概述
UML 是让系统可视化、让规格和设计文档化的表现方法,它是 Unified Modeling Language(统一建模语言)的简称。
本书使用 UML 来表现各种设计模式中类和接口的关系,所以我们在这里稍微了解一下 UML,以方便后面的阅读。但是请大家注意,在说明中我们使用的是 Java 语言的术语。例如讲解时我们会用 Java 中的“字段”(field)取代 UML 中的“属性”(attribute),用 Java 中的“方法”(method)取代 UML 中的“操作”(operation)。
类图
UML 中的类图(Class Diagram)用于表示类、接口、实例等之间相互的静态关系。虽然名字叫作类图,但是图中并不仅仅只有类。
类与层次结构
Java 程序及其对应的类图。
abstract class ParentClass {
int field1;
static char field2;
abstract void methodA();
double methodB() {
// ...
}
}
class ChildClass extends ParentClass {
void methodA() {
// ...
}
static void methodC() {
// ...
}
}
该图展示了 ParentClass
和 ChildClass
两个类之间的关系,其中的空心箭头表明了两者之间的层次关系。箭头由子类指向父类,换言之,这是表示继承(extends)的箭头。
ParentClass
是 ChildClass
的父类,反过来说,ChildClass
是 ParentClass
的子类。父类也称为基类或超类,子类也称为派生类。
图中的长方形表示类,长方形内部被横线自上而下分为了如下 3 个区域。
- 类名
- 字段名
- 方法名
有时,图中除了会写出类名、字段名和方法名等信息外,还会写出其他信息(可见性、方法的参数和类型等)。反之,有时图中也会省略所有不必要的项目 ( 因此,我们无法确保一定可以根据类图生成源程序 ) 。
abstract
类(抽象类)的名字以斜体方式显示。例如,在 上图 中 ParentClass
是抽象类,因此它的名字以斜体方式显示。
static
字段(静态字段)的名字带有下划线。例如,在图 上图 中 field2
是静态字段,因此名字带有下划线。
abstract
方法(抽象方法)的名字以斜体方式显示。例如,在图 上图 中 methodA
是抽象方法,因此它以斜体方式显示。
static
方法(静态方法)的名字以下划线显示。例如,在图 上图 中 ChildClass
类的 methodC 是类的静态方法,因此它的名字带有下划线。
接口与实现
该图表示 PrintClass
类实现了 Printable
接口。空心箭头代表了接口与实现类的关系,箭头从实现类指向接口。换言之,这是表示实现(implements
)的箭头。
UML 以 <
interface Printable {
abstract void print();
abstract void newPage();
}
class PrintClass implements Printable {
void print() {
// ...
}
void newPage() {
// ...
}
}
聚合
class Color {
// ...
}
class Fruit {
Color color;
// ...
}
class Basket {
Fruit[] fruits;
// ...
}
该图展示了 Color
(颜色)、Fruit
(水果)、Basket
(果篮)这 3 个类之间的关系。Basket
类中的 fruits
字段是可以存放 Fruit
类型数据的数组,在一个 Basket
类的实例中可以持有多个 Fruit
类的实例;Fruit
类中的 color
字段是 Color
类型,一个 Fruit
类实例中只能持有一个 Color
类的实例。通俗地说就是在篮子中可以放入多个水果,每个水果都有其自身的颜色。
我们将这种“持有”关系称为聚合(aggregation)。只要在一个类中持有另外一个类的实例——无论是一个还是多个——它们之间就是聚合关系。就程序上而言,无论是使用数组、java.util.Vector
或是其他实现方式,只要在一个类中持有另外一个类的实例,它们之间就是聚合关系。
在 UML 中,我们使用带有空心菱形的实线表示聚合关系,因此可以进行联想记忆,将聚合关系想象为在空心菱形的器皿中装有其他物品。
可见性(访问控制)
class Something {
private int privateField;
protected int protectedField;
public int publicField;
int packageField;
private void privateMethod() {
}
protected void protectedMethod() {
}
public void publicMethod() {
void packageMethod() {
}
}
该图标识出了方法和字段的可见性。在 UML 中可以通过在方法名和字段名前面加上记号来表示可见性。
“+”表示 public
方法和字段,可以从类外部访问这些方法和字段。
“-”表示 private
方法和字段,无法从类外部访问这些方法和字段。
“#”表示 protect
方法和字段,能够访问这些方法和字段的只能是该类自身、该类的子类以及同一包中的类。
“~”表示只有同一包中的类才能访问的方法和字段。
类的关联
可以在类名前面加上黑三角表示类之间的关联关系
时序图
UML 的时序图(sequence diagram)用来表示程序在工作时其内部方法的调用顺序,以及事件的发生顺序。
类图中表示的是“不因时间流逝而发生变化的关系(静态关系)”,时序图则与之相反,表示的是“随时间发生变化的东西(动态行为)”。
class Client {
Server server;
void work() {
server.open();
server.print("Hello");
server.close();
}
// ...
}
class Server {
Device device;
void open() {
// ...
}
void print(String s) {
device.write(s);
// ...
}
void close() {
// ...
}
// ...
}
class Device {
void write(String s) {
// ...
}
}
右侧是时序图示例,左侧是与之对应的代码片段
该图中共有 3 个实例,如图中最上方的 3 个长方形所示。在长方形内部写有类名,类名跟在冒号(:)之后,并带有下划线,如 :Client
、:Server
、:Device
,它们分别代表 Client
类、Server
类、Device
类的实例。
如果需要,还可以在冒号(:
)之前表示出实例名,如 server:Server
。
每个实例都带有一条向下延伸的虚线,我们称其为生命线。这里可以理解为时间从上向下流逝,上面是过去,下面是未来。生命线仅存在于实例的生命周期内。
在生命线上,有一些细长的长方形,它们表示实例处于某种活动中。
横方向上有许多箭头,请先看带有 open
字样的箭头。黑色实线箭头(→)表示方法的调用,这里表示 client
调用 server
的 open
方法。当 server
的 open
方法被调用后,server
实例处于活动中,因此在 open
箭头处画出了一个细长的长方形。
而在 open
箭头画出的长方形下方,还有一条指向 client
实例的虚线箭头(<---),它表示返回 open 方法。在上图中,我们画出了所有的返回箭头,但是有些时序图也会省略返回箭头。
由于程序控制已经返回至 client
,所以表示 server
实例处于活动状态的长方形就此结束了。
接着,client
实例会调用 server
实例的 print
方法。不过这次不同的是在 print
方法中,server
会调用 device
实例的 write
方法。
这样,我们就将多个对象之间的行为用图示的方式展示出来了。时序图的阅读顺序是沿着生命线从上至下阅读。然后当遇到箭头时,我们可以顺着箭头所指的方向查看对象间的协作。