用UML描述Java類(1)

2019-11-17 04:57:48

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供稿：網友

java程序員的角度闡述UML和對象建模問題，是一個深入淺出的實用性介紹。雖然從歷史和基本理念方面來探討UML非常吸引人，但我們還是直接從Java代碼開始，看看UML如何描述Java類，再在敘述過程中插入一些歷史和基本理念方面的知識。

UML類圖

在Java中，我們用下面的代碼聲明兩個公用類，每一個Java類放入一個文件，文件的名字就是Java類的名字加上擴展名.java：public class Person{}

public class Organization{} UML是Unified Modeling Language的縮寫，即“統一建模語言”。與Java不同，UML是一種圖形化的建模“語言”，它用一個矩形來表示一個類，在矩形的內部寫上類的名稱，一個類圖可以放入多個類。用矩形表示類，是UML中U（Unified）起的作用。在UML的第一個版本出現，每一個對象建模專家都有自己的一套符號，一些人用點表示類，一些人用圓圈表示類，還有一些人用圓角矩形表示類。顯然，這很輕易引起混亂。后來，Rational公司的三個專家——Grady Booch、James Raumbaugh、Ivar Jacobson達成了一致意見，同意“統一”他們各自使用的符號，UML終于創立，符號之爭也終于落下了帷幕。圖一就是上面兩個Java類的UML類圖：

用UML描述Java類(1)（圖一）

圖一有二個類的簡單類圖假如要描述一系列類的內部結構以及它們相互之間的關系，UML類圖是非常有用的。例如，在許多書籍中，我們可以看到作者用類圖來描述各個類之間的關系。

顯然，空的類沒有什么實際意義。我們要為Person類加上一些實例變量和簡單的方法。下面是Person類的代碼，已經過簡化處理，不含任何注釋： public class Person {

PRivate String name;

private String socialSecurityNumber;

private Date dateOfBirth;

private String emailAddress;

public String getName() { return name; }

public void setName(String name) { this.name = name; }

public String getSocialSecurityNumber()

{ return socialSecurityNumber; }

public void setSocialSecurityNumber(String socialSecurityNumber)

{ this.socialSecurityNumber = socialSecurityNumber; }

public Date getDateOfBirth() { return dateOfBirth; }

public void setDateOfBirth(Date dateOfBirth)

{ this.dateOfBirth = dateOfBirth; }

public int calcAgeInYears()

{/*not implemented yet*/return 0;}

} 圖二顯示了Person類的UML圖。可以看到，UML用“+”和“-”符號分別表示public和private修飾符。UML只顯示操作和屬性類型之類的特征信息，操作的結果在行未的冒號之后聲明。用UML描述Java類(1)（圖二）

圖二在UML類圖中描述屬性和方法

由于UML類圖不包含方法的具體實現，所以在UML類圖中查看屬性和方法等基本信息要比直接查看Java源代碼更方便一些。在創建UML圖時，人們經常忽略或隱藏各種細節信息，以便查看和把握類的整體結構。例如，UML類圖經常只顯示出屬性和操作的名稱，簡單的訪問器方法（諸如getXXX()、setXXX()之類的方法）也經常不顯示出來。圖三就是簡化圖二得到的結果。

用UML描述Java類(1)（圖三）

圖三經過簡化的Person類UML圖圖三清楚地顯示出了Person類主要的屬性和方法。但是，單個類的UML圖還不是很有用。只有包含多個類且描述了多個類之間關系的UML圖，才具有實用意義。UML用兩個類之間的連線來表示兩者之間的關系，不同的線型表示不同的關系，在UML類圖中最常見的關系是關聯關系。

關聯關系前面Person類的屬性都是簡單類型（Primitive Type），或者說是Java直接提供的標準類型。現在來考慮下面的代碼片斷，它增加了一個對Organization實例的引用：

public class Person {...

private Organization employer;

...

}

引用的名稱是employer，意味著這里的Organization代表著Person的雇主。圖四顯示了如何在UML中描述這種關系：用UML描述Java類(1)（圖四）

圖四兩個類之間的關聯關系兩個類之間的連線表示Person類對Organization類有一種依靠關系。這條線是一條實線（而不是虛線），表示這種依靠關系是一種關聯。
如有必要，關聯關系可顯示出角色、多重性、關聯方向等屬性。圖四的關聯關系顯示出Organization對象在該關系中是雇主的角色，“0..1”表示每一個Person類的對象最多和一個Organization類的對象有關系，也可能和0個Organization對象有關系（即Person對Organization的引用可設置為null）。開叉的箭頭表示Person類擁有對Organization的引用，而不是Organization擁有對Person的引用。 QQread.com 推出各大專業服務器評測 linux服務器的安全性能 SUN服務器 HP服務器 DELL服務器 IBM服務器聯想服務器浪潮服務器曙光服務器同方服務器華碩服務器寶德服務器 多重性

多重性回答這樣一個問題：在一個關系中，每個類各有多少對象參與其中？常見的多重性如圖五所示。

用UML描述Java類(1)（圖五）

圖五常見的多重性及其含義

前面我們已經看到了Java代碼中0..1多重性的實例。不難猜測，多重性為“1”意味著一個類對另一個類的引用不能為null（一般是這樣一種情形：引用的值在構造函數中初始化，且在所有相關的set方法中禁止把該引用設置為null）。

值為“1..*”和“0..*”的多重性稍微復雜一點。在Java中，實現這類多重性的途徑之一是使用某種集合類，例如Vector，來保存可能需要用到的多個引用：

多重性回答這樣一個問題：在一個關系中，每個類各有多少對象參與其中？常見的多重性如圖五所示。前面我們已經看到了Java代碼中0..1多重性的實例。不難猜測，多重性為“1”意味著一個類對另一個類的引用不能為null（一般是這樣一種情形：引用的值在構造函數中初始化，且在所有相關的set方法中禁止把該引用設置為null）。值為“1..*”和“0..*”的多重性稍微復雜一點。在Java中，實現這類多重性的途徑之一是使用某種集合類，例如Vector，來保存可能需要用到的多個引用：

ClassA{

...

Vector classB; // 保存B類對象引用的Vector

...

}

對于“1..*”多重性，Java程序必須確保Vector至少包含一項內容。

在有些關系中，多重性的值可以是某個精確的范圍或數字。例如，一個小孩最多有兩個生物學意義上的健在雙親，即它的多重性可表示為“0..2”。用Java代碼描述這種關系時，程序必須帶有確保Parent對象實例少于或等于2個的約束。

一個UML關聯加上多重性、角色、關聯方向之后，能夠描述出大量信息，遠比一大堆Java源代碼簡潔和直觀。雖然UML圖沒有說明關系的具體實現方式，但它能夠充分地說明關系的意義和作用。圖六顯示了標注多重性、角色名稱之后的雇傭關系，它表示一個Person可以為多個Organization工作，一個Organization可以雇傭多個Person。

用UML描述Java類(1)（圖六）

圖六雙向關聯關系聚合與合成關聯只是UML中的關系之一。下面我們來看看UML中的其他兩種關系——聚合（Aggregation）和合成（Composition)，它們實際上是關聯關系的不同變種。聚合是這樣一種關聯關系，在這種關系中一個類的對象代表著另一個類的對象的一部分，有的人因此也把聚合關系叫做“全體-部分”關系。聚合關系用實線空心菱形箭頭表示，箭頭由表示Part的類指向表示Whole的類，參見圖七。用UML描述Java類(1)（圖七）

圖七聚合與合成

那么，在Java程序中聚合關系又是什么樣的呢？答案是：這要看你在問誰。聚合是一個有爭議的概念，表達的是一種生命周期依靠關系。有人根據習慣認為，聚合意味著Whole類必須負責創建和拆除Part類的對象；但也有人為聚合關系下了更寬松的定義。
到底應該怎么理解，你最好能夠在合作者之間取得一致意見和約定，避免混淆。

合成是一種較強的聚合關系。這兩種關系基本相似，不同之處在于，在合成關系中，Part的對象任何時候只能從屬于一個Whole對象，也就是說，必須用Java代碼確保這種唯一的從屬關系。

前面我們已經看到，類的屬性、操作以及各個類之間的關系可以用UML類圖來描述。然而，對于Java類里面的對象引用，什么時候應該把它當作關聯關系、什么時候把它當作屬性，這一點還沒有搞清楚。答案是：要在哪一個層次交流信息，UML圖就應該具體到哪一個層次。有些時候，即使是簡單的對象，也最好畫出它的類圖，把其他類對它的引用描述成關聯關系；另一些時候，可能需要把對象引用表示成屬性，甚至從類圖完全省略對該對象的引用，以便在類圖中突出顯示其他更重要的類和關系。大多數的UML工具軟件都提供了隱藏UML類圖各種細節信息的機制。

獲得UML圖一般有兩種辦法，手工設計UML圖（在此基礎上可由UML工具生成Java應用的骨架代碼），或者用工具分析Java源代碼（甚至字節碼）獲得UML圖。一些優秀的UML工具能夠在你繪制UML圖的同時生成Java代碼，在你編輯Java代碼的同時更新UML圖。例如TogetherSoft的Together ControlCentre，本文的UML圖就是用這個工具繪制的，有免費版Together Community Edition可供試用。

（責任編輯：銘銘)

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