學(xué)習(xí)筆記 揭秘Java與UML交互圖的關(guān)系
前面我們主要討論的是UML類圖，下面我們要討論的是另一種UML圖——交互圖（InteractionDiagram）。交互圖描述的是一組對(duì)象之間的交互過程，或者說，這里我們實(shí)際上要回答這樣一個(gè)問題：“方法調(diào)用過程在UML中怎樣表示？”
Java與UML交互圖
本文將通過一個(gè)非常簡(jiǎn)單的交易系統(tǒng)來說明UML交互圖。這個(gè)系統(tǒng)包含六個(gè)Java類。從前面幾篇文章中，我們已經(jīng)知道UML類圖是分析Java程序結(jié)構(gòu)的有效方法，圖一顯示了這個(gè)交易和支付系統(tǒng)的類圖。為了更清楚地說明各個(gè)類的職能和角色，圖一利用了前面介紹過的彩色類原型表示法。
圖一：一個(gè)簡(jiǎn)單交易系統(tǒng)的UML類圖
如果我們跟蹤任意一個(gè)Java程序的執(zhí)行過程，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)過程包含了一個(gè)或者多個(gè)對(duì)類和對(duì)象的方法調(diào)用。我們通過調(diào)用對(duì)象的方法來尋求特定問題的答案或執(zhí)行一個(gè)特定的動(dòng)作。很多時(shí)候，被調(diào)用的方法還會(huì)調(diào)用其他方法——或者是同一對(duì)象的方法，或者是同一類的其他對(duì)象的方法，或者是其他類的對(duì)象的方法。類似地，這些被調(diào)用的方法又會(huì)繼續(xù)調(diào)用其他方法，直至問題得到了明確的答案或動(dòng)作全部執(zhí)行完畢（或者出現(xiàn)異常，這時(shí)問題將沒有答案或動(dòng)作不能完成）。
UML交互圖以圖形的形式表示出方法調(diào)用過程，它有兩種形式：序列圖（SequenceDiagram）和協(xié)作圖（CollaborationDiagram）。
序列圖
要達(dá)到某個(gè)特定的目標(biāo)，必然要執(zhí)行一系列的方法調(diào)用。UML序列圖的典型用途就是顯示出方法調(diào)用過程。圖二顯示了一個(gè)交易事務(wù)中計(jì)算累計(jì)金額的序列圖，調(diào)用從Sale類的calcTotal()方法開始，相關(guān)的代碼片斷在序列圖之后給出。
術(shù)語說明：UML把操作（Operation）定義為方法的特征（Signature）。“方法”（Method）這一術(shù)語被保留給實(shí)現(xiàn)操作的代碼。但在Java環(huán)境中，“方法”這一術(shù)語的應(yīng)用范圍更廣泛一些。在UML序列圖中，調(diào)用一個(gè)操作就叫做發(fā)送一個(gè)消息（Message）。序列圖實(shí)際上闡述了操作的具體實(shí)現(xiàn)，所以下面我們會(huì)較多地用到“方法”這個(gè)術(shù)語（偶爾也會(huì)用到“消息”這個(gè)術(shù)語）。
圖二：計(jì)算交易總金額的序列圖
為了便于把握序列圖的總體情況，圖一只顯示了方法的名稱。詳細(xì)的序列圖可以顯示出方法的參數(shù)和返回值。在序列圖中，對(duì)象以常規(guī)的UML符號(hào)顯示，即使用與對(duì)象所屬的類一樣的形狀或符號(hào)（默認(rèn)是矩形），再注明對(duì)象的名稱，加上一個(gè)冒號(hào)，再加上相應(yīng)的類名稱。然后再為整個(gè)名字加上下劃線（例如，圖二中的aProduct:Product）。可以省略對(duì)象的名字（例如圖二中的:Sale），也可以省略類的名字（例如圖二的Sender），但兩者都省略顯然是不允許的。如果省略了類的名字，冒號(hào)必須保留。
時(shí)間的流逝方向是從上到下的垂直方向。每一個(gè)對(duì)象有一條順著頁面垂直向下的生命線（Lifeline），緊接著表示對(duì)象的矩形。方法調(diào)用的表示方式是，畫一根從發(fā)出調(diào)用的對(duì)象的生命線指向被調(diào)用對(duì)象生命線的箭頭。只要對(duì)象的任意方法處于執(zhí)行狀態(tài)，對(duì)象的生命線加寬。加寬之后的生命線稱為“活動(dòng)條”（ActivationBar），活動(dòng)條可以嵌套，表示在前一方法的執(zhí)行過程中，又有同一對(duì)象的另一個(gè)方法被調(diào)用，圖二的getQuantity()方法示范了活動(dòng)條嵌套的一個(gè)例子。
方法的返回值可以通過虛線開叉箭頭的形式表示，但這是可選的，例如圖二中從:Sale指向Sender的箭頭。
如果要在一個(gè)對(duì)象的集合上進(jìn)行迭代操作，則在方法的名字前面加上一個(gè)星號(hào)（再在方括號(hào)里面說明循環(huán)條件，可選）。在圖二中，Sale類對(duì)LineItem類對(duì)象的調(diào)用給出了迭代操作的一個(gè)例子。
就象UML類圖一樣，原本需要查看多個(gè)源代碼文件才能了解的信息，通過一個(gè)UML序列圖就可以表示出來。對(duì)已有的代碼實(shí)施反向工程獲得對(duì)應(yīng)的序列圖，可以幫助不熟悉代碼的開發(fā)者快速了解程序的工作流程。
圖三顯示了Sale類complete()方法的序列圖，它對(duì)調(diào)用次序（消息）進(jìn)行了編號(hào)。complete()方法調(diào)用了Sale類的另外兩個(gè)方法，即calcTotal()和calcPayments()。圖三用環(huán)形的回調(diào)符號(hào)表示一個(gè)對(duì)象正在調(diào)用它自身的方法。
圖三：完成一次交易的序列圖
如果序列圖很大，可能出現(xiàn)一個(gè)屏幕無法顯示出來的情況。在圖三中，通過設(shè)置建模工具TogetherControlCenter的選項(xiàng)面板，類的名稱不再和對(duì)象名稱并列顯示，而是顯示在對(duì)象名稱的下方，減少了顯示對(duì)象所需的水平空間。如果類的名稱很長，用這種顯示方式可以有效地縮減圖形寬度，一般能夠改善圖形的可讀性。然而，如果要嚴(yán)格遵從最新的UML規(guī)范，類的名稱必須和對(duì)象名稱并列放置，中間用冒號(hào)分隔，如圖二所示。
complete()方法調(diào)用了calcTotal()方法，圖二顯示的calcTotal()序列是圖三complete()序列的結(jié)果。如果要簡(jiǎn)化圖三，我們可以省略圖三的Product對(duì)象以及它與LineItem對(duì)象的交互，讓讀者在查看這部分內(nèi)容時(shí)參考圖二。和類圖中面臨的細(xì)節(jié)處理問題一樣，到底是否要省略（或者說，詳細(xì)到哪種程度），也必須根據(jù)用戶的需要而定。例如，一些序列圖的讀者可能希望注明各種標(biāo)準(zhǔn)的Java類，例如迭代器、封裝器、集合類等。雖然序列圖可以顯示出要用到的循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)，但通常而言，這一層次的細(xì)節(jié)最好讓讀者在序列圖的指導(dǎo)下通過閱讀Java源代碼獲得。
圖四是利用TogetherControlCenter對(duì)Sale類的complete()實(shí)施反向工程，并要求它給出所有細(xì)節(jié)信息所得到的序列圖。對(duì)于大多數(shù)人來說，這里的細(xì)節(jié)信息可能太多了一點(diǎn)。但是，圖四也說明了一個(gè)問題，正如exception對(duì)象所顯示的：在序列執(zhí)行期間創(chuàng)建的對(duì)象畫在它被創(chuàng)建的位置，而不是序列圖的頂端。
圖四：利用工具生成的詳細(xì)序列圖
就象我們?cè)谟懻擃悎D時(shí)遇到的情況一樣，UML規(guī)范為序列圖也提供了大量有細(xì)微差別的符號(hào)，不過本文說明的符號(hào)已經(jīng)足以讓你入門了。#p#
協(xié)作圖
UML交互圖的另一種形式是協(xié)作圖（CollaborationDiagram）。協(xié)作圖和序列圖在語義上相同，但協(xié)作圖排列對(duì)象的方式比較自由，完全由繪圖者的喜好決定。在協(xié)作圖中，交互動(dòng)作的次序由消息的編號(hào)決定。一些人偏愛這種繪圖方式，許多功能比較完善的UML工具允許用戶將一個(gè)圖在協(xié)作圖符號(hào)和序列圖符號(hào)之間來回轉(zhuǎn)換。一些開發(fā)者建議，用協(xié)作圖來顯示組件之間的交互過程，用序列圖來顯示組件內(nèi)部各個(gè)類的交互過程。圖五顯示的協(xié)作圖等價(jià)于圖二顯示的序列圖，圖六的協(xié)作圖和圖四的序列圖一樣。
圖五：與圖二等價(jià)的協(xié)作圖
圖六：與圖四等價(jià)的協(xié)作圖
結(jié)束語：
在實(shí)踐中，許多必需的交互序列可以隱含在類圖之中，特別是類圖用類原型和Stereotype來表示特定的行為和交互模式之時(shí)。UML交互圖把原本隱含的交互過程明確地表達(dá)出來，同時(shí)也明確地說明了原本在類圖中不明確的交互過程。換句話說，UML交互圖是對(duì)傾向于描述靜態(tài)特征的類圖的補(bǔ)充，使得對(duì)象的動(dòng)態(tài)交互過程明確化。
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