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用UML描述Java类
作者：仙人掌工作室    本文选自：赛迪网
本文从Java程序员的角度阐述UML和对象建模问题，是一个深入浅出的实用性介绍。虽然从历史和基本理念方面来探讨UML非常吸引人，但我们还是直接从Java代码开始，看看UML如何描述Java类，再在叙述过程中插入一些历史和基本理念方面的知识。

UML类图


在Java中，我们用下面的代码声明两个公用类，每一个Java类放入一个文件，文件的名字就是Java类的名字加上扩展名.java：

 

public class Person{}
public class Organization{}


UML是Unified Modeling Language的缩写，即“统一建模语言”。与Java不同，UML是一种图形化的建模“语言”，它用一个矩形来表示一个类，在矩形的内部写上类的名称，一个类图可以放入多个类。用矩形表示类，是UML中U（Unified）起的作用。在UML的第一个版本出现，每一个对象建模专家都有自己的一套符号，一些人用点表示类，一些人用圆圈表示类，还有一些人用圆角矩形表示类。显然，这很容易引起混乱。后来，Rational公司的三个专家——Grady Booch、James Raumbaugh、Ivar Jacobson达成了一致意见，同意“统一”他们各自使用的符号，UML终于创立，符号之争也终于落下了帷幕。图一就是上面两个Java类的UML类图：



图一：有二个类的简单类图


如果要描述一系列类的内部结构以及它们相互之间的关系，UML类图是非常有用的。例如，在许多书籍中，我们可以看到作者用类图来描述各个类之间的关系。

显然，空的类没有什么实际意义。我们要为Person类加上一些实例变量和简单的方法。下面是Person类的代码，已经过简化处理，不含任何注释：

 

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;}
}


图二显示了Person类的UML图。可以看到，UML用“+”和“-”符号分别表示public和private修饰符。UML只显示操作和属性类型之类的特征信息，操作的结果在行未的冒号之后声明。



图二：在UML类图中描述属性和方法


由于UML类图不包含方法的具体实现，所以在UML类图中查看属性和方法等基本信息要比直接查看Java源代码更方便一些。在创建UML图时，人们常常忽略或隐藏各种细节信息，以便查看和掌握类的整体结构。例如，UML类图常常只显示出属性和操作的名称，简单的访问器方法（诸如getXXX()、setXXX()之类的方法）也常常不显示出来。图三就是简化图二得到的结果。



图三：经过简化的Person类UML图


图三清楚地显示出了Person类主要的属性和方法。但是，单个类的UML图还不是很有用。只有包含多个类且描述了多个类之间关系的UML图，才具有实用意义。UML用两个类之间的连线来表示两者之间的关系，不同的线型表示不同的关系，在UML类图中最常见的关系是关联关系。

关联关系


前面Person类的属性都是简单类型（Primitive Type），或者说是Java直接提供的标准类型。现在来考虑下面的代码片断，它增加了一个对Organization实例的引用：

 

public class Person {
    ...
    private Organization employer;
    ...
}


引用的名称是employer，意味着这里的Organization代表着Person的雇主。图四显示了如何在UML中描述这种关系：



图四：两个类之间的关联关系


两个类之间的连线表示Person类对Organization类有一种依赖关系。这条线是一条实线（而不是虚线），表示这种依赖关系是一种关联。

如有必要，关联关系可显示出角色、多重性、关联方向等属性。图四的关联关系显示出Organization对象在该关系中是雇主的角色，“0..1”表示每一个Person类的对象最多和一个Organization类的对象有关系，也可能和0个Organization对象有关系（即Person对Organization的引用可设置为null）。开叉的箭头表示Person类拥有对Organization的引用，而不是Organization拥有对Person的引用。

多重性


多重性回答这样一个问题：在一个关系中，每个类各有多少对象参与其中？常见的多重性如图五所示。



图五：常见的多重性及其含义


前面我们已经看到了Java代码中0..1多重性的实例。不难猜测，多重性为“1”意味着一个类对另一个类的引用不能为null（一般是这样一种情形：引用的值在构造函数中初始化，且在所有相关的set方法中禁止把该引用设置为null）。

值为“1..*”和“0..*”的多重性稍微复杂一点。在Java中，实现这类多重性的途径之一是使用某种集合类，例如Vector，来保存可能需要用到的多个引用：

 

ClassA
{
 ...
 Vector classB; // 保存B类对象引用的Vector
 ...
}


对于“1..*”多重性，Java程序必须确保Vector至少包含一项内容。

在有些关系中，多重性的值可以是某个精确的范围或数字。例如，一个小孩最多有两个生物学意义上的健在双亲，即它的多重性可表示为“0..2”。用Java代码描述这种关系时，程序必须带有确保Parent对象实例少于或等于2个的约束。

一个UML关联加上多重性、角色、关联方向之后，能够描述出大量信息，远比一大堆Java源代码简洁和直观。虽然UML图没有说明关系的具体实现方式，但它能够充分地说明关系的意义和作用。图六显示了标注多重性、角色名称之后的雇佣关系，它表示一个Person可以为多个Organization工作，一个Organization可以雇佣多个Person。



图六：双向关联关系


聚合与合成


关联只是UML中的关系之一。下面我们来看看UML中的其他两种关系——聚合（Aggregation）和合成（Composition)，它们实际上是关联关系的不同变种。聚合是这样一种关联关系，在这种关系中一个类的对象代表着另一个类的对象的一部分，有的人因此也把聚合关系叫做“全体-部分”关系。聚合关系用实线空心菱形箭头表示，箭头由表示Part的类指向表示Whole的类，参见图七。



图七：聚合与合成


那么，在Java程序中聚合关系又是什么样的呢？答案是：这要看你在问谁。聚合是一个有争议的概念，表达的是一种生命周期依赖关系。有人根据习惯认为，聚合意味着Whole类必须负责创建和拆除Part类的对象；但也有人为聚合关系下了更宽松的定义。到底应该怎么理解，你最好能够在合作者之间取得一致意见和约定，避免混淆。

合成是一种较强的聚合关系。这两种关系基本相似，不同之处在于，在合成关系中，Part的对象任何时候只能从属于一个Whole对象，也就是说，必须用Java代码确保这种唯一的从属关系。

前面我们已经看到，类的属性、操作以及各个类之间的关系可以用UML类图来描述。然而，对于Java类里面的对象引用，什么时候应该把它当作关联关系、什么时候把它当作属性，这一点还没有搞清楚。答案是：要在哪一个层次交流信息，UML图就应该具体到哪一个层次。有些时候，即使是简单的对象，也最好画出它的类图，把其他类对它的引用描述成关联关系；另一些时候，可能需要把对象引用表示成属性，甚至从类图完全省略对该对象的引用，以便在类图中突出显示其他更重要的类和关系。大多数的UML工具软件都提供了隐藏UML类图各种细节信息的机制。

获得UML图一般有两种办法，手工设计UML图（在此基础上可由UML工具生成Java应用的骨架代码），或者用工具分析Java源代码（甚至字节码）获得UML图。一些优秀的UML工具能够在你绘制UML图的同时生成Java代码，在你编辑Java代码的同时更新UML图。例如TogetherSoft的Together ControlCentre，本文的UML图就是用这个工具绘制的，有免费版Together Community Edition可供试用。

结束语：本文就到这里结束。在下一篇文章中，我们将分析如何在UML中表示Java的两个重要概念：继承，接口。
 
　
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