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UML的面向对象建模

刘琳琅吴清江

（华侨大学信息学院计算机科学系，福建泉州$)!"**）

【摘要】统一建模语言+&’(, 是一种面向对象的建模语言- 本文简要介绍了&’( 的建模机制，并以&’(
为工具进行了在线图书销售系统的实际建模，简要演示了应用&’( 建模的思路和过程。
【关键词】统一建模语言面向对象系统分析与设计
*、引言
面向对象的分析与设计+../01, 是继传统的过程化程序
设计之后，软件技术发展的又一重大变革。面向对象程序设计提
出了一种新的系统设计模型，他将系统看成通过交互作用来完
成任务的对象的集合，每个对象用自己的方法管理数据。而统一
建模语言（&234356 ’7658329 (:29;:95 简称&’(）则是这种面向对
象编程的极致所成。&’( 是一种用于系统软件规约化、可视化
的构造及建模表示。而其中的图形标记，尤其适用于面向对象的
软件设计，代表了面向对象方法的软件开发技术的发展方向。
本文在讨论&’( 面向对象建模的基础上，用&’( 针对某
一在线图书销售系统进行面向对象的建模，给出其用例图、类
图、顺序图、协作图及状态图，并详细分析了创建这些图的要点
及过程，相信对于基于&’( 进行面向对象系统的开发具有一定
的指导意义。
!、统一建模语言（&’(）概述
&’( 是一个通用的标准建模语言- 它将系统描述为一些离
散的相互作用的对象，并最终为外部用户提供一定的功能的模
型结构。它适用于对任何具有静态结构和动态行为的系统进行
面向对象的建模。其中静态结构定义了系统中的重要对象的属
性和操作以及这些对象之间的相互关系，而动态行为定义了对
象的时间特性和对象为完成目标而相互进行通信的机制。
统一建模语言&’( 由各种不同的、彼此关联的图组成，他
们共同描述了一个系统的静态结构和动态行为。这些图可分为
两类<
第一类是静态图+ =>:>3? 63:9@:A, ，表示系统的静态特征，描
述了系统的结构和职责。主要用于说明存在于系统中物理元素
的关系，其中最主要的有用例图和类图。其中用例图从用户角度
描述系统功能- 并指出各功能的操作者。类图则描述系统中类的
静态关系。不仅定义系统中的类，还表示了类之间的联系如关
联、依赖、聚合等- 也包括类的内部结构+ 类的属性和操作, 。
第二类是动态图+1B2:A3? 63:9@:A, ，表示系统的动态特征。
描述了静态图中的结构性元素之间的交互，主要用于指定满足
系统需求行为的元素间的合作关系。其中最主要的为顺序图、协
作图和状态图。其中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时间顺序- 同时显示对象之间的交互C
跟顺序图相似- 协作图描述对象间的协作关系，侧重于对象交互
的空间布局，也显示对象间的动态合作关系。这两种图合称为交
互图+ D2>5@:?>3E5 63:9@:A, ，共同描述了对象间的交互关系。状态
图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条
件。通常，状态图是对类图的补充。
从应用的角度看- 当我们采用面向对象技术来设计系统时-
首先进行的是描述系统需求；其次根据需求建立系统的静态模
型- 以构造系统的结构；第三步是描述系统的行为。如果我们采
用&’( 来对这一过程进行面向对象建模的话，其在第一步与第
二步中所建立的模型都是静态的- 包括用例图、类图和部署图
等，是标准建模语言&’( 的静态建模机制。而其中第三步中所
建立的模型或者可以执行- 或者表示执行时的时序状态或交互
关系。它包括顺序图、协作图和状态图等图形- 是标准建模语言
&’( 的动态建模机制。
$、在线图书销售系统&’( 建模
随着电子商务时代的到来，各商家为了适应激烈市场竞争
的需求，纷纷将其传统的商务过程转移到D2>5@25> 上，以扩展其
业务范围并为顾客提供更好的服务。因此如何建立一个可扩展
的、灵活的、强健的电子商务系统对于一个企业的成功与否起到
了至关重要的作用。基于此要求和上述对&’( 建模的讨论，本
文拟建立一个在线的图书销售系统，并采用&’( 对其进行面向
对象的设计与分析。希望能对面向对象电子商务系统的设计起
到一定的借鉴作用。
$F * 建立用例模型
分析中的第一步就是指出系统能被用来做什么，谁将去使
用它。这些分别叫角色（:?>7@G）和用例（;G5 ?:G5G）。角色是位于你
所工作的系统外部的人或其他系统。而用例是用户由于某种外
部事件而与计算机之间进行的一次交户。通过对用户需求的分
析，我们得出了在线图书销售系统的用例图：
图* 在线图书销售系统的用例图
该系统具有多个不同的角色和用例。各个角色的定义依据
于其与系统之间进行的不同交互。系统管理员是软件系统的用
户，主要负责系统的用户管理；而客户、供应商和经理则是系统
的具体使用者，分别利用系统来实现不同的功能。时间角色定时
触发对销售状况的分析，产生相关的报告以帮助经理进行销售
决策的分析。在线图书销售系统中的各个用例用来表达来表达
角色和系统之间的交互。每一个用例都附带有文本文档，描述用
例和客户交互的细节。由于系统的用例的很多- 我们仅以订单处
理用例为例，给出该用例的详细描述：
&H+ 2 , ：订单处理用例
用例名称：处理订单
用例描述：
在新建（初始化）或查询一个订单时启用该用例。它负责处
理一个订单的初始化定义，涵盖了订单接收处理的所有方面，从
最初的接收到最终的报价。
参与者：客户
前置条件：客户登陆系统进行选购
后置条件：订单进入到系统中，通知供应商发货，减少库存。
主路径：客户选择某一商品下订单，使用信用卡付款。
主路径的细节描述：
!" #""$ 年福建电脑第! 期
步骤描述
% 系统对客户进行确认
# 对于客户需要的每一种产品：
#& % 获得所需商品的’( 和商品描述
#& # 所需产品的数量
#& ! 计算单价
! 计算订单总金额
$ 计算附加费用（包括税和运输费）
) 将最终价格报给客户
* 客户提供信用卡号
+ 验证客户的信用卡
, 开发货清单
- 完成销售
异常路径：
# 客户使用信用卡下订单，但信用卡是无效的。
# 客户订货，而所需的商品无货。
!& #./0 静态建模
用例图只考虑系统应该提供什么样的功能，而对这些功能
的内部运作情况则不予考虑，为了揭示系统的内部关系，需要建
立系统的静态结构模型。静态结构是从系统的内部结构和静态
角度来描述系统的，它定义了系统中的对象和类，以及他们内部
和彼此间的关系，如关联、聚合、依赖等关系。在./0 中，系统的
静态结构主要用类图123455 674894:; 来描述。类图设计是面向对
象方法的核心技术，通过类图将用例的实现具体到每个类中，从
而完成设计走向细化的过程。由于类图是整个系统的中枢性图，
是定义其它图的基础。本文将给出在线图书销售系统的局部类
图。
图# 在线图书销售系统的局部类图
该局部类图详细说明了在线图书销售系统中的关键类及其
之间的关联。图中每一个类由三部分组成，最顶层包括类的名
称，中间一层是类的属性，最底层是类的方法。类之间的直线是
类的关联，它定义了类之间的消息传递路径，说明了一个类的对
象如何连接到另一个类的对象。在此局部类图中除了一般的关
联之外，还包括以下几种关系：%）复合关联：复合意味着任一部
分都只属于一个整体，订单类（<9(=9）和订单项类（<9(=907>=）之
间为复合关联。在复合关联中，若销毁整体，则部分也会被销
毁。# ; 链接关联：链接是关联的运行时版本。地址类（?((9=55）和
客户类（2@5AB:=9）之间为链接关联，其关联类为角色类（CB3=）。
例如，?((9=55 类的一个实例可能既包含了顾客? 的实际发货地
址，同时也包含了顾客D 的付款地址。则2@5AB:=9 类的实例对象
则根据关联角色的不同关联到正确的地址实例对象上。!）自反
关联：是一个类的两个对象之间建立的关联。书类（DBBE）上建立
了一个自反关联，可用于顾客在购买某一商品时，网站推荐一些
相关的书籍。$）泛化：定义了超类与子类之间的关系。在书类
（DBBE）和计算机类图书类、经济类图书类、文学类图书类之间存
在一种泛化关系，DBBE 类是一般类，而其他的三个类则是DBBE
类的特化。在DBBE 类中定义的一些通用方法对所有的特化类都
适用。所有这些关系共同定义了在线图书销售系统的各关键类
如何形成一个整体，以发挥其功能。
!& #./0 动态建模
动态建模主要描述系统对象之间的相互作用及其消息的交
换，./0 以图的形式提供了四种动态模型，从动态视角提供了应
用程序的不同视图。主要包括交互图（顺序图和协作图）、状态图
和活动图。
交互图是其中最为重要的形式，因为交互图为系统的一系
列对象之间的交互完成建模，能帮助我们捕获对象间传递的消
息，掌握跨越多个对象的系统控制流程。为此我们将用./0 交
互图来描述在线图书销售系统内部各个对象间的通信，从而建
立系统的动态模型。交互视图可用两种图来表示：顺序图和协作
图，它们各有不同的侧重点。顺序图用来描述对象之间动态的交
互关系F 着重体现对象间消息传递的时间顺序。协作图用来描述
发送和接收消息的对象的组织分布，侧重于对象交互的空间布
局。
通常顺序图可由先前建立的类图和对用例路径的详细描述
得出，为此我们通过对在线图书销售系统的类图及其订单处理
用例详细路径（主路径）的分析，得出了在线图书销售系统订单
处理的顺序图如下：
图! 在线图书销售系统订单外理的顺序图
顺序图强制我们将注意力集中到良好的面向对象设计概念
上。随着消息发送模式的涌现，我们需要应用一些合理的面向对
象设计惯例。在生成订单处理顺序图时，我们发现由订单类
（<9(=9）来维护费用的计算并不符合面向对象设计中对类应该是
松耦合、高类聚的要求。为此我们创建一个新类（2G498=）用来管
理费率和提供专门的算法来计算各种费用。同时我们也发现由
订单类（<9(=9）来进行信用卡的验证也不是非常的合适，我们采
用接口类249(’>A=9H4I= 来接收验证信用卡J437(4A=249( 1 ; 消息。
协作图可由顺序图直接生成。其内容更多的集中在实际对
象及其在交互中的角色，而不是顺序图中表达的线性时间流。协
作图提供的视角表现了一个对象的繁忙程度：发送消息、接收消
息，或两者兼备。下图给出了订单处理主路径的协作图。
图$ 在线图书销售系统订单处理的协作图
像大多数面向对象技术一样，./0 动态模型中用状态图来
对一个类的生命周期进行建模，具体的它来描述一个特定对象
的所有可能状态及其引起状态转移的事件。通常应用程序中的
许多类没有什么值得关注的有趣状态，所以并不需要为其建立
状态图。例如，对在线图书销售系统中客户类（2@5AB:=9）就不需
使用状态图为其进行建模。而另一些类则呈现了有趣和复杂的
动态行为，通过为其绘制状态图能帮助我们更好的理解其状态
转换过程中所执行的相关动作。例如，在线图书销售系统中的订
单类（<9(=9）在其生存周期中会经历许多不同的状态，并受到系
统中许多不同事件的影响。为此我们为订单类（<9(=9）创建一个
状态图来追踪其从诞生到消亡的全过程。1 下转第!! 页;
福!""# 年第$ 期建电脑$$
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0000000000000000000000000000000000000000000000000
光缆连接纽约和斯德哥尔摩，从&KKL 年K 月开始，也开展了C-
1=./ )*+ 业务。目前，全世界很多电信公司和大众业，也在建设
C- 1=./ )*+ 网络。图, 为C- 1=./ )*+ 的应用方案示意图。
图, C- 1=./ )*+ 应用方案
在图, 中，)*+ 光纤环由光纤双向环组成；路由器可有各种
不同的等级，分别连接各自的C- 子网。在图,( & 中，如路由器&
与路由器! 通信，接入线路速率为M&，欲实现C- 1=./ )*+，则在
)DG < & 中继线及)DG < &L 光纤环路中分别分出一条M& 速率
的支持（信号），由)*+ 网管系统设置，这条支路类似于NDG 网
中设置的永久虚电路（图, 中以虚线表示）固定连接于路由器&
与路由器! 之间。
L、-O) 技术的发展趋势
L( & 结构更简单
目前在-O) 技术中，帧结构比较复杂。)*+ 帧结构中有大
量的段开销和通道开销，对于C- 网络来讲，这些开销是多余的，
未来的)*+ 帧结构将会简化。即使最终独立的)*+ 层也可能会
消失，但其基本功能仍将会融合到P*G 层中去。
L( ! 功能增强
-O) 在网络链路带宽紧张时，位于长包之后的短包，时延变
化会较大，而大的时延变化，使得-O) 更难支持对时延敏感的应
用。也许下一步-O) 会利用新的技术，如采用“9672Q )*+ 格式，
来解决这些问题。另外C- 结构信号在)*+ 中传输常规的方法是
C- R --- R +*IJ R )*+，由于)*+ 原有支路接口为M& 或M#，一个
C- 包需要分到多个M&（或M#）链路，即需同时建立多条--- 链
路，这会增加配置的复杂性，在多个M& 中难于负载平衡也不利
于保证多个M& 有相同的传送时延。因此需要在)*+ 设备中增
加支持SJ 级联功能，用级联的多个SJ 承载单个--- 链路。为
了更有效地传送C- 信号，在)*+ 设备中增加以太网接口也是增
强功能的一种发展趋势。
L( $ 产品性能更高
随着因特网的继续膨胀，网上的路由表也在膨胀。尽管采用
了TU- < # 和JC*F 等技术使路由收敛和路由聚合，减少了路由
表项，但仍有几十万行的规模。同时，当前的U:78 路由所采用的
体系结构不能支持未来网络的性能要求。如果使用的接口速度
超过路由器本身的容量，那么路由器将无法将原始带宽全部有
效地转换为可用带宽。路由器需要D:78 的交换速度才能经济有
效地伸展到更高的接口速度。同时未来网络也需要具有高性能、
高密度和可伸缩性的D:78 交换路由器。
L( # 应用逐步靠近边缘
随着核心网被基于P*G 的光网络所替代，在核心网中将
广泛地采用-OP 技术，-O) 技术将更多地在接入网和城域网中
应用。其原因在于接入网的速率较低，故采用-OP 技术不经济，
而使用信号速率较低的-O) 技术则可以利用进行较小的包交换
和分配，以满足用户的要求。
V、结束语
为了适应数据通信网，尤其是C48./4.8 上急剧增长的业务需
求以及解决随之而生的网络拥塞、时延和服务质量问题，C48./4.8
骨干网需要重新设计，以具备高速、扩展、安全和适应多类型业
务的特点。随着吉比特和太比特路由器技术的不断完善，G-I)
的采用以及C- 业务的不断发展，-O) 正得到越来越多的应用。
W 上接第$" 页X
图, 在线图书馆系统订单类WO/>./X 的状态图
至此我们完成了对在线图书销售系统基于EGI 的动态建
模，建立的各种视图不仅能将设计者对系统组件交互序列的思
考过程可视化的表现出来，还能直观的帮助设计者设计出系统
组件的交互接口。
#、结束语
面向对象系统分析和设计（OO)N*）就是用面向对象的方法
和设计语言来为系统的实现提供工程蓝图。由于面向对象技术
的封装性和继承性等特点，使得采用OON R * 方法建立的系统
具有可复用、易于维护和可扩展的特点，受到了业界的极大推
崇。而EGI 集中了近年来面向对象软件开发和设计的许多先进
经验及创新思想，它不仅支持面向对象分析与设计，而且还支持
从需求分析与设计到实现软件开发的全过程，已经成为了面向
对象分析和设计的标准建模工具。在对面向对象和EGI 讨论的
基础上，本文用EGI 对在线图书销售系统进行了面向对象的建
模开发工作，基于EGI 的建模为整个系统的开发过程提供灵
活、一致和易读的表达，保障了系统分析的正确性。同时通过
EGI 的静态与动态建模机制从系统分析的若干角度阐述了在线
图书销售系统的静态结构和动态行为。通过这一实际的建模过
程， 我们对用EGI 进行面向对象分析和设计建立了深刻地认
识。

一点也不懂

100块钱卖给你了 呵呵