20 世紀(jì)80 年代，隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)成為研究的熱點(diǎn)，先后出現(xiàn)了幾十種面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法。其中，Booch、OMT 和OOSE等方法得到了廣泛的認(rèn)可。然而，采用不同方法進(jìn)行建模不利于開發(fā)者之間的交流。而UML則統(tǒng)一了Booch、OMT 和OOSE 的表示方法，而且對(duì)其作了進(jìn)一步的發(fā)展。1997 年，UML 被國際對(duì)象組織OMG采納為面向?qū)ο蟮慕ＵZ言的國際標(biāo)準(zhǔn)，它溶入了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)。UML不限于支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)，還支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程。數(shù)年來，UML憑借其簡潔明晰的表達(dá)方式、超凡脫俗的表達(dá)能力，一路殺將出來，為業(yè)界所廣泛認(rèn)同！目前，在多數(shù)大型企業(yè)的正規(guī)化開發(fā)流程中，開發(fā)人員普遍使用UML進(jìn)行模型的建立。作為一名軟件開發(fā)人員，我們必須學(xué)會(huì)UML。因?yàn)閁ML就是那個(gè)統(tǒng)一的"文字"，統(tǒng)一的"度"、"量"、"衡"，不理解UML，作為軟件設(shè)計(jì)統(tǒng)一王國的國民，將是艱難而痛苦的。

　　作曲家會(huì)將其腦袋中的旋律譜成樂曲，建筑師會(huì)將其設(shè)計(jì)的建筑物畫成藍(lán)圖，這些樂曲、藍(lán)圖就是模型(Model)，而建構(gòu)這些模型的過程就稱為建模(Modeling)。軟件開發(fā)如同音樂譜曲及建筑設(shè)計(jì)，其過程中也必須將需求、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、布署等各項(xiàng)工作流程的構(gòu)想與結(jié)果予以呈現(xiàn)，這就是軟件系統(tǒng)的建模。

　　那么為什么要建模呢？經(jīng)典答案是：建立大廈和建立狗窩的區(qū)別是建設(shè)狗窩不需要設(shè)計(jì)，要生產(chǎn)合格的軟件就要有一套關(guān)于體系結(jié)構(gòu)、過程和工具的規(guī)范。

　　OMG官方發(fā)布的UML的當(dāng)前最高版本為2.0，可以從http://www.uml.org/上下載。

　　UML由圖和元模型組成，圖是語法，元模型是語義。UML主要包括三個(gè)基本構(gòu)造塊：事物（Things）、關(guān)系（Relationships）和圖（Diagrams）。本次連載我們將對(duì)UML的這些基本組成部分及UML工具和應(yīng)用進(jìn)行介紹，使讀者對(duì)UML形成初步的整體印象。在其后的幾次連載里，再以數(shù)個(gè)實(shí)例對(duì)這些內(nèi)容逐步展開。

　　1.1 UML的基本構(gòu)造塊

　　1.1.1事物

　　事物是是實(shí)體抽象化的最終結(jié)果，是模型中的基本成員，UML中包含結(jié)構(gòu)事物、行為事物、分組事物和注釋事物。

　?。?）結(jié)構(gòu)事物（Structural things）

　　結(jié)構(gòu)事物是模型中的靜態(tài)部分，用以呈現(xiàn)概念或?qū)嶓w的表現(xiàn)元素，是軟件建模中最常見的元素，共有以下七種：

　　類（Class）：類是指具有相同屬性、方法、關(guān)系和語義的對(duì)象的集合；

　　接口（Interface）：接口是指類或組件所提供的服務(wù)（操作），描述了類或組件對(duì)外可見的動(dòng)作；

　　協(xié)作（Collaboration）：協(xié)作描述合作完成某個(gè)特定任務(wù)的一組類及其關(guān)聯(lián)的集合，用于對(duì)使用情形的實(shí)現(xiàn)建模；

　　用例（Use Case）：用例定義了執(zhí)行者（在系統(tǒng)外部和系統(tǒng)交互的人）和被考慮的系統(tǒng)之間的交互來實(shí)現(xiàn)的一個(gè)業(yè)務(wù)目標(biāo)；

　　活動(dòng)類（Active Class）：活動(dòng)類的對(duì)象有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程或線程。活動(dòng)類和類很相象，只是它的對(duì)象代表的元素的行為和其他的元素是同時(shí)存在的；

　　組件（Component）：組件是物理的、可替換的部分，包含接口的集合，例如COM+ 、JAVA BEANS等；

　　結(jié)點(diǎn)（Node）：結(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)存在的物理元素，代表一個(gè)可計(jì)算的資源，通常占用一些內(nèi)存和具有處理能力。

　?。?）行為事物（Behavioral things）

　　行為事物指的是UML模型中的動(dòng)態(tài)部分，代表語句里的"動(dòng)詞"，表示模型里隨著時(shí)空不斷變化的部分，包含兩類：

　　交互（ineraction）：交互是由一組對(duì)象之間在特定上下文中，為達(dá)到特定的目的而進(jìn)行的一系列消息交換而組成的動(dòng)作；

　　狀態(tài)機(jī)（state machine）：狀態(tài)機(jī)由一系列對(duì)象的狀態(tài)組成。

　?。?）分組事物（Grouping things）

　　可以把分組事物看成是一個(gè)"盒子"，模型可以在其中被分解。目前只有一種分組事物，即包（package）。結(jié)構(gòu)事物、動(dòng)作事物甚至分組事物都有可能放在一個(gè)包中。包純粹是概念上的，只存在于開發(fā)階段，而組件在運(yùn)行時(shí)存在。

　　（4）注釋事物（Annotational things）

　　注釋事物是UML模型的解釋部分。

　　1.1.2關(guān)系

　　關(guān)系是將事物聯(lián)系在一起的方式，UML中定義了四種關(guān)系：

　?。?）依賴（Dependencies）：兩個(gè)事物之間的語義關(guān)系，其中一個(gè)事物發(fā)生變化會(huì)影響另一個(gè)事物的語義；

　?。?）關(guān)聯(lián)（Association）：一種描述一組對(duì)象之間連接的結(jié)構(gòu)關(guān)系，如聚合關(guān)系（描述了整體和部分間的結(jié)構(gòu)關(guān)系）；

　　（3）泛化（Generalization）：一種一般化-特殊化的關(guān)系；

　　（4）實(shí)現(xiàn)(Realization) ：類之間的語義關(guān)系，其中的一個(gè)類指定了由另一個(gè)類保證執(zhí)行的契約。

　　1.1.3圖

　　圖是事物集合的分類，UML中包含多種圖：

　　（1）類圖(Class Diagram)：類圖描述系統(tǒng)所包含的類、類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及類之間的關(guān)系；

　?。?）對(duì)象圖(Object Diagram)：對(duì)象圖是類圖的一個(gè)具體實(shí)例；

　?。?）包圖（Package Diagram）：包圖表明包及其之間的依賴類圖；

　?。?）組件圖(Compoment Diagram，也稱構(gòu)件圖)：組件圖描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)以及各部件之間的依賴關(guān)系；

　?。?）部署圖(Deployment Diagram)：部署圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)；

　　（6）用例圖(Usecase Diagram)：用例圖從用戶的角度出發(fā)描述系統(tǒng)的功能、需求，展示系統(tǒng)外部的各類角色與系統(tǒng)內(nèi)部的各種用例之間的關(guān)系；

　　（7）順序圖(Sequence Diagram)：順序圖表示對(duì)象之間動(dòng)態(tài)合作的關(guān)系；

　?。?）協(xié)作圖(Collaboration Diagram)：合作圖描述對(duì)象之間的協(xié)作關(guān)系；

　　（9）狀態(tài)圖(Statechart Diagram)：狀態(tài)圖描述一類對(duì)象的所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件；

　　（10）活動(dòng)圖(Activity Diagram)：活動(dòng)圖描述系統(tǒng)中各種活動(dòng)的執(zhí)行順序。

　　上述十種圖可歸納為五類，如表1.1。

　　表1.1 UML圖分類

類型	包含
靜態(tài)圖	類圖、對(duì)象圖、包圖
行為圖	狀態(tài)圖、活動(dòng)圖
用例圖	用例圖
交互圖	順序圖、協(xié)作圖
實(shí)現(xiàn)圖	組件圖、部署圖

1.2 UML工具與應(yīng)用

　　"工欲善其事，必先利于器"，為了有效的利用UML，我們需要首先獲得一個(gè)UML工具軟件。

　　當(dāng)前，業(yè)界使用最廣泛的UML建模工具為Rational Rose。Rational Rose中可實(shí)現(xiàn)正向（為模型產(chǎn)生相應(yīng)的代碼）、逆向（從用戶原來的軟件系統(tǒng)導(dǎo)出該系統(tǒng)的模型）和雙向工程（實(shí)現(xiàn)模型和代碼之間的循環(huán)工程），從而保證模型與代碼的高度一致。Rational Rose支持C++、Visual C++、Java、Smalltalk、Ada、Visual Basic、PowerBuilder等語言和開發(fā)工具，并能為CORBA 應(yīng)用生成接口定義語言（IDL），為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用生成數(shù)據(jù)庫描述語言（DDL）等。另外，Rational Rose為團(tuán)隊(duì)開發(fā)和規(guī)范的開發(fā)過程管理提供了良好的支持。
對(duì)于小規(guī)模應(yīng)用，我們可以使用微軟公司Office套件中的Visio，其中提供了對(duì)UML各種圖的繪制支持。

　　從應(yīng)用的角度上來講，面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)一般需要完成如下工作：

　　（1）描述需求；

　　（2）根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型；

　　（3）描述系統(tǒng)的行為。

　　（1）和（2）中所建立的模型是靜態(tài)的（采用用例圖、類圖、對(duì)象圖、組件圖和部署圖等），是標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML中的靜態(tài)建模機(jī)制；而（3）中所建立的模型則表示執(zhí)行時(shí)的序列、狀態(tài)或交互關(guān)系（以狀態(tài)圖、活動(dòng)圖、順序圖和協(xié)作圖描述），是標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML中的動(dòng)態(tài)建模機(jī)制。

　　由此可以看出，標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML的主要內(nèi)容也可以歸納為靜態(tài)建模機(jī)制和動(dòng)態(tài)建模機(jī)制兩大類。

　　此外，需要說明的是，UML只是一種建模語言，它獨(dú)立于具體的建模過程。因此，利于它建模時(shí)，可遵循任何類型的建模過程。盡管如此，UML的作者們?yōu)槲覀兺扑]了RUP（Rational Unified Process）。RUP由Rational軟件公司首創(chuàng)，其最重要的特點(diǎn)有三：

　　（1）軟件開發(fā)是由用例驅(qū)動(dòng)的；

　?。?）軟件開發(fā)是以體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（Architectural Design）為中心；

　　（3）軟件開發(fā)是個(gè)迭代過程。

　　RUP包括四個(gè)階段，每個(gè)階段又分為若干次迭代，每次迭代都有一個(gè)核心工作流，如圖1.1所示。

圖1.1 RUP的流程