UML靜態(tài)建模、動態(tài)建模與架構(gòu)建模

UML靜態(tài)建模、動態(tài)建模與架構(gòu)建模內(nèi)容創(chuàng)建結(jié)構(gòu)視圖類實體類控制類邊界類類圖對象圖靜態(tài)建模內(nèi)容（續(xù)）行為視圖時序圖協(xié)作圖狀態(tài)圖活動圖實現(xiàn)視圖組件圖環(huán)境視圖部署圖動態(tài)建模架構(gòu)建模結(jié)構(gòu)視圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視圖代表系統(tǒng)的靜態(tài)方面，它對應(yīng)于系統(tǒng)的靜態(tài)建模，結(jié)構(gòu)視圖包含類圖和對象圖，其中類圖用來描述不同的類和它們的關(guān)系，對象圖用來描述不同的對象（類的實例）和它們彼此間的關(guān)系。靜態(tài)建模涉及為開發(fā)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)而識別系統(tǒng)的靜態(tài)元素和它們的關(guān)系，為建模系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)需要創(chuàng)建類圖和對象圖。類類包裝了信息和行為，是面向?qū)ο蟮闹匾M成部分，它是具有相同屬性、操作、關(guān)系的對象集合的總稱。在系統(tǒng)中，每個類具有一定的職責，職責指的是類所擔任的任務(wù)，類的設(shè)計要完成什么樣的功能，要承擔相應(yīng)的義務(wù)。一個類可以有多種職責，設(shè)計得好的類一般至少有一種職責，在定義類的時候，將類的職責分解成為類的屬性和方法。類（續(xù)）在系統(tǒng)靜態(tài)建模中，類可以分為3種類型：實體類（entity）、邊界類（boundary）和控制類（control）：實體類：映射需求中的每個實體而得到的類稱為實體類，實體類保存要放進永久存儲體的信息?？刂祁悾鹤R別控制用例工作的一個類，這種類稱為控制類。邊界類：因為信息或數(shù)據(jù)流在用例內(nèi)、外流動，使這種信息映射為相關(guān)的類就變得很重要了，這種類稱為邊界類。

類（續(xù)）類建模具有以下特點：通常是長期存在的、獨立于它的環(huán)境的信息和相關(guān)的行為；表示系統(tǒng)環(huán)境與它內(nèi)部工作之間的通信；特定于一個或多個用例的控制行為；描述存在于類或?qū)ο笾g的關(guān)系。類圖類圖用需要出現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)的不同的類來描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，此圖包含類和它們之間的關(guān)系，它描述系統(tǒng)內(nèi)聲明的類，但它沒有描述它們執(zhí)行某一角色或活動時類的行為。在UML中，類使用具有類名稱、屬性、操作分隔的長方形來表示：類圖（續(xù)）類由三格組成：第一格是類名。第二格是類的屬性。第三格是類的操作。對象圖對象是指某個事物，大多對應(yīng)于真實世界中的某個客觀實體，所有的對象都是有唯一標識的獨立實體。對象之間的區(qū)別是由它們固有的存在性所決定的，任何對象都是某個類的實例。在UML中對象表示為一個有兩欄的矩形框。第一欄表示對象和類的名，第二欄表示對象的屬性和值。

對象圖（續(xù)）對象圖描述一段時間里特定實例的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，此圖描述了類圖的實例。對象圖包含對象和鏈接，且它包含類圖中發(fā)現(xiàn)的類的實例。對象圖顯示某時刻對象和對象之間的關(guān)系，是類圖的變化，一個對象圖可看成一個類圖的實例(example)，對象圖表示的是類的對象實例而不是真實的類。由于對象存在生命周期，因此對象圖只能在系統(tǒng)某一時間段存在。對象圖（續(xù)）UML靜態(tài)建模

任務(wù)場景SunnyCollege軟件學院的選課系統(tǒng)“查詢課程”用例描述如下：UML靜態(tài)建模（續(xù)）

用例名稱選擇課程(SelectCourse)用例編號UC001執(zhí)行者學生用例簡述學生通過該用例選擇感興趣的課程。涉眾及興趣系統(tǒng)管理員：了解學生的選課情況。教師：了解學生選課人數(shù)等信息，以便確定上課方式等。前置條件學生已通過身份驗證。后置條件系統(tǒng)正確記錄學生選課信息?；玖鞒?．學生進入選課界面，用例開始。2．學生點擊選課。3．系統(tǒng)顯示課程。4．學生選擇課程。5．系統(tǒng)驗證課程是否可選。6．系統(tǒng)提示選課成功。7．用例結(jié)束。替代流程5a.課程不可選

1．系統(tǒng)提示不可選的原因（如人數(shù)已滿）。

2．學生重新選課。

3．系統(tǒng)再次驗證直至成功。字段列表學生信息包括以下字段：學號、姓名、密碼、專業(yè)、班級。課程信息包括以下字段：課程號、課程名、開課時間、課程學時、選修人數(shù)。非功能需求系統(tǒng)響應(yīng)時間應(yīng)該在30秒以內(nèi)。發(fā)生頻率經(jīng)常發(fā)生。UML靜態(tài)建模（續(xù)）

任務(wù)場景現(xiàn)在有一名叫王海的學生選擇了“操作系統(tǒng)”的課程?，F(xiàn)需要對該用例進行靜態(tài)建模。UML靜態(tài)建模（續(xù)）解題思路

步驟1：識別類。步驟2：確定類的屬性和操作。步驟3：確定類之間的關(guān)系。步驟4：繪制類圖。步驟5：繪制對象圖。UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟1：識別類。從用例視圖中尋找類，是從用例的事件流開始，查看事件流中的名詞和動賓短語以獲得類。在事件流中，名詞可以分為4種類型：角色、類、類屬性和表達式，也可以檢查時序圖和協(xié)作圖中的對象，通過對象的共性來尋找類。另外，時序圖和協(xié)作圖中的每一個對象都要映射到相應(yīng)的類。必須指出的是：有些類是無法通過以上方法找到的，需要在實現(xiàn)階段才能確定。

UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟1：識別類。一般可以通過以下的方法尋找類：從事件流中尋找名詞或名詞詞組（或交互圖中的對象），將性質(zhì)相同的歸為一類，或性質(zhì)內(nèi)容值正負相反的歸為一類。去除不恰當?shù)呐c含糊的類別，去除可以作為類屬性或方法的項目。給這些類取個合適的名字，在現(xiàn)實系統(tǒng)實現(xiàn)時，可以參照真實系統(tǒng)相關(guān)的命名規(guī)約。UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟1：識別類。通過對場景提供的用例描述進行分析，我們可以得到以下幾個類：類名對應(yīng)名詞或動賓短語類型Student學生實體類SelectCourseForm選課界面邊界類Course課程實體類CourseValidator驗證課程控制類CourseDisplay顯示課程控制類SelectSuccessForm提示選課成功（界面）邊界類UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟2：確定類的屬性和操作。UML靜態(tài)建模（續(xù)）可見性一個對象具有很多屬性和操作，對于另外一個外部對象來說，某些屬性和操作應(yīng)該被隱藏，這種特性在UML建模語言中稱為可見性，類的屬性和操作都具有可見性?？梢娦詾閜ublic時，意味著所屬類之外界皆可以使用之。可見性為private時，意味著所屬類之外界皆無法使用之。即使是子類也無法使用到父類內(nèi)的private屬性和操作。可見性為protected時，意味著所屬類之外界無法使用之，但是子類可使用到父類內(nèi)的protected屬性和操作。UML靜態(tài)建模（續(xù)）識別屬性在找到類以后，就要研究類的特性，類包裝了信息和行為，這些信息稱為屬性。在標記屬性時，要將其賦予適當?shù)念?，屬性是與類相關(guān)聯(lián)的信息。UML規(guī)定屬性的表示方式為：可見性名稱:類型=缺省值UML靜態(tài)建模（續(xù)）識別操作在系統(tǒng)中屬性主要是提供給方法使用的，方法也就是操作，有四種不同的操作作用于屬性：實現(xiàn)、管理、訪問和幫助。實現(xiàn)操作用來實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能；管理操作用來管理對象的創(chuàng)建和構(gòu)造；訪問操作用于查詢或修改某個類的屬性；幫助操作是說明類完成任務(wù)所需要的操作。UML規(guī)定操作的表示方式為：可見性名稱(參數(shù)表):返回類型UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟2：確定類的屬性和操作。在本場景中，通過分析，我們可以識別各個類的屬性和操作如下：類名屬性操作Student-SID:String-SName:String-SPassword:String-SSpecialty:String-SClass:String+viewCourse():void+selectCourse():voidSelectCourseForm界面類屬性和操作省略。SelectSuccessForm界面類屬性和操作省略。Course-CID:String-CName:String-CStartDate:Date-CPeriod:int-CStudentAmount:intCourseValidator+validateCourse(Coursec):booleanCourseDisplay+displayCourse(Course[]c):voidUML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟3：確定類之間的關(guān)系。UML靜態(tài)建模（續(xù)）關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)是一種結(jié)構(gòu)化的關(guān)系，指一種對象和另一種對象有聯(lián)系。給定有關(guān)聯(lián)的兩個類，可以從一個類的對象得到另一個類的對象，關(guān)聯(lián)有兩元關(guān)系和多元關(guān)系。UML靜態(tài)建模（續(xù)）多重性關(guān)聯(lián)關(guān)系多重性關(guān)聯(lián)關(guān)系又稱為重數(shù)性關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示一個類的對象與另一個類的對象連接的個數(shù)。在UML中多重關(guān)系可以直接在關(guān)聯(lián)直線上增加一個數(shù)字表示與之對應(yīng)的另一個類的對象的個數(shù)。UML靜態(tài)建模（續(xù)）聚合關(guān)系聚合關(guān)系指的是整體與部分的關(guān)系。通常在定義一個整體類后，再去分析這個整體類的組成結(jié)構(gòu)，從而找出一些組成類，該整體類和組成類之間就形成了聚合關(guān)系。在聚合關(guān)系中，類A是類B的一部分，但是類A可以獨立存在，在UML中，聚合關(guān)系用帶空心菱形的直線表示。UML靜態(tài)建模（續(xù)）組合關(guān)系組合關(guān)系也表示類之間整體和部分的關(guān)系，但是組合關(guān)系中部分和整體具有統(tǒng)一的生存期。一旦整體對象不存在，部分對象也將不存在，部分對象與整體對象之間具有共生死的關(guān)系。在組合關(guān)系中，類A包含類B，而且可以控制類B的生命周期。類A控制類B的生命周期意味著類B的存在依賴于類A。在UML中，組合關(guān)系用帶實心菱形的直線表示。UML靜態(tài)建模（續(xù)）依賴關(guān)系依賴關(guān)系是一種使用關(guān)系，特定事物的改變有可能會影響到使用該事物的事物，反之不成立，在我們想顯示一個事物使用另一個事物時使用依賴關(guān)系。通常情況下，依賴關(guān)系體現(xiàn)在某個類的方法使用另一個類作為參數(shù)。在UML中也可以在其它的事物之間使用依賴關(guān)系，如節(jié)點之間的關(guān)系。依賴關(guān)系用帶箭頭的虛線表示，由依賴的一方指向被依賴的一方。UML靜態(tài)建模（續(xù)）泛化關(guān)系泛化也就是繼承關(guān)系，也稱為“is-a-kind-of”關(guān)系，泛化關(guān)系描述了超類與子類之間的關(guān)系，超類又叫做基類，子類又叫做派生類。在UML中，泛化關(guān)系用帶空心三角形的直線來表示。UML靜態(tài)建模（續(xù)）接口與實現(xiàn)關(guān)系在很多面向?qū)ο笳Z言中都引入了接口的概念，如Java、C#等，在接口中，一般沒有屬性，而且所有的操作都是抽象的，只有操作的定義，沒有操作的實現(xiàn)。UML中用和類的表示法類似的方式表示接口，如下圖所示：UML靜態(tài)建模（續(xù)）接口與實現(xiàn)關(guān)系接口之間也可以有與類之間關(guān)系類似的實現(xiàn)關(guān)系和依賴關(guān)系，但是接口和類之間還存在一種實現(xiàn)關(guān)系，在這種關(guān)系中，類實現(xiàn)了接口，類中的操作實現(xiàn)了接口中所定義的操作。在UML中，類與接口之間的實現(xiàn)關(guān)系用帶空心三角形的虛線來表示。UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟3：確定類之間的關(guān)系。在本場景中，通過分析，我們可以確定類之間的關(guān)系如下：Student類與SelectSuccessForm類之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，執(zhí)行者與界面直接交互；Student類與SelectCourseForm類間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，執(zhí)行者與界面直接交互；SelectCourseForm類與Course類存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，Course信息需要被顯示在SelectCourseForm上；Student類與Course類之間存在0..*對0..*的多重關(guān)聯(lián)關(guān)系，一個學生可以選擇多門課程也可以不選擇任何課程，一門課程也可以供多個學生選擇，當然也可以沒有學生選；CourseValidator類與Course類之間存在依賴關(guān)系，因為在CourseValidator類的validateCourse()方法中傳入了一個類型為Course的參數(shù)；CourseDisplay類與Course類之間存在依賴關(guān)系，因為在CourseDisplay類的displayCourse()方法中傳入了一個類型為Course的參數(shù)。UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟4：繪制類圖。使用PowerDesigner繪制類圖：UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟4：繪制類圖。如果要繪制一個結(jié)構(gòu)化好的類圖，應(yīng)該注意以下幾點：焦點放在系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計視圖的一個方面只包含為了理解該方面而應(yīng)該存在的元素提供足夠的信息來理解該圖不讓讀者產(chǎn)生錯誤的信息給它取一個名字，這個名字能表達類圖的用途用最少的交叉線來組織它的元素UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟4：繪制類圖。使用PowerDesigner繪制本實例場景的類圖如下：UML靜態(tài)建模（續(xù)）UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟5：繪制對象圖。

使用PowerDesigner繪制對象圖：UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟5：繪制對象圖。

根據(jù)場景說明，現(xiàn)有一名叫“王海”的學生選擇了“操作系統(tǒng)”的課程，我們繪制相應(yīng)的對象圖如下，在該對象圖中，我們對一些未提供的屬性值作了一些假設(shè)。UML靜態(tài)建模（續(xù)）任務(wù)求解

步驟5：繪制對象圖。

練習SunnyCollege軟件學院的圖書管理系統(tǒng)的部分需求如下：圖書館會員有兩類：學生和教師，學生可以借五本書，教師可以借十本書；學生會員借書期限為兩個月，教師會員借書期限為三個月；書籍分為圖書和期刊；圖書管理系統(tǒng)應(yīng)記錄借出和歸還的書籍信息；系統(tǒng)應(yīng)該能添加新會員，當圖書管理員添加新會員時，系統(tǒng)創(chuàng)建新記錄；圖書管理員可以刪除會員記錄?，F(xiàn)根據(jù)以上需求對系統(tǒng)進行靜態(tài)建模，繪制類圖，并假設(shè)一個名為“張三”的學生借一本名為《設(shè)計模式》的書，創(chuàng)建相應(yīng)的對象圖。行為視圖

行為視圖對應(yīng)于系統(tǒng)的動態(tài)建模，它描述了軟件系統(tǒng)模型的動態(tài)方面。時序圖：時序圖表示類之間的交互，這種交互代表了類之間消息交互的順序。它以圖形化的方式描述了在一個用例或操作的執(zhí)行過程中對象如何通過消息相互交互，說明了消息如何在對象之間被發(fā)送和接收以及發(fā)送的順序。協(xié)作圖：協(xié)作圖表示類的集合和這些類發(fā)送和接收的消息，即類與它們之間的交互。它與時序圖類似，但重點不是消息的發(fā)送順序，它以一種網(wǎng)絡(luò)形式表示對象之間的交互。行為視圖（續(xù)）時序圖和協(xié)作圖又稱為交互圖，這兩種圖是同構(gòu)的，包含的信息相同，但是表現(xiàn)形式有所區(qū)別，它們之間可以方便地進行相互轉(zhuǎn)換。狀態(tài)圖：狀態(tài)圖表示類的行為，在執(zhí)行動作時它描述類的狀態(tài)和響應(yīng)。它用于建模一個特定對象的動態(tài)行為，說明了一個對象的生命周期——對象可以經(jīng)歷的各種狀態(tài)，以及引起對象從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件?；顒訄D：活動圖描述類的活動，它可以用于表示多個類的狀態(tài)以及它們之間的關(guān)系。它以圖形化的方式描述了一個業(yè)務(wù)過程或者一個用例活動的順序流，它也可以用于建模一個操作要執(zhí)行的動作，以及那些動作的結(jié)果。交互圖

在UML中，用例的實現(xiàn)用交互圖（interactiondiagram）來指定和說明，交互圖通過顯示對象之間的關(guān)系和對象之間處理的消息來對系統(tǒng)的動態(tài)特性建模，有兩種交互圖：時序圖（sequencediagram）和協(xié)作圖（collaborationdiagram）。交互圖常常用來描述一個用例的行為，顯示該用例中所涉及的對象以及這些對象之間的消息傳遞情況。交互圖（續(xù)）交互圖的基本內(nèi)容如下：對象消息創(chuàng)建時序圖或協(xié)作圖的步驟如下：尋找對象尋找角色將消息加進圖中時序圖

時序圖是一種強調(diào)信息的時序交互圖，又稱為順序圖或序列圖。它由執(zhí)行者（actor）、對象（object）、消息（message）、生命線（lifeline）、激活框（Activation）等組成。時序圖描述對象之間的動態(tài)交互關(guān)系，著重體現(xiàn)對象間消息傳遞的時間順序。時序圖將交互關(guān)系表現(xiàn)為一個二維圖，縱向是時間軸，時間沿豎線向下延伸。橫向軸代表了在協(xié)作中各獨立對象的類元角色，類元角色的活動用生命線表示。時序圖（續(xù)）生命線對象激活框消息

時序圖（續(xù)）創(chuàng)建消息銷毀消息時序圖（續(xù)）自身消息時序圖（續(xù)）時序圖實例時序圖（續(xù)）使用PowerDesigner繪制時序圖練習FutureHotel訂房系統(tǒng)的前臺訂房操作流程如下：顧客首先提出訂房要求，輸入房間套數(shù)、類型和時間的要求；訂房系統(tǒng)顯示符合要求的房間號；顧客確定預訂的房間；訂房系統(tǒng)顯示預付訂金信息；顧客輸入信用卡號和密碼；訂房系統(tǒng)請求信用卡系統(tǒng)的驗證服務(wù)；驗證通過后，顧客獲得訂房系統(tǒng)提供的預訂單和金額收據(jù)；系統(tǒng)注銷信用卡信息；預訂過程結(jié)束。請繪制訂房系統(tǒng)中顧客通過在線預訂系統(tǒng)進行訂房的時序圖（為簡化流程，假設(shè)與客戶直接交互的對象名為訂房系統(tǒng)）。協(xié)作圖

協(xié)作圖強調(diào)參與一個交互對象的組織。它由以下基本元素組成：執(zhí)行者（actor）、對象（object）、連接(link)和消息(message)。在UML中，使用實線標記兩個對象之間的連接，協(xié)作圖中的消息，由標記在連接上方的帶有標記的箭頭表示。協(xié)作是類實例、類實例之間關(guān)系、及執(zhí)行者的集合，協(xié)作把實現(xiàn)用例所需的所有部件組織起來。協(xié)作中部件間關(guān)系可圖形地描寫為對象間連線。

協(xié)作圖（續(xù)）

協(xié)作圖描述了組織的消息控制流，協(xié)作圖的要素可以緊密地放置相關(guān)對象的方式來組織。協(xié)作圖（續(xù)）

協(xié)作圖實例協(xié)作圖（續(xù)）

使用PowerDesigner繪制協(xié)作圖狀態(tài)圖

狀態(tài)圖是狀態(tài)節(jié)點通過轉(zhuǎn)移連接的圖，描述了一個特定對象的所有可能狀態(tài)，以及由于各種事件的發(fā)生而引起狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。大多數(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)都使用狀態(tài)圖來描述一個對象在其生命周期中的行為。對象從產(chǎn)生到結(jié)束，可以處于一系列不同的狀態(tài)。狀態(tài)影響對象的行為，當這些狀態(tài)的數(shù)目有限時，就可以用狀態(tài)圖來建模對象的行為，狀態(tài)圖顯示了單個類的生命周期。狀態(tài)圖（續(xù)）

狀態(tài)圖中包含以下一些組成部分：初始狀態(tài)（InitialState）終止狀態(tài)（FinalState）活動（Action）轉(zhuǎn)移（Transition）狀態(tài)圖（續(xù)）

狀態(tài)圖實例狀態(tài)圖（續(xù)）

使用PowerDesigner繪制狀態(tài)圖練習對于SunnyCollege軟件學院的圖書管理系統(tǒng)中的書籍對象，如果定義書籍類有“在圖書館”和“已借出”兩種狀態(tài)。該對象起始于“購書”事件，結(jié)束于“棄書”事件，并且狀態(tài)之間可以通過“借書”和“還書”進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。請根據(jù)這段描述繪制書籍類所相應(yīng)的狀態(tài)圖?；顒訄D

利用文本描述用例的事件流是很有用的，但如果事件流的邏輯復雜且有許多其他事件流，則文本形式可能較難閱讀和理解，這時可使用流程圖來描述事件流，在UML中這種圖稱為活動圖，活動圖也就是UML中的流程圖，它是事件流的另一種建模方式。活動圖用于以圖形化的方式描述一個業(yè)務(wù)過程或者一個用例的活動的順序流，它也可以用于建模一個操作要執(zhí)行的動作，以及那些動作的結(jié)果。

活動圖（續(xù)）

活動圖由起始狀態(tài)(StartState)、終止狀態(tài)(EndState)、轉(zhuǎn)移(Transition)、決策(Decision)、守護條件、同步條(SynchronizationBar)和泳道(Swimlate)等組成。活動圖（續(xù)）

活動圖實例活動圖（續(xù)）

使用PowerDesigner繪制活動圖實現(xiàn)視