UML科普文，一篇文章掌握14種UML圖

前言

上一篇文章寫了一篇建造者模式，其中有幾個(gè)UML類圖，有的讀者反饋看不懂了，我們今天就來(lái)解決一哈。

什么是UML？

UML是Unified Model Language的縮寫，中文是統(tǒng)一建模語(yǔ)言，是由一整套圖表組成的標(biāo)準(zhǔn)化建模語(yǔ)言。

為什么要用UML？

通過(guò)使用UML使得在軟件開(kāi)發(fā)之前， 對(duì)整個(gè)軟件設(shè)計(jì)有更好的可讀性，可理解性，從而降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，也能方便各個(gè)開(kāi)發(fā)人員之間的交流。

UML提供了極富表達(dá)能力的建模語(yǔ)言，可以讓軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的不同人員分別得到自己感興趣的信息。

Page-Jones 在《Fundamental Object-Oriented Design in UML》 一書中總結(jié)了UML的主要目的，如下：

1. 為用戶提供現(xiàn)成的、有表現(xiàn)力的可視化建模語(yǔ)言，以便他們開(kāi)發(fā)和交換有意義的模型。
2. 為核心概念提供可擴(kuò)展性 (Extensibility) 和特殊化 (Specialization) 機(jī)制。
3. 獨(dú)立于特定的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)過(guò)程。
4. 為了解建模語(yǔ)言提供一個(gè)正式的基礎(chǔ)。
5. 鼓勵(lì)面向?qū)ο蠊ぞ呤袌?chǎng)的發(fā)展。
6. 支持更高層次的開(kāi)發(fā)概念，如協(xié)作，框架，模式和組件。
7. 整合最佳的工作方法 (Best Practices)。

UML圖有哪些？

• UML圖分為結(jié)構(gòu)圖和行為圖。
• 結(jié)構(gòu)圖分為類圖、輪廓圖、組件圖、組合結(jié)構(gòu)圖、對(duì)象圖、部署圖、包圖。
• 行為圖又分活動(dòng)圖、用例圖、狀態(tài)機(jī)圖和交互圖。
• 交互圖又分為序列圖、時(shí)序圖、通訊圖、交互概覽圖。

UML圖概覽

什么是類圖？

• 【概念】 類圖是一切面向?qū)ο蠓椒ǖ暮诵慕９ぞ摺ｎ悎D描述了系統(tǒng)中對(duì)象的類型以及它們之間存在的各種靜態(tài)關(guān)系。
• 【目的】用來(lái)表示類、接口以及它們之間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和關(guān)系。

在類圖中，常見(jiàn)的有以下幾種關(guān)系。

泛化（Generalization）

• 【泛化關(guān)系】是一種繼承關(guān)系，表示子類繼承父類的所有特征和行為。
• 【箭頭指向】帶三角箭頭的實(shí)線，箭頭指向父類。

實(shí)現(xiàn)（Realization）

• 【實(shí)現(xiàn)關(guān)系】是一種類與接口的關(guān)系，表示類是接口所有特征和行為的實(shí)現(xiàn)。
• 【箭頭指向】帶三角箭頭的虛線，箭頭指向接口。

關(guān)聯(lián)（Association）

• 【關(guān)聯(lián)關(guān)系】是一種擁有關(guān)系，它使得一個(gè)類知道另一個(gè)類的屬性和方法。
• 【代碼體現(xiàn)】成員變量
• 【箭頭指向】帶普通箭頭的實(shí)線，指向被擁有者。雙向的關(guān)聯(lián)可以有兩個(gè)箭頭，或者沒(méi)有箭頭。單向的關(guān)聯(lián)有一個(gè)箭頭。

自己買的車，想什么時(shí)候開(kāi)就開(kāi)。但是車是車，人是人，沒(méi)有整體與部分的關(guān)系。

聚合（Aggregation）

• 【聚合關(guān)系】是一種整體與部分的關(guān)系。且部分可以離開(kāi)整體而單獨(dú)存在。聚合關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；關(guān)聯(lián)和聚合在語(yǔ)法上無(wú)法區(qū)分，必須考察具體的邏輯關(guān)系。
• 【代碼體現(xiàn)】成員變量
• 【箭頭指向】帶空心菱形的實(shí)線，空心菱形指向整體。

電腦有鍵盤才能輸入信息，電腦是整體，鍵盤是部分，鍵盤也可以離開(kāi)電腦，單純的拿去敲。所以是聚合。

組合（Composition）

• 【組合關(guān)系】是一種整體與部分的關(guān)系。但部分不能離開(kāi)整體而單獨(dú)存在，組合關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是比聚合關(guān)系還要強(qiáng)的關(guān)系。
• 【代碼體現(xiàn)】成員變量
• 【箭頭指向】帶實(shí)心菱形和普通箭頭的實(shí)線，實(shí)心菱形指向整體。

鳥是整體，翅膀是部分。鳥死了，翅膀也就不能飛了。所以是組合。我們?cè)倏匆幌?，下面的一組經(jīng)典的聚合組合關(guān)系的例子。

一個(gè)公司擁有多個(gè)部門，公司和部門之間是組合關(guān)系，公司破產(chǎn)了，部門就不復(fù)存在了。部門和員工是聚合關(guān)系，部門被裁掉，員工就換下家了。

依賴（Dependency）

• 【依賴關(guān)系】是一種使用關(guān)系，即一個(gè)類的實(shí)現(xiàn)需要另一個(gè)類的協(xié)助。
• 【箭頭指向】帶普通箭頭的虛線，普通箭頭指向被使用者。

老司機(jī)只管開(kāi)車，車是誰(shuí)的不重要，給什么車開(kāi)什么車。

什么是組件圖？

• 【概念】描繪了系統(tǒng)中組件提供的、需要的接口、端口等，以及它們之間的關(guān)系。
• 【目的】用來(lái)展示各個(gè)組件之間的依賴關(guān)系。

訂單系統(tǒng)組件依賴于客戶資源庫(kù)和庫(kù)存系統(tǒng)組件。中間的虛線箭頭表示依賴關(guān)系。另外兩個(gè)符號(hào)，表示組件連接器，一個(gè)提供接口，一個(gè)需要接口。

什么是部署圖？

• 【概念】描述了系統(tǒng)內(nèi)部的軟件如何分布在不同的節(jié)點(diǎn)上。
• 【目的】用來(lái)表示軟件和硬件的映射關(guān)系。

圖中簡(jiǎn)單的表示，不同機(jī)器上面部署的不同軟件。

什么是對(duì)象圖？

• 【概念】對(duì)象圖是類圖的一個(gè)實(shí)例，是系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的詳細(xì)狀態(tài)的快照。
• 【目的】用來(lái)表示兩個(gè)或者多個(gè)對(duì)象之間在某一時(shí)刻之間的關(guān)系。

圖中就是描述的，某時(shí)間點(diǎn)bat這個(gè)公司有一個(gè)研發(fā)部，一個(gè)銷售部，兩個(gè)部門只有一個(gè)人iisheng。

什么是包圖？

• 【概念】描繪了系統(tǒng)在包層面上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
• 【目的】用來(lái)表示包和包之間的依賴關(guān)系。

• 《Use》關(guān)系表示使用依賴， Web Shopping依賴 Payment
• 《Merge》關(guān)系表示合并， Web Shopping合并了 Shopping Cart就擁有了 Shopping Cart的功能
• 《Access》關(guān)系表示私有引入，比如代碼中的指定包名類名
• 《Import》關(guān)系表示公共引入，比如Java中的 import之后，就可以直接使用 import包中的類了。

什么是組合結(jié)構(gòu)圖？

• 【概念】描述了一個(gè)"組合結(jié)構(gòu)"的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及他們之間的關(guān)系。這個(gè)"組合結(jié)構(gòu)"可以是系統(tǒng)的一部分，或者一個(gè)整體。
• 【目的】用來(lái)表示系統(tǒng)中邏輯上的"組合結(jié)構(gòu)"。

圖中描述了Car是由車軸連接著的兩個(gè)前面輪子、兩個(gè)后面輪子，和引擎組合的。

什么是輪廓圖？

• 【概念】輪廓圖提供了一種通用的擴(kuò)展機(jī)制，用于為特定域和平臺(tái)定制UML模型。
• 【目的】用于在特定領(lǐng)域中構(gòu)建UML模型。

圖中我們定義了一個(gè)簡(jiǎn)易的EJB的概要圖。Bean是從Component擴(kuò)展來(lái)的。Entity Bean和Session Bean繼承了Bean。EJB擁有Remote和Home接口，和JAR包。

什么是用例圖？

• 【概念】用例圖是指由參與者、用例，邊界以及它們之間的關(guān)系構(gòu)成的用于描述系統(tǒng)功能的視圖。
• 【目的】用來(lái)描述整個(gè)系統(tǒng)的功能。

用例圖中包含以下三種關(guān)系：

• 包含關(guān)系使用符號(hào)《include》，想要查看訂單列表，前提是需要先登錄。
• 擴(kuò)展關(guān)系使用符號(hào)《extend》，基于查詢訂單列表的功能，可以增加一個(gè)導(dǎo)出數(shù)據(jù)的功能
• 泛化關(guān)系，子用例繼承父用例所有結(jié)構(gòu)、行為和關(guān)系。

什么是活動(dòng)圖？

• 【概念】描述了具體業(yè)務(wù)用例的實(shí)現(xiàn)流程。
• 【目的】用來(lái)表示用例實(shí)現(xiàn)的工作流程。

圖中簡(jiǎn)單描述了，從開(kāi)始到登錄到查看訂單列表，或者登錄失敗直接結(jié)束。

什么是狀態(tài)機(jī)圖？

• 【概念】狀態(tài)機(jī)圖對(duì)一個(gè)單獨(dú)對(duì)象的行為建模，指明對(duì)象在它的整個(gè)生命周期里，響應(yīng)不同事件時(shí)，執(zhí)行相關(guān)事件的順序。
• 【目的】用來(lái)表示指定對(duì)象，在整個(gè)生命周期，響應(yīng)不同事件的不同狀態(tài)。

圖中描述了，門在其生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的狀態(tài)。

什么是序列圖？

• 【概念】序列圖根據(jù)時(shí)間序列展示對(duì)象如何進(jìn)行協(xié)作。它展示了在用例的特定場(chǎng)景中，對(duì)象如何與其他對(duì)象交互。
• 【目的】通過(guò)描述對(duì)象之間發(fā)送消息的時(shí)間順序顯示多個(gè)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作。

圖中展示的是支付寶條碼支付場(chǎng)景的序列圖。其中，loop是循環(huán)，alt是選擇，序列圖的其他關(guān)系這里就不介紹了。

什么是通訊圖？

• 【概念】描述了收發(fā)消息的對(duì)象的組織關(guān)系，強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間的合作關(guān)系而不是時(shí)間順序。
• 【目的】用來(lái)顯示不同對(duì)象的關(guān)系。

圖中展示了一個(gè)線上書店的通訊圖，方框和小人表示生命線，不同生命線之間可以傳遞消息，消息前面的數(shù)字可以表達(dá)序列順序。

什么是交互概覽圖？

• 【概念】交互概覽圖與活動(dòng)圖類似，但是它的節(jié)點(diǎn)是交互圖。
• 【目的】提供了控制流的概述。

圖中表示一個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的交互概覽圖，跟活動(dòng)圖很像。其中sd的框代表具體的交互流程，ref框代表使用交互。

什么是時(shí)序圖？

• 【概念】時(shí)序圖被用來(lái)顯示隨時(shí)間變化，一個(gè)或多個(gè)元素的值或狀態(tài)的更改。也顯示時(shí)控事件之間的交互和管理它們的時(shí)間和期限約束。
• 【目的】用來(lái)表示元素狀態(tài)或者值隨時(shí)間的變化而變化的視圖。

圖中展示了老年癡呆病人隨著時(shí)間的變化病情的變化。

總結(jié)

學(xué)習(xí)UML，我們沒(méi)必要糾結(jié)比如像聚合關(guān)系是帶箭頭還是不帶箭頭，這樣的問(wèn)題。更重要的是UML圖所給我們帶來(lái)的畫圖思想，讓我們畫UML圖或者其他圖能讓其他人更好的理解我們的設(shè)計(jì)思想。

當(dāng)然，你要是明確知道帶箭頭或者不帶箭頭哪個(gè)是錯(cuò)誤的，歡迎留言告訴我。

_{參考文獻(xiàn)：
[1]:《Learning UML 2.0》
[2]: https://www.uml-diagrams.org/
[3]: https://www.visual-paradigm.com/guide/
[4]: https://sparxsystems.com/resources/tutorials/}

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