解析UML的面向对象分析与设计

经常听到有朋友抱怨，说学了UML不知该怎么用，或者画了UML却觉得没什么作用。其实，就UML本身来说，它只是一种交流工具，它作为一种标准化交流符号，在OOA&D过程中开发人员间甚至开发人员与客户之间传递信息。另外，UML也可以看做是OO思想的一种表现形式，可以说“OO是神，而UML是型”。所以，想用好UML，扎实的OO思想基础是必不可少的。然而，在UML应用到开发过程中时，还是有一定的模式可以遵循的。（注意，是模式而不是教条，我下面给出的流程只是一个启发式过程，而不是说一定要遵循这个流程。）下面，我们通过一个CMS系统的分析设计实例，看看如何将UML应用到实际的开发中。

　　从需求到业务用例图

　　OOA&D的第一步，就是了解用户需求，并将其转换为业务用例图。我们的CMS系统需求非常简单，大致课做如下描述：这个系统主要用来发布新闻，管理员只需要一个，登录后可以在后台发布新闻。任何人可以浏览新闻，浏览者可以注册成为系统会员，注册后可对新闻进行评论。管理员在后台可以对新闻、评论、注册会员进行管理，如修改、删除等。

　　通过以上需求描述，我们画出如下的业务用例图：

　　这里要注意三点：

　　1.业务用例是仅从系统业务角度关注的用例，而不是具体系统的用例。它描述的是“该实现什么业务”，而不是“系统该提供什么操作”。例如，在实际系统中，“登录”肯定要作为一个用例，但是这是软件系统中的操作，而用户所关注的业务是不包含“登录”的。

　　2.业务用例仅包含客户“感兴趣”的内容。

　　3.业务用例所有的用例名应该让客户能看懂，如果某个用例的名字客户看不懂什么意思，它也许就不适合作为业务用例。

　　从业务用例图到活动图

　　完成了业务用例图后，我们要为每一个业务用例绘制一幅活动图。活动图描述了这个业务用例中，用户可能会进行的操作序列。活动图有个很重要的使命：从业务用例分析出系统用例。例如，下面是“新闻管理”的活动图：

　　可以看到，一个“新闻管理”这个业务用例，分解出N多系统操作。这里要特别注意这些操作，其中很多“活动”都很可能是一个系统用例（当然，不是每个都是）。例如，由这个活动图可以看出，系统中至少要包含以下备选系统用例：登录、注销登录、查看新闻列表、修改新闻、删除新闻。

　　这样，将每个业务用例都绘制出相应的活动图，再将其中的“活动”整合，就得出所有备选系统用例。

　　从活动图到系统用例图

　　找出所有的备选系统用例后，我们要对他们进行合并和筛选。合并就是将相同的用例合并成一个，筛选就是将不符合系统用例条件的备选用例去掉。

　　一个系统用例应该是实际使用系统的用户所进行的一个操作，例如，“查看新闻列表”就不能算一个系统用例，因为他只是某系统用例的一个序列项。

　　为了方便、高效地进行面向对象分析和设计，UML（UnifiedModelingLanguage）被创造出来。UML是一种功能强大的、面向对象分析的可视化系统分析的建模语言，它采用一整套成熟的建模技术，广泛地适用于各个应用领域。运用UML进行面向对象分析设计，通常都要经过下述三个步骤。（1）识别系统的用例和角色。首先要对项目进行需求调研，分析项目的业务流程图和数据流程图，以及项目中涉及的各级操作人员，识别出系统中的所有用例和角色；接着分析系统中各角色和用例见的联系，使用UML建模工具画出系统的用例图；最后，勾画系统的概念层次模型，借助UML建模工具描述概念层的类和活动图。（2）进行系统分析并抽象出类。系统分析的任务是找出系统的所有要求并加以描述，同时建立特定领域模型。从实际需求抽象出类，并描述各个类之间的关系。（3）设计系统，并设计系统中的类及其行为。设计阶段由结构设计和详细设计组成。结构设计是高层设计，其任务是定义包（子系统）、包间的依赖关系和主要的通信机制。包有利于描述系统的逻辑组成以及各个部分之间的依赖关系。详细设计主要用来细化包的内容，清晰描述所有的类，同时使用UML的动态模型描述在特定环境下这些类的实例的行为。

　　UML的特点UML具有以下特点[1]：

　　(1)面向对象。UML支持面向对象技术的主要概念，提供了一批基本的模型元素的表示图形和方法，能简洁明了地表达面向对象的各种概念。(2)可视化，表示能力强。通过UML的模型图能清晰地表示系统的逻辑模型和实现模型。可用于各种复杂系统的建模。(3)独立于过程。UML是系统建模语言，独立于开发过程。(4)独立于程序设计语言。用UML建立的软件系统模型可以用java、VC++、SmalltaIk等任何一种面向对象的程序设计来实现。(5)易于掌握使用。UML图形结构清晰，建模简洁明了，容易掌握使用。使用UML进行系统分析和设计，可以加速开发进程，提高代码质量，支持动态的业务需求。UML适用于各种规模的系统开发。能促进软件复用，方便地集成已有的系统，并能有效处理开发中的各种风险。

　　最终我们得出的系统用例图如下：

　　从系统用例图到用例规约

　　得出系统用例图后，我们应该对每一个系统用例给出用例规约。关于用例规约，没有一个通用的格式，大家可以按照习惯的格式进行编写。对用例规约唯一的要求就是“清晰易懂”。

　　下面给出“登录”这个系统用例的一个规约：

　　业务领域类图

　　完成了上面几步，下面应该是绘制业务领域类图了。所谓业务领域类图要描述一下三点：

　　1.系统中有哪些实体。

　　2.这些实体能做什么操作。

　　3.实体间的关系。

　　这里要特别强调：这里的实体不是Actor，而是Actor使用系统时使用的所调用的实体，是处在系统边界之内的实体。例如，管理员就没有作为一个实体出现在这里，因为管理员处在系统边界之外，它所有的工作都可以通过调用这三个类的方法完成。并且，这里的“注册会员”实体也不是刚才用例图中注册会员这个Actor，而是作为一个系统内的业务实体，供Actor们使用的。例如，其中的注册功能是给注册会员这个Actor使用，而移除则是给管理员这个Actor使用的。

　　理解以上这段话非常重要，我经常看到由于混淆了实体和Actor的关系而导致画出的领域类图不准确或职责分配不准确。

　　大家可能还注意到，我们这里没有给出每个实体的属性。其实，在领域分析阶段，实体的属性并不重要，重要的是找出实体的操作。

　　实现类图

　　以上这几步，就是分析的过程。而下面的步骤就是设计了。

　　设计没有分析那么好描述，因为分析是“客户面”，它只关心系统本身的功能和业务，而不关心任何和计算机有关的东西。但是，设计和平台、语言、开发模型等内容关系紧密，因而很难找出一个一致的过程。但是，一般在设计过程中实现类图是要绘制的。

　　实现类图和领域类图不一样，它描述的是真正系统的静态结构，是和最后的代码完全一致的。因此，它和平台关系密切，必须准确给出系统中的实体类、控制类、界面类、接口等元素以及其中的关系。因此，实现类图是很复杂的，而且是平台技术有关的。所以，我在这里不可能给出一个准确的实现类图，不过为了描述，我还是给出一个简化了的实现类图，当然，它是不准确的，而只是从形式上给出实现类图的样子。

　　我们假设这个系统建构于.NET3.5平台上，并且使用ASP.NETMVC作为表示层，整体使用三层架构。那么，用户模块体系的实现类图大体是这样子（不准确）：

　　序列图

　　有了静态结构，我们还要给出动态结构，这样，才能看清系统间的类是如何交互的，从而有效帮助程序员进行编码工作。

　　上图给出的是用户登录的序列图。首先注册会员作为Actor，调用UserController的Login方法启动序列，然后序列按图示步骤执行。其中UserServices作为业务组件，首先调用数据访问组件的GetByName确定用户是否存在，如果存在，再调用GetByNameAndPassword确定输入密码是否是此用户的密码。从而完成业务功能。

　　要注意，序列图在实际中是很多的，几乎每个类方法都配有相应的序列图。

　　最后的步骤

　　在完成了上面的过程后，就可以进行编码、调试、测试等工作了。但这些已经超出了本文讨论的范围。

　　总结

　　本文简要给出了使用UML进行OOA&D的过程。当然，由于示例较小，而且本人水平有限，所以给出的相关内容可能不是很准确。而且软件分析设计本来就不是一个固定模式的过程，随着系统的不同整个过程会有变化。本文只是想起到一个抛砖引玉的作用，让朋友们大致了解UML的使用流程。至于实际的分析设计，还需要深入的学习和实践的积累。