，則跳出循環(huán)語句，否則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體。Break操作符與程序語言中的break語句作用相同。在圖7-19中，當(dāng)系統(tǒng)要求用戶登錄ATM系統(tǒng)時(shí)，ATM系統(tǒng)首先要求用戶輸入密碼，這時(shí)進(jìn)入loop組合區(qū)，在組合區(qū)中，用戶輸入密碼，然后，流程進(jìn)入break組合區(qū)，break組合區(qū)的邏輯是：測試監(jiān)護(hù)條件，若密碼有效，則執(zhí)行exit語句（跳出循環(huán)），如果密碼無效，則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)，但是，循環(huán)不能超過三次。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-19break操作符7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)7．critical操作符crtical所在的區(qū)域稱為“臨界區(qū)域”，在臨界區(qū)域中，所有的操作要么全部成功執(zhí)行，要么都不執(zhí)行。我們常用臨界區(qū)來完成一個(gè)完整的事務(wù)。例如，我們把一個(gè)賬戶的的錢轉(zhuǎn)到另一個(gè)賬戶時(shí)，就是一種事務(wù)性操作，即，從一個(gè)賬戶中扣錢的操作與向另一個(gè)賬戶中加錢的操作要么都成功，要么都不成功。因此，我們必須把這兩個(gè)動(dòng)作設(shè)置為臨界區(qū)。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-20表示的含義是，客戶從賬號a中扣除的錢（money）的操作和往賬戶b中增加的錢的操作要么全部成功完成，要么都不執(zhí)行。圖7-20操作符crtical7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)8．ref操作符ref表示引用其它的圖。我們在矩形框中寫明被引用的圖名稱。圖7-21是一個(gè)取款順序圖，在取款前，客戶首先要登錄ATM

機(jī)，我們可以用ref操作符來引用圖7-19（該圖名稱是login）。7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)圖7-21ref操作符7.1.3表示分支、并發(fā)和循環(huán)在UML中，各種圖類型的表示法如表7-1所示。表7-1圖類型及其對應(yīng)的表示法圖類型對應(yīng)的表示法圖類型對應(yīng)的表示法類圖class對象圖object包圖package用例圖usecase順序圖sd協(xié)作圖comm定時(shí)圖timing活動(dòng)圖activity交互概觀圖intover狀態(tài)機(jī)圖statemachine構(gòu)件圖component部署圖deployment7.1.4順序圖應(yīng)用我們常用順序圖來對場景建模，即表示場景中對象之間的交互。下面以飲料自動(dòng)銷售系統(tǒng)為例，學(xué)習(xí)如何繪制順序圖。下面對“買飲料”的3種場景進(jìn)行建模，對每一個(gè)場景繪制其對應(yīng)的順序圖。7.1.4順序圖應(yīng)用1．買飲料的正常場景下面是買到飲料的一般事件流：（1）顧客在飲料機(jī)器的前端投入錢幣，然后選擇想要的飲料。（2）錢幣到達(dá)錢幣記錄儀，記錄儀獲得錢幣后，檢查存貨。（3）記錄儀通知分配器分發(fā)飲料到機(jī)器前端。7.1.4順序圖應(yīng)用買到飲料的場景對應(yīng)的順序圖，如圖7-22所示。圖7-22買到飲料的場景7.1.4順序圖應(yīng)用2．飲料“已售完”的場景3．機(jī)器沒有合適的零錢4．帶有臨時(shí)對象的順序圖7.2協(xié)作圖

協(xié)作圖(CollaborationDiagram，也叫合作圖)是一種交互圖，強(qiáng)調(diào)的是發(fā)送和接收消息的對象之間的組織結(jié)構(gòu)。一個(gè)協(xié)作圖顯示了一系列對象之間的交互。 設(shè)計(jì)師使用協(xié)作圖和順序圖確定并闡明對象的角色，這些對象執(zhí)行用例的特定事件流。這些圖提供的信息主要用來確定類的職責(zé)和接口7.2.1協(xié)作圖的表示在UML中，表示一個(gè)協(xié)作圖主要是標(biāo)識系統(tǒng)中的對象、對象間交互的消息、對象間的鏈。協(xié)作圖由以下基本元素組成：活動(dòng)者（Actor）、對象（Object）、連接（Link）和消息（Message）。具體見表7-2。7.2.1協(xié)作圖的表示表7-2UML協(xié)作圖包含的基本圖符可視化圖符名稱描述對象用于表示協(xié)作圖中參與交互的對象多對象用于表示協(xié)作圖中參與交互的多對象連接用于表示對象之間的關(guān)系消息用于表示對象之間發(fā)送的消息注釋對協(xié)作圖或某一個(gè)具體對象進(jìn)行說明注釋連接將注釋體與要描述的實(shí)體連接起來，表明該注解是對于哪個(gè)實(shí)體的描述1．對象

2．連接

3．消息

4．消息編號7.2.1協(xié)作圖的表示4．消息編號消息的編號有兩種，一種是無層次編號（按順序編號），它簡單直觀；另一種是嵌套的編號，它更易于表示消息的包含關(guān)系。 圖7-26所示是系統(tǒng)管理員添加書籍的協(xié)作圖。圖7-26協(xié)作圖7.2.2表示循環(huán)和分支1．迭代標(biāo)記 在協(xié)作圖中，我們用一個(gè)迭代符“*”和迭代子句（可選）來表示循環(huán)?？梢允褂萌魏斡幸饬x的句子來表示迭代子句。常用的迭代表子句如表7-3所示。表7-3常用迭代表達(dá)式迭代子句語義[i:=1…n]迭代n次[I=1…10]I迭代10次[while(表達(dá)式)]表達(dá)式為true時(shí)才進(jìn)行迭代[until(表達(dá)式)]迭代到表達(dá)式為true時(shí)，才停止迭代[foreach(對象集合)]在對象集合上迭代7.2.2表示循環(huán)和分支圖7-27所示，是管理員通過課程管理器打印所有的課程信息的協(xié)作圖。圖7-27打印課程信息7.2.2表示循環(huán)和分支2．監(jiān)護(hù)條件 在協(xié)作圖中，我們用監(jiān)護(hù)條件來表示分支。監(jiān)護(hù)條件的格式是：[條件表達(dá)式]。當(dāng)監(jiān)護(hù)條件為真時(shí)，才執(zhí)行消息。圖7-28展示了課程注冊系統(tǒng)的協(xié)作圖。為學(xué)生注冊課程，分三個(gè)步驟：第一步：在系統(tǒng)中找出某個(gè)學(xué)生的信息；第二步：在系統(tǒng)中找出正確的課程；第三步：在學(xué)生和課程都存在的情況下，為該學(xué)生注冊。7.2.2表示循環(huán)和分支圖7-28課程注冊7.2.3順序圖與協(xié)作圖的關(guān)系順序圖與協(xié)作圖都表示對象之間的交互作用，只是它們的側(cè)重點(diǎn)有所不同。（1）順序圖描述了對象交互的時(shí)間順序，但沒有明確地表達(dá)對象之間的關(guān)系，也沒有表明對象在交互中承擔(dān)的角色。（2）協(xié)作圖描述了對象在交互中承擔(dān)的角色（關(guān)系），但對象在交互中的時(shí)間順序必須從消息的順序號獲得。（3）順序圖可以表示出對象的激活狀態(tài)和去激活狀態(tài)，也可以表示出對象的創(chuàng)建和銷毀的相對時(shí)間，協(xié)作圖則沒有這些功能。 兩種圖的語義是等價(jià)的，可以采用RationalRose工具把一種形式的圖轉(zhuǎn)換成另一種形式的圖，而不丟失任何信息。7.3定時(shí)圖定時(shí)圖是一種特殊的順序圖。如果要對實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的系統(tǒng)建模，我們就采用定時(shí)圖。例如，對工業(yè)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，最好用定時(shí)圖。

7.3定時(shí)圖定時(shí)圖是一種特殊的順序圖。如果要對實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的系統(tǒng)建模，我們就采用定時(shí)圖。例如，對工業(yè)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，最好用定時(shí)圖。

7.3定時(shí)圖1．定時(shí)圖與順序圖的區(qū)別定時(shí)圖與順序圖的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：