系统架构设计师:计算机系统基础知识--建模语言

UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它的作用不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。UML成为“标准”建模语言的原因之一在于与程序设计语言无关。而且，UML符号集只是一种语言而不是一种方法学，不需要任何正式的工作产品。因为语言与方法学不同，它可以在不做任何更改的情况下很容易地适应任何公司的业务运作方式。

1）UML组成要素

UML由3个要素构成：UML的基本构造块（事物、关系）、图（支配基本构造块如何放置在一起的规则）和运用于整个语言的公用机制。

（1）事物。UML中有4种事物：结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。

结构事物。结构事物是UML模型中的名词。它们通常是模型的静态部分，描述概念或物理元素。结构事物包括类（Class）、接口（Interface）、协作（Collaboration）、用例（Use Case）、主动类（Active Class）、构件（Component）、制品（Artifact）和结点（Node）。

各种结构事物的图形化表示如图2-25所示。

行为事物。行为事物是UML模型的动态部分。它们是模型中的动词，描述了跨越时间和空间的行为。行为事物包括交互（Interaction）、状态机（State Machine）和活动（Activity）。各种行为事物的图形化表示如图2-26所示。

分组事物。分组事物是UML模型的组织部分，是一些由模型分解成的“盒子”。在所有的分组事物中，最主要的分组事物是包（Package）。包是把元素组织成组的机制，这种机制具有多种用途。结构事物、行为事物甚至其他分组事物都可以放进包内。包与构件（仅在运行时存在）不同，它纯粹是概念上的，即它仅在开发时存在。包的图形化表示如图2-27所示。

注释事物。注释事物是UML模型的解释部分。这些注释事物用来描述、说明和标注模型的任何元素。注解（Note）是一种主要的注释事物。注解是一个依附于一个元素或者一组元素之上，对它进行约束或解释的简单符号。注解的图形化表示如图2-28所示。

（2）关系。UML中有4种关系：依赖、关联、泛化和实现。

依赖是两个事物间的语义关系，其中一个事物（独立事物）发生变化会影响另一个事物（依赖事物）的语义。在图形上，把一个依赖画成一条可能有方向的虚线，如图2-29所示。

关联是一种结构关系，它描述了一组链，链是对象之间的连接。聚集是一种特殊类型的关联，它描述了整体和部分间的结构关系。关联和聚集的图形化表示如图2-30和图2-31所示。

在关联上可以标注重复度和角色。

泛化是一种特殊/一般关系，特殊元素（子元素）的对象可替代一般元素（父元素）的对象。用这种方法，子元素共享了父元素的结构和行为。在图形上，把一个泛化关系画成一条带有空心箭头的实线，它指向父元素，如图2-32所示。

实现是类元之间的语义关系，其中一个类元指定了由另一个类元保证执行的契约。在两种情况下会使用实现关系：一种是在接口和实现它们的类或构件之间；另一种是在用例和实现它们的协作之间。在图形上，把一个实现关系画成一条带有空心箭头的虚线，如图2-33所示。

这4种关系是UML模型中可以包含的基本关系事物。它们也有变体，例如，依赖的变体有精化、跟踪、包含和延伸。

（3）UML中的图。图是一组元素的图形表示，大多数情况下把图画成顶点（代表事物）和弧（代表关系）的连通图。为了对系统进行可视化，可以从不同的角度画图，这样图是对系统的投影。

UML2.0提供了13种图，分别是类图、对象图、用例图、序列图、通信图、状态图、活动图、构件图、部署图、组合结构图、包图、交互概览图和计时图。序列图、通信图、交互概览图和计时图均被称为交互图。

用例图（Use Case Diagram）展现了一组用例、参与者（Actor）以及它们之间的关系。用例图通常包括用例和参与者以及它们之间的关系，如图2-34所示。

用例之间有扩展关系（），参与者和用例之间有关联关系，用例与用例、参与者与参与者之间有泛化关系。

用例图用于对系统的静态用例视图进行建模。这个视图主要支持系统的行为，即该系统在它的周边环境的语境中所提供的外部可见服务。当对系统的静态用例视图建模时，可以用下列两种方式来使用用例图。

对系统的语境建模。对一个系统的语境进行建模，包括围绕整个系统画一条线，并声明有哪些参与者位于系统之外并与系统进行交互。在这里，用例图说明了参与者以及他们所扮演的角色的含义。

对系统的需求建模。对一个系统的需求进行建模，包括说明这个系统应该做什么（从系统外部的一个视点出发），而不考虑系统应该怎样做。在这里，用例图说明了系统想要的行为。通过这种方式，用例图使人们能够把整个系统看作一个黑盒子，采用矩形框表示系统边界；可以观察到系统外部有什么，系统怎样与哪些外部事物相互作用，但却看不到系统内部是如何工作的。

2）UML 5种视图

对于同一个系统，不同人员所关心的内容并不一样。因此一个系统应从不同的角度进行描述，从一个角度观察到的系统称为一个视图（View），每个视图表示系统的一个特殊的方面。按照图本身具有的特点，可以把图形划分为5类视图，分别是用例视图、逻辑视图、进程视图、

实现视图和部署视图，其中的用例视图居于中心地位。

（1）用例视图：描述系统的功能需求，方便找出用例和执行者；它展示了一个外部用户能够观察到的系统功能模型，主要包括用例图。对此关心的开发团队成员主要包括客户、分析者、设计者、开发者和测试者。

（2）逻辑视图：描述如何实现系统内部的功能；系统的静态结构和因发送消息而出现的动态协作关系。逻辑视图包含类图和对象图、状态图、顺序图、合作图和活动图。

（3）进程视图：描述系统的并发性，并处理这些线程间的通信和同步；它将系统分割成并发执行的控制线程及处理这些线程的通信和同步。进程视图主要包括状态图、顺序图、合作图、活动图、构件图和配置图；对此关心的开发团队成员主要包括开发者和系统集成者。

（4）实现视图：描述系统代码构件组织和实现模块及它们之间的依赖关系；实现视图主要包括构件图；对此关心的开发团队成员主要有设计者、开发者和测试者。

（5）部署视图：定义系统中软硬件的物理体系结构及连接、哪个程序或对象驻留在哪台计算机上执行；主要包括配置图；对此关心的开发团队成员主要包括开发者、系统集成者和测试者。