设计模式之旅1--UML基础

1. 简介

UML（Unified Modeling Language），即统一建模语言，适用于描述以用例为驱动，以体系结构为中心的软件设计的全过程。为面向对象软件设计提供统一的、标准的、可视化的建模语言。系统的建模有时候很难通过文字来表达（比如说一些复杂的过程等等），用图来说明是最好的办法。

UML的构造块包含3种：

• 事物（4种）：结构事物，行为事物，分组事物，注释事物
• 关系（4种）：泛化关系，实现关系，依赖关系，关联关系（特例：聚合关系、组合关系） （强度排序：组合>聚合>关联>依赖）
• 图（10种）：用例图，类图，对象图，包图，组件图，部署图，状态图，活动图，序列图，协作图 （常用：用例图，类图，对象图）

注意：事物是对模型中最具代表性的成分的抽象；关系把事物结合在一起；图聚集了相关的事物。

2. UML事物（4种）

UML包含4种事物：

• 构件事物：UML模型的静态部分，描述概念或物理元素。它包括以下几种：

  • 类：具有相同属性相同操作 相同关系相同语义的对象的描述
  • 接口：描述元素的外部可见行为，即服务集合的定义说明
  • 协作：描述了一组事物间的相互作用的集合
  • 用例：代表一个系统或系统的一部分行为，是一组动作序列的集合
  • 构件：系统中物理存在，可替换的部件
  • 节点：运行时存在的物理元素
  • 另外，参与者、信号应用、文档库、页表等都是上述基本事物的变体

• 行为事物：UML模型图的动态部分，描述跨越空间和时间的行为。它包括以下几种：

  • 交互：实现某功能的一组构件事物之间的消息的集合，涉及消息、动作序列、链接
  • 状态机：描述事物或交互在生命周期内响应事件所经历的状态序列

• 分组事物：UML模型图的组织部分，描述事物的组织结构

  • 包：把元素组织成组的机制

• 注释事物：UML模型的解释部分，用来对模型中的元素进行说明，解释

  • 注解：对元素进行约束或解释的简单符号

3. UML关系

3.1 泛化(generalization)关系

• 说白了就是继承关系。是一个类（称为子类、子接口）继承另外的一个类（称为父类、父接口）的功能，并可以增加它自己的新功能的能力。
• 继承是类与类或者接口与接口之间最常见的关系。
• 在Java中此类关系通过关键字extends明确标识，在设计时一般没有争议性。

泛化关系

3.2 实现(realization)关系

• 说白了就是接口关系。指的是一个class类实现interface接口（可以是多个）的功能；实现是类与接口之间最常见的关系；
• 在Java中此类关系通过关键字implements明确标识，在设计时一般没有争议性；

实现关系

3.3 依赖(dependency)关系

• 依赖关系也是类与类之间的连接。表示一个类依赖于另一个类的定义。
• 依赖关系总是单向的。
• 可以简单的理解，就是一个类A使用到了另一个类B，而这种使用关系是具有偶然性的、临时性的、非常弱的，但是B类的变化会影响到A；比如某人要过河，需要借用一条船，此时人与船之间的关系就是依赖；
• 表现在代码层面，为类B作为参数被类A在某个method方法中使用。在java中，依赖关系体现为: 局部变量, 方法中的参数, 和对静态方法的调用。

依赖关系

3.4 关联(association)关系

• 关联关系: 表示类与类之间的联接, 它使一个类知道另一个类的属性和方法。
• 关联可以使用单箭头表示单向关联, 使用双箭头或不使用箭头表示双向关联, 不建议使用双向关联。
• 关联有两个端点, 在每个端点可以有一个基数, 表示这个关联的类可以有几个实例。
• 关联关系体现的是两个类、或者类与接口之间语义级别的一种强依赖关系，比如我和我的朋友；这种关系比依赖更强、不存在依赖关系的偶然性、关系也不是临时性的，一般是长期性的，而且双方的关系一般是平等的。
• 表现在代码层面，为被关联类B以类属性的形式出现在关联类A中，也可能是关联类A引用了一个类型为被关联类B的全局变量；在java语言中关联关系是使用实例变量实现的。

常见的基数及含义:

• 0..1:0 或1 个实例
• 0..*: 对实例的数目没有限制
• 1: 只能有一个实例
• 1..*: 至少有一个实例

关联关系

3.4.1 聚合(aggregation)关系

• 聚合关系: 关联关系的一种特例, 是强的关联关系。
• 聚合是整体和个体之间的关系,即has-a的关系，此时整体与部分之间是可分离的，他们可以具有各自的生命周期，部分可以属于多个整体对象，也可以为多个整体对象共享；
• 比如计算机与CPU、公司与员工的关系等；
• 表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分；聚合关系也是使用实例变量实现的。从java语法上是分不出关联和聚合的。
• 关联关系中两个类是处于相同的层次, 而聚合关系中两不类是处于不平等的层次, 一个表示整体, 一个表示部分。

聚合关系

3.4.2 组合(合成)关系(composition)

• 组合关系：也是关联关系的一种特例，关联关系的一种特例, 是强的关联关系。
• 他体现的是一种contains-a的关系，这种关系比聚合更强，也称为强聚合。
• 他同样体现整体与部分间的关系，但此时整体与部分是不可分的，整体的生命周期结束也就意味着部分的生命周期结束；比如你和你的大脑；
• 组合关系不能共享。
• 表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分。

组合关系

4 用例图（Use Case Diagram ）

• 用例图是从用户角度描述系统功能，是用户所能观察到的系统功能的模型图，用例是系统中的一个功能单元。
• 例如下图就描述了用户的购物功能的模型：

用例图

5. 类图（Class Diagram）

• 类图描述系统中类的静态结构。不仅定义系统中的类，表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等，也包括类的内部结构(类的属性和操作)。
• 例如下面的单例模式的类图：

单例模式

需要注意：

• 每一行分别表示：类型、成员属性、函数（操作）
• 类名斜体表示为抽象
• 下划线表示静态
• 访问权限控制：+表示public；#表示protect；-表示private；~表示package

6. 时序图(Sequence Diagram)

• 顺序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互。
• 顺序图的一个用途是用来表示用例中的行为顺序。当执行一个用例行为时，顺序图中的每条消息对应了一个类操作或引起状态转换的触发事件。
• 例如下面的是支付宝的支付流程：

时序图

需要注意：

• 实线表示同步消息
• 虚线表示异步消息