五、UML 的適用場(chǎng)景

UML 既可以描述某個(gè)問(wèn)題領(lǐng)域，也可以表達(dá)構(gòu)思中的軟件設(shè)計(jì)，還可以描述已經(jīng)完成的軟件實(shí)現(xiàn)。

它適用于面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程可以分為三個(gè)階段，如下圖。

第一個(gè)階段是通過(guò)建模將現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)為業(yè)務(wù)模型。業(yè)務(wù)模型真實(shí)映射了參與者（業(yè)務(wù)活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)者）在現(xiàn)實(shí)世界的行為。

從圖里可以看到，現(xiàn)實(shí)世界映射到業(yè)務(wù)模型后，是使用 參與者 和 用例 這兩個(gè) UML 的核心元素表達(dá)的。參與者作為一個(gè)特定事件的驅(qū)動(dòng)者，用例則描述了這個(gè)驅(qū)動(dòng)者的業(yè)務(wù)目標(biāo)。文章后邊也會(huì)提到這兩個(gè)元素。

第二個(gè)階段是對(duì)業(yè)務(wù)模型概念化，建立適合計(jì)算機(jī)理解和實(shí)現(xiàn)的模型，也就是概念模型，或者叫分析模型。分析模型向上映射了原始需求，向下為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)規(guī)定了一種高層次的抽象，是一種過(guò)渡模型。

現(xiàn)實(shí)世界千差萬(wàn)別的業(yè)務(wù)，都用 邊界、控制和實(shí)體這幾個(gè)核心元素來(lái)描述，同時(shí)也引入了 包、組件 這些與現(xiàn)實(shí)世界毫不相干的概念做包裝。

第三個(gè)階段是對(duì)概念模型實(shí)例化，得到相對(duì)詳細(xì)的設(shè)計(jì)模型。

在設(shè)計(jì)模型中，概念模型中的邊界類(lèi)可以被轉(zhuǎn)化為操作界面或者系統(tǒng)接口；控制類(lèi)可以被轉(zhuǎn)化為計(jì)算程序或控制程序，例如工作流、算法體等；實(shí)體類(lèi)可以轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)表、XML 文檔或者其他帶有持久化特征的類(lèi)。

同樣的概念模型會(huì)因?yàn)檫x擇不同而得到不同的設(shè)計(jì)模型。比如技術(shù)選型上使用不同的編程語(yǔ)言，不同的中間件就會(huì)得到不同的設(shè)計(jì)。

為什么需要這一道轉(zhuǎn)換呢？

因?yàn)椤斑吔纭薄ⅰ翱刂啤薄ⅰ皩?shí)體”這些對(duì)象化的概念，雖然是計(jì)算機(jī)可以理解的，但它并不是真正的對(duì)象實(shí)例，也就是說(shuō)它們并不是可執(zhí)行代碼，概念模型只是紙上談兵。真正的對(duì)象世界行為是由 Java 類(lèi)、C++ 類(lèi)、JSP 等這些可執(zhí)行代碼構(gòu)成的。

換句話(huà)說(shuō)，設(shè)計(jì)模型是概念模型在特定環(huán)境和條件下的實(shí)例化，實(shí)例化后的對(duì)象行為執(zhí)行了概念模型描述的那些信息。

以下是面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計(jì)的完整過(guò)程，它表達(dá)了現(xiàn)實(shí)世界是怎么通過(guò) UML 映射到對(duì)象世界的。

六、UML 的組成結(jié)構(gòu)

前面花了比較大的篇幅分析了 UML 的定位和適用場(chǎng)景，目的是幫助讀者建立對(duì) UML 整體系統(tǒng)性的認(rèn)知，而不是過(guò)早的陷入 UML 的使用細(xì)節(jié)里。我們要應(yīng)用一項(xiàng)技術(shù)或工具，不能單純的因?yàn)樗目犰呕蛘哒f(shuō)業(yè)界都在用所以我們要用，而應(yīng)該結(jié)合自己的使用場(chǎng)景以及技術(shù)或工具的特點(diǎn)，來(lái)確認(rèn)這項(xiàng)技術(shù)或工具究竟是不是我們需要的。

在讀者了解 UML 在面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計(jì)領(lǐng)域優(yōu)秀的特性之后，我們?cè)賮?lái)看看 UML 的一些細(xì)節(jié)。

凡是語(yǔ)言，都會(huì)存在基本詞匯和語(yǔ)法。

那么對(duì)應(yīng)到 UML 里，基本詞匯就是核心元素，語(yǔ)法就是核心視圖。

UML 的組成結(jié)構(gòu)如下圖：

6.1 核心元素

我們先介紹核心元素，下圖是大綱。

6.1.1 版型

版型：也稱(chēng)「類(lèi)型」或「構(gòu)造型」。是對(duì) UML 元素基礎(chǔ)定義的擴(kuò)展，在元素基礎(chǔ)定義的基礎(chǔ)上賦予特別的含義，使得這個(gè)元素適用于特定的場(chǎng)合。

比如，我們前邊提到的「邊界類(lèi)」、「實(shí)體類(lèi)」、「控制類(lèi)」都是類(lèi)的版型。

6.1.2 參與者

參與者定位：事件的第一驅(qū)動(dòng)者，也是系統(tǒng)的服務(wù)方。比如你在電商網(wǎng)站購(gòu)物，你就是參與者。

6.1.3 用例

用例定位：系統(tǒng)執(zhí)行的一系列操作，并生成參與者可以觀察的值。比如你在電商網(wǎng)站交易，會(huì)生成在線訂單，用戶(hù)下單就是一個(gè)用例。

用例版型：

• 業(yè)務(wù)用例：用于需求階段業(yè)務(wù)領(lǐng)域建模。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模無(wú)關(guān)，比如下單可以不依賴(lài)在線服務(wù)，而只是線下簽署協(xié)議。業(yè)務(wù)建模的目標(biāo)是讓需求人員和客戶(hù)能夠達(dá)成共識(shí)。
• 業(yè)務(wù)用例實(shí)現(xiàn)：業(yè)務(wù)用例的一種實(shí)現(xiàn)方式，一個(gè)業(yè)務(wù)用例可以有多種實(shí)現(xiàn)方式。比如下單后的支付，可以用現(xiàn)金，也可以銀行卡轉(zhuǎn)賬，還可以第三方支付。

• 概念用例：用于獲取業(yè)務(wù)模型中的關(guān)鍵概念，分析出核心業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)。業(yè)務(wù)架構(gòu)就是概念建模階段產(chǎn)生，同時(shí)為系統(tǒng)建模階段提供重要指導(dǎo)。比如用戶(hù)下單這個(gè)用例，可以從實(shí)現(xiàn)過(guò)程中獲得一些核心業(yè)務(wù)，并把它們展現(xiàn)出來(lái)。

• 系統(tǒng)用例：用于定義系統(tǒng)范圍、獲取功能性需求。也就是我們常掛在嘴邊的用例。像業(yè)務(wù)用例中提到的線下簽約的方式，就不會(huì)納入到系統(tǒng)用例中，但如果是電子簽約的話(huà)，就可以成為系統(tǒng)用例了。
• 系統(tǒng)用例實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)用例的一種實(shí)現(xiàn)方式，一個(gè)系統(tǒng)用例可以有多種實(shí)現(xiàn)方式。比如下單后的支付，可以接入微信支付接口，也可以接入支付寶支付接口。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，同是用例的版型，業(yè)務(wù)用例與系統(tǒng)用例的區(qū)別就在于業(yè)務(wù)用例是客戶(hù)業(yè)務(wù)視角，系統(tǒng)用例是系統(tǒng)視角。

6.1.4 邊界

邊界定位：用于業(yè)務(wù)建模和系統(tǒng)建模階段的分析，保證分析粒度在一定的范圍內(nèi)，不會(huì)擴(kuò)散。

比如一個(gè)電商網(wǎng)站按領(lǐng)域職責(zé)作為邊界，會(huì)有店鋪域、商品域、會(huì)員域、交易域、支付域和營(yíng)銷(xiāo)域等。各域只負(fù)責(zé)域內(nèi)的事情，就能夠減少混亂緊耦合的局面。

一個(gè)好的分析和設(shè)計(jì)如同一筐帶殼的雞蛋，清清爽爽；一個(gè)差的設(shè)計(jì)如同一堆打碎了殼的雞蛋，粘粘糊糊。殼，是好壞的關(guān)鍵。

6.1.5 業(yè)務(wù)實(shí)體

業(yè)務(wù)實(shí)體定位：它代表參與者執(zhí)行業(yè)務(wù)用例時(shí)所處理或使用的事物，特別用于在業(yè)務(wù)建模階段建立領(lǐng)域模型。業(yè)務(wù)實(shí)體是類(lèi)（class）的一種版型。

業(yè)務(wù)實(shí)體的結(jié)構(gòu)：包含屬性和方法。屬性用來(lái)保存業(yè)務(wù)實(shí)體特征，方法用來(lái)訪問(wèn)業(yè)務(wù)實(shí)體。比如一臺(tái)電視，把它看成一個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體的話(huà)，它的屬性有運(yùn)行狀態(tài)和音量，它的方法就是遙控器，我們可以開(kāi)、關(guān)、調(diào)聲音，但是我們不可以試圖讓它飛起來(lái)——因?yàn)樗鼪](méi)有這樣的方法。

6.1.6 包

包定位：容納并為其他 UML 元素分類(lèi)。比如 Java 后端經(jīng)常會(huì)提供 jar 包給接入方使用。

6.1.7 分析類(lèi)

分析類(lèi)定位：用于代表系統(tǒng)中主要的職責(zé)簇，由此產(chǎn)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類(lèi)和子系統(tǒng)。

• 邊界類(lèi)：用于對(duì)系統(tǒng)外部環(huán)境和內(nèi)部運(yùn)作之間的交互進(jìn)行建模。比如現(xiàn)實(shí)世界的窗戶(hù)，計(jì)算機(jī)世界的網(wǎng)頁(yè)。
• 控制類(lèi)：用于對(duì)用例特有的控制行為進(jìn)行建模。比如顯示邏輯和業(yè)務(wù)邏輯通過(guò)控制層分離的 MVC 架構(gòu)。
• 實(shí)體類(lèi)：用于對(duì)需要存儲(chǔ)的信息和相關(guān)行為進(jìn)行建模。源于業(yè)務(wù)模型中的業(yè)務(wù)實(shí)體。

分析類(lèi)的抽象層次較高，比設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)要穩(wěn)定很多，因此方便維護(hù)，也更容易獲得一個(gè)穩(wěn)定架構(gòu)來(lái)指導(dǎo)整個(gè)軟件的開(kāi)發(fā)。

6.1.8 設(shè)計(jì)類(lèi)

設(shè)計(jì)類(lèi)定位：是系統(tǒng)實(shí)施中一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的抽象，由此映射到實(shí)現(xiàn)代碼，依賴(lài)于實(shí)施語(yǔ)言。

設(shè)計(jì)類(lèi)結(jié)構(gòu)：

• 類(lèi)型：對(duì)對(duì)象某一方面特征的歸納和抽象。映射到編碼中的 class。
• 屬性：對(duì)象特征。映射到編碼中的 field。
• 方法：訪問(wèn)對(duì)象屬性的唯一途徑。映射到編碼中的 method。

6.1.9 關(guān)系

關(guān)系定位：抽象出對(duì)象之間的聯(lián)系，讓對(duì)象構(gòu)成某個(gè)特定的結(jié)構(gòu)。

關(guān)系分為以下幾種：

• 關(guān)聯(lián)（association）
• 關(guān)系：是一種擁有的關(guān)系，即一個(gè)類(lèi)知道另一個(gè)類(lèi)的屬性和方法；比如老師與學(xué)生可以是雙向的，也可以是單向的。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。
• 箭頭和連線：帶普通箭頭的實(shí)心線，指向被擁有者。
• 適用場(chǎng)景：類(lèi)圖。
• 依賴(lài)（dependency）
• 關(guān)系：是一種使用的關(guān)系，即一個(gè)類(lèi)的實(shí)現(xiàn)需要另一個(gè)類(lèi)的協(xié)助，是一種弱關(guān)系，隨運(yùn)行場(chǎng)景變化。比如削蘋(píng)果時(shí)，人依賴(lài)于刀，脫離了這個(gè)場(chǎng)景，依賴(lài)關(guān)系就不存在了。
• 箭頭和連線：帶箭頭的虛線，指向被使用者。
• 適用場(chǎng)景：類(lèi)圖。
• 泛化（generalization）
• 關(guān)系：是一種繼承的關(guān)系，比如貓是動(dòng)物的一種。
• 箭頭和連線：帶三角的實(shí)線，箭頭指向父類(lèi)。
• 適用場(chǎng)景：類(lèi)圖。
• 實(shí)現(xiàn)（realization）
• 關(guān)系：是一種實(shí)現(xiàn)的關(guān)系，比如用例和用例實(shí)現(xiàn)的關(guān)系，接口與實(shí)現(xiàn)類(lèi)的關(guān)系。
• 箭頭和連線：帶三角的虛線，箭頭指向用例實(shí)現(xiàn)或接口類(lèi)。
• 適用場(chǎng)景：用例圖，類(lèi)圖。
• 聚合（aggregation）
• 關(guān)系：是整體與部分的關(guān)系，且部分可以離開(kāi)整體而單獨(dú)存在。生命周期各自獨(dú)立。如車(chē)和輪胎是聚合關(guān)系，輪胎離開(kāi)車(chē)仍然可以存在。
• 箭頭和連線：帶空心菱形的實(shí)線，菱形指向整體。
• 適用場(chǎng)景：類(lèi)圖。
• 組合（composition）
• 關(guān)系：是整體與部分的關(guān)系，但部分不能離開(kāi)整體而單獨(dú)存在。同生同滅。如公司和部門(mén)是組合關(guān)系，沒(méi)有公司就不存在部門(mén)。
• 箭頭和連線：帶實(shí)心(黑色實(shí)心：要死一起死，良心是黑的)菱形的實(shí)線，菱形指向整體。
• 適用場(chǎng)景：類(lèi)圖。

關(guān)聯(lián)關(guān)系和依賴(lài)關(guān)系的區(qū)別：

• 關(guān)聯(lián)關(guān)系是靜態(tài)天然的聯(lián)系，依賴(lài)關(guān)系是動(dòng)態(tài)臨時(shí)的聯(lián)系。

此外還有只用于用例中的關(guān)系：

• 擴(kuò)展（extends）
• 關(guān)系：用于在用例模型中說(shuō)明向基本用例中的某個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)插入擴(kuò)展用例。
• 箭頭和連線：帶箭頭的虛線加版型<>。
• 特點(diǎn)：用例可選。
• 包含（include）
• 關(guān)系：用于在用例模型中說(shuō)明在執(zhí)行基本用例的用例實(shí)例過(guò)程中插入的行為段。
• 箭頭和連線：帶箭頭的虛線加版型<>。
• 特點(diǎn)：用例必需。

6.1.10 組件

組件定位：實(shí)現(xiàn)特定功能的邏輯代碼模塊。比如分布式應(yīng)用架構(gòu)下，將業(yè)務(wù)目標(biāo)拆成多個(gè)功能，每個(gè)功能作為組件獨(dú)立部署。這樣這些組件也能被其他場(chǎng)景復(fù)用。

6.1.11 節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)定位：表示應(yīng)用程序的部署單元。比如分布式應(yīng)用的環(huán)境中，服務(wù)器或設(shè)備會(huì)有很多，就需要通過(guò)節(jié)點(diǎn)來(lái)體現(xiàn)物理部署的情況。