1.1  UML基础知识扫盲

摘要:你只需要阅读完本章,就能从宏观上掌握UML的知识,在你的脑袋中形成一张UML的蓝图。你能全面了解UML的基本知识,UML的各种图的用途和概况,你能和实际工作遇到的问题联系起来,帮助你进一步规划下一步的学习。(本书已经发售) 

 

作者:张传波,网名:Fireball(火球)
www.umlonline.org

 

正文:

 

1.1  UML基础知识扫盲

UML这三个字母的全称是Unified Modeling Language,直接翻译就是统一建模语言,简单地说就是一种有特殊用途的语言。
你可能会问:这明明是一种图形,为什么说是语言呢?伟大的汉字还不是从图形(象形文字)开始的吗?语言是包括文字和图形的!其实有很多内容文字是无法表达的,你见过建筑设计图纸吗?里面还不是很多图形,光用文字能表达清楚建筑设计吗?在建筑界,有一套标准来描述设计,同样道理,在软件开发界,我们也需要一套标准来帮助我们做好软件开发的工作。UML就是其中的一种标准,注意这可不是唯一标准,只是UML是大家比较推崇的一种标准而已,说不定以后有一个更好的标准可能会取代她呢!UML并不是强制性标准,没有法律规定你在软件开发中一定要用UML,不能用其它的,我们的目标是善用包括UML在内的各种标准,来提高我们软件开发的水平。
UML由1.0版发展到1.1、1.2、...,到现在的2.0、2.x,本书将会以2.x版本为基础开展讨论。网络上、书籍、还有各种UML工具软件,各自基于的UML版本可能会不一样,大家在学习过程中可能会有一些困惑,不过没关系,本课程在某些关键地方会描述1.x与2.x的差异。

UML有什么用?
有很多人认为,UML的主要用途就是软件设计!也有人认为,如果你不是开发人员,是难以理解UML的。
然而我第一次在实际工作中应用UML的却不是软件设计,而是软件需求分析!当时我们和客户面对面沟通调研需求的时候,直接用类图、顺序图、活动图、用例图等UML。我们并没有因此和客户无法沟通,反而是沟通得更加顺畅。客户在我们的引导下,很快就会读懂这些UML图,因为UML图,让我们和客户的沟通效率和效果更好!你可能觉得很神奇,在后续章节中,我将会为你逐一揭开神奇背后的“秘密”。
UML可帮助我们做软件需求分析和软件设计的工作,在我工作中大概各占了50%的比例,当然在你的实际工作中不一定是这样的比例。UML会让你的需求分析或者软件设计工作更上一层楼,本书将会介绍UML在需求分析方面的最佳实践。
告诉你一个秘密,UML应用于软件需求分析时,其学习门槛将会大大降低!语法复杂度会降低,而且你基本不需要掌握软件开发的知识。只要你对软件需求分析感兴趣,认真学习和应用UML,就很有机会成为软件需求分析高手。

UML的分类
UML有很多种图,大体可以分为两类:
结构型的图(Structure Diagram)
类图(Class Diagram)
对象图(Object Diagram)
构件图(Component Diagram)
部署图(Deployment Diagram)
包图(Package Diagram)
行为型的图(Behavior Diagram)
活动图(Activity Diagram)
状态机图(State Machine Diagram)
顺序图(Sequence Diagram)
通信图(Communication Diagram)
用例图(Use Case Diagram)
时序图(Timing Diagram)
本书所描述的UML的各种图的名字,以上述的为准。

UML各种图的中文译名,因为翻译的原因可能会有所不一样,如:Sequence Diagram和Timing Diagram有时候都会被译成“时序图”,这是最让人困扰的地方!Sequence Diagram 除了被译为顺序图,还有序列图的译法。
中国软件行业协会(CSIA)与日本UML建模推进协会(UMTP)共同在中国推动的UML专家认证,两个协会共同颁发认证证书、两国互认,CSIA与UMTP共同推出了UML中文术语标准,该标准全称为:CSIA-UMTP UML中文术语标准v1.0(本书后文将会简称为UML中文术语标准)。本书将会遵循UML中文术语标准,并且我们会同时给出中文译名和英文原名,大家要留意看英文名字噢,这样能帮助你不会被众多的中文译名混淆。

UML图为什么会分为结构型和行为型两种呢?
顾名思义,结构型的图描述的是某种结构,这种结构在某段时间内应该是稳定的,“静态”的;而行为型的图描述的是某种行为,是“动态”的。
分析系统需求时,我们会面对很多业务概念,它们之间会有某些关系,这些内容可以看成是“静态”的,我们可以利用UML的结构型的图来分析。同时,业务会涉及大量的流程、过程等,这些内容是“动态”的,我们可以用行为型的UML图来分析。
在我们软件设计时,我们需要考虑需要那些类、哪些构件、系统最后怎样部署等,这些内容可以看成是“静态”的,我们可以利用UML的结构型的图来设计。同时,我们也需要考虑软件如何和用户交互,类、构件、模块之间如何联系等“动态”内容,我们可以利用行为型的图来设计。
所谓“静态”和“动态”不是绝对的,下文我们将会进一步介绍结构型的UML和行为型的UML。通过下面的学习,你将会初步认识UML的各种图,你可能还会有很多问题,本章的主要目的是让你对UML有一个宏观的认识,带着你的问题继续阅读后面的章节吧!

 

1.2 结构型的UML(Structure Diagram)

 

类图(Class Diagram)

请看下面这个类图:

图片 1

图 1.1  某模具系统类图

此图截取自某模具管理系统的业务概念分析图,图中一个一个的矩形就是类,这些类之间有各种线条连接,这些线条表示类之间的关系。类图是分析业务概念的首选,类图可能是使用率最高的UML图。

再看下面这个Person类图,这时软件设计时用到的一个图:

图片 2

图 1.2  Person类图

该Person类有以下属性(Attribute):Name(姓名),Sex(性别),Department(部门)等,有以下操作(Operation):Work(工作)等。类有属性和操作,但用类图分析业务模型时,往往不需要使用操作,如图1.1中的类就只有属性。
Attribute有特性、特征等译法,Operation也称作方法,但本书遵循UML中文术语标准,即Attribute为属性,Operation为操作。

对象图(Object Diagram)

一般情况下只有在软件开发中才会使用到对象图,下面的内容以开发的角度来说明对象图,如果你没有开发经验,阅读起来可能有一点难度。

图1.2中的Person类,用代码实例化如下:
Person person = new Person();
……

类(Class)实例化后就是对象(Object),对象person是类Person的实例,上述代码可以用对象图表示如下:

图片 3

图 1.3  Person类的对象图

对象图和类图的样子很相似,对象是类的实例化,“person : Person”表示对象person是类Person的实例。对象图往往只在需要描述复杂算法时才会使用,画出来的对象图往往不会只有一个对象,该图只画了一个对象,其目的是尽量简化以便读者的理解什么是对象图。
在需求分析工作中基本上不需要使用对象图,从严谨的角度来看某些情况下应该使用对象图,但我往往还是会用类图来处理,这样更加简便而且容易理解。我们将在类图一章再次讲解对象图。

构件图(Component Diagram)

构件图也叫组件图,两个名字均符合UML中文术语标准。
一辆汽车由轮子、发动机等物理部件组成,一个软件往往也是由很多“物理部件”(如:控件、重用构件等)组成的,构件图就是用来描述软件内部物理组成的一种图。下图是某权限构件设计图:

图片 4

图 1.4  某权限构件设计图

图1.4右上方有这样标志 的矩形表示一个构件,构件可以再包含构件。
软件需求分析工作中,需要用到构件图的情况不是很多,以下情况除外:
1. 待开发的系统需要与第三方的系统、原有系统、某些老系统等交互,这时可用构件图描述交互要求。

  1. 客户对软件设计有某些特殊要求,这时可用构件图来描述要求。
    构件图有时不会单独使用,还会和部署图一起结合使用。

**部署图(Deployment Diagram)

**部署图是用来描述系统如何部署、本系统与其他系统是怎样的关系的一种图,如下图:

图片 5

图 1.5  某24小时便利店的管理系统部署图

图中一个个立体的矩形是部署图的“节点”,一个节点表示一个物理的设备,节点之间的线条表示节点间的物理连接关系。
大部分客户都会具备一定的IT基础环境(如具备局域网、一些服务器、某些软件平台等),软件系统需要基于当前的IT基础环境来规划,这时我们可以使用部署图来做这个规划。
分析系统的需求,不能忽略系统架构、部署、IT架构等方面的要求,我们要基于客户当前的IT基础环境,做一个最符合客户利益的规划。
要活用构件图、部署图来分析需求,需要具备一定的IT基础架构知识和软件设计知识,如果你还不具备相关知识,那么可以考虑抓紧补充相关知识。不过需求分析工作更多的还是分析业务,提炼功能性需求,这部分工作能做好是相当不容易的事情。对于技术方面的非功能性需求分析,可交由有技术背景的专业人士负责。

**包图(Package Diagram)

**Package有“打包”的意思,包图的主要用途是“打包”类图。用类图描述业务概念时,很多时候会因为业务类太多,而导致类图非常庞大,不利于阅读,这时可以将某些类放入“包”中,通过包图来组织业务概念图。

下图是包图的一个示例:

图片 6

图 1.6  包图

图中好像文件夹样子的就是一个“包”,包之间的线条表示包之间的关系。

 

1.3 行为型的UML(Behavior Diagram)

 

活动图、状态机图、顺序图处于三种不同的角度来描述流程,是分析业务流程的三种不同利器,下面将会逐一说明。

**活动图(Activity Diagram)

**我们将起床到出门上班这个过程画成活动图,可能是这样的:

图片 7

图 1.7  起床到出门上班的活动图

活动图中的一个圆边框框表示一个“活动”,多个活动之间的带箭头线条表示活动的先后顺序,该图只是表达了一个顺序流程,活动图还可以表达分支结构。如果你以前曾学过流程图的话,你会发现活动图和流程图很相似。活动图可能是三种能表示流程的UML图中最接近我们思维习惯的一种,下面来学习另外两种能表达流程的图。

**状态机图(State Machine Diagram)

**状态机图又叫状态图,但状态图这个译名并没有译出Machine的意思。
状态机图从某个物品的状态是如何变化的角度来展示流程,下图某请假条审批流程: 

图片 8

图 1.8  请假处理流程

整个请假审批流程是围绕“请假条”这个物体进行的,随着不同的审批阶段,请假条具备不同的状态。我们分析业务流程时会发现很多流程其实是围绕某个物品进行的,这时可考虑使用状态机图。

**顺序图(Sequence Diagram)

**你去餐厅吃饭,向服务员点餐到服务员送菜上来,这个过程用顺序图可表示如下:

图片 9

图 1.9  点菜的顺序图

该图有三个“小人”,每个“小人”下面的文字说明(如:顾客)表示其代表的角色。角色与角色之间有一些线条链接,表示角色之间是如何交互的。该图表示的意思是:顾客向服务员点菜后,服务员将点菜信息传递给厨师,然后厨师做菜,最后再由服务员送菜给你。
点菜过程涉及几个环节,每个环节均由不同的角色来负责,如果遇到类似的情况,你可以考虑使用顺序图来分析。用顺序图来分析的好处是能清晰表达整个过程所参与的角色,角色与角色之间的关系,各角色是如何被卷入这个过程当中的。

**通信图(Communication Diagram)

**UML1.1时,该图英文名为Collaboration Diagram;UML2.x时,英文名为Communication Diagram。将英文名字直接翻译,原来的英文名字可译为协作图,而新的英文名字译为通信图。
通信图是顺序图的另外一种画法,点菜的顺序图,如果用通信图来画可表示如下:

图片 10

图 1.10  点菜的通信图

三个“小人”分表表示三种角色:顾客、服务员、厨师;角色之间有直线联系表示他们之间有关系;带序号的文字和箭头,表示角色之间传递的信息。
顺序图更强调先后顺序,通信图更强调相互之间的关系。我觉得顺序图实用性更好一点,比通信图能表达更多的信息,更容易读懂,在需求分析工作中我基本不会使用通信图。

**用例图(Use Case Diagram)

**下图是用例图的示意图:

图片 11

图 1.11  用例图

用例图表达的是什么角色通过软件系统能做什么事情,我们可以使用用例图系统地表达软件系统的绝大部分需求。

**时序图(Timing Diagram)

**时序图也叫时间图,时序图是UML中文术语标准的说法,而时间图不是标准的说法。
时序图是表示某东西的状态随时间变化而变化的一种图,参见下图:

图片 12

图 1.12  灯的开关状态随时间变化图

此图表示在0秒到30秒,灯的状态是关的,30-60秒灯的状态为开,60秒后状态为关。
在实际工作中我基本上没有试用过时间图。

下面通过这个表格来总结一下我在需求分析工作中应用各种UML图的情况:

图片 13

表 1.1  各种UML图实际应用情况

上表是根据我的工作经验总结的,相信会适用于很多情况。但每个人的工作经历、情况、环境等不太一样,上表仅作参考。

 

1.4 如何学好UML?

 

**UML的认识误区

**误区一:认为UML主要用于软件设计。
前面的文章你可以看到,UML除了用于软件设计,还能用于需求分析,而本书就是专门来说明如何在需求分析工作中活用UML的。

误区二:客户无法理解UML,在需求分析中应用UML实际意义不大。
我还不熟悉UML时,确实也有这样的怀疑,而实际工作中发现UML恰恰成为与客户沟通的良好桥梁!UML其实不难读懂,只要稍加解释客户马上就能读懂。我在所有的项目需求分析工作中,都直接使用UML图与客户沟通,并且给客户签署的需求规格说明书中含有大量的UML图。
UML能直观、形象、严谨地描述出业务概念、业务流程、客户的期望和需求,只要稍加引导客户,客户将会很容易读懂UML,甚至会主动使用UML与项目组交流。我曾经遇到过客户向我们索要画UML图的工具,客户见识过UML的威力后,也想在自己实际工作中使用。

误区三:认为UML语法繁杂,难以学习和应用。
某些UML资料和书籍可能将UML说得过于复杂了,官方的UML标准资料也确实是枯燥难懂、人见人晕。我刚开始学习UML时,也看过一些UML书籍,觉得UML的语法太多、太复杂、太容易混淆了!
在实际工作中,其实经常需要用到的UML语法并不多,而且很容易掌握。当我们在需求分析方面应用UML时,需要掌握的语法更少(在软件设计方面应用UML时需要掌握稍多一点的语法)。“二八原则”在这里完全适用,我们经常用到的UML语法,其实只占全部语法的20%,而本书将会重点介绍实用性强的UML语法。

误区四:UML用途不大。
很多人推崇UML,但也有不少人士不太认可UML。不认可的原因主要是因为一些人士学习UML后,发现在实际工作中发挥的作用并不是很大,有时候不用UML效果更好。
我不敢说UML能帮助我们解决所有问题,至少从我的多年使用经验上来说,UML对于提升我的需求分析能力帮助还是很大的。有人之所以感觉UML不太好用,我觉得原因还是只掌握了UML的形而没有领会UML的神。UML的常用语法可能几天就能学会了,而要真正做到“thinking in UML”却没有这么容易,需要长期的锻炼。

**我的学习经历

**我读大学时没有听说过UML,出来工作两三年后才开始接触UML,当时的感觉就好像找到了新大陆,很想好好发掘一番!而我当时的运气还是相当不错的,我的上司是UML达人,他带领我参加了项目的需求分析工作。我很快就见识了UML威力,在他的言传身教之下,迅速掌握了UML。
在那个项目以后,我便独立担当了多个项目管理及需求分析工作,没有一个项目不应用UML,而且我毫不保留地传授UML知识给项目组的其他成员。多年的工作进一步磨练了自己,对UML在实际工作中的应用有了更深刻的认识,形成自己的一套方法。
我的UML知识绝大部分来自于工作实践,期间虽然也看过一些书籍,但对我的帮助很少。当然我最大的得益还是来自我的UML启蒙老师,他在实际工作中教会了我UML,帮助我踏上自我成长的道路。
我的UML学习最大体会就是:实践太重要了!如果有名师指导则会让你事半功倍!希望本书能成为你在实际工作中学习和应用UML的好帮手!

UML学习难点
学UML之难,不在于学习语法,关键是要改变思维习惯。UML是一种新的工具,但同时也是代表了一种新的先进的思考方法,如果不能掌握这样的方法,只能学到了UML的形,而没有掌握其神髓。
要用好UML,你需要在平时多多培养下面的能力:

  1. 书面表达能力。
  2. 归纳总结能力。
  3. “面向对象”的思维能力和抽象能力。
    平时你可以利用各种机会来提升第1和第2种能力,如多写写项目文档、写写日记或博客等,多思考和总结平时自己的工作得失等。
    第3种能力说起来有点虚,大家在大学中可能也学过相关知识。训练这种能力的最好方法就是多应用类图,我们将会在类图的章节再重点介绍,通过实例来体会什么才叫“面向对象”!
    本书将会重点培养你的这三种能力,只要你有进步之心,多练习、多实践、多思考、多总结,一定会取得长足进步!

 

1.5 小结和练习

 

小结

本章的主要目标是让你不需要阅读全书的情况下,就可以了解到UML的全貌,大概知道UML各种图的用途,同时给你说明学习UML的难点,为最终活用UML做好准备。下面我们一起来复习一下本章的主要内容:
UML是Unified Modeling Language的简称,是软件开发界的一套标准,UML不仅可用于软件设计,也可以用于软件需求分析。但UML并不是强制标准,我们应该善用包括UML在内的各种标准来提高我们的水平。
UML可分为两类:结构型、行为型,结构性的UML有:类图、对象图、构件图、部署图、包图,行为型的图有活动图、状态机图、顺序图、通信图、用例图、时间图。
类图是业务概念模型分析的有利武器,也是面向对象分析能力的强有力训练工具。
对象图在需求分析工作中并不常用。
构件图、部署图是分析IT基础架构、软件架构等方面需求的有利分析工具,但需要你具备IT基础架构、软件设计方面的知识和经验。
包图可用来组织类图,在需求分析工作中应用的机会不是很大。
活动图、状态机图、顺序图是分析业务流程的强力武器。活动图的表达思路与流程图很类似,很容易掌握,而且大部分情况下都可以使用活动图来分析业务流程;某流程如果是围绕某个物品进行,该物品在流程中转换多种状态,那么使用状态机图来分析是首选;用顺序图来分析的好处是能清晰表达整个过程所参与的角色,角色与角色之间的关系,各角色是如何被卷入这个过程当中的。
通信图可以看作是顺序图的另外一种表达形式,顺序图更强调先后顺序,通信图更强调相互之间的关系。而从我的工作经验看,顺序图更加实用一点。
有人会将用例图称作“公仔图”,用例图表达的是什么角色通过软件系统能做什么事情,我们可以使用用例图系统地表达软件系统的绝大部分需求。
时间图是表示某东西的状态随时间变化而变化的一种图,我在实际工作中很少有机会能用到这种图。
学UML之难,不在于学习语法,避免陷入UML的认识误区,多练习、多实践,培养良好的“think in UML”思想,锻炼面向对象分析的能力,成为活用UML的需求分析高手不远矣!

练习

1. 请你根据自己的实际情况,填写“你的UML斤两”调查表,此表能帮助你认识自己的UML水平。
选择最接近你情况的选项填写下表:
A. 还没有听说过该UML图,就算听说过也不了解具体情况。
B. 了解该UML图,但还没有在实际工作中应用过。
C. 在实际工作中能看懂这种UML图。
D. 在实际工作中能画出该UML图。
E. 对该UML图非常熟悉,能在工作中熟练运用。
F. 对该UML图非常熟悉,能在工作中熟练运用,而且能指导别人在实际工作中活用此UML图。
图片 14

表 1.2  你的UML斤两调查表

  1. 根据上题的调查情况,请你为自己设定UML的学习目标。
    3. 书面表达能力是很重要的一种能力,良好的书面表达能力能让你更好地学习和应用UML,此题目训练和测试你的书面表达能力。下面题目请至少选择一题完成:
    a) 选择你最熟悉的一个项目,简明扼要地描述出该系统能做什么事情。
    b) 总结你最近一个月的主要工作,简明扼要地表达出来。
    c) 总结你最近一个月的学习情况,简明扼要地表达出来。
    将你的总结给至少一位不了解你总结内容的朋友看,你不要加任何解释,看看你的朋友能不能读懂你写的内容。根据你朋友的反馈,思考如何改进你的书面表达能力。

 

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样章含本书1-3章全部内容,有数万字和几十个图。

 

作者:
张传波,网名:Fireball(火球)
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