深入剖析UML動態(tài)建模機制中的四種動態(tài)模型
本節(jié)和大家一起學習一下UML動態(tài)建模機制，主要向大家描述一下UML的四個動態(tài)模型，相信通過本節(jié)的介紹大家對UML動態(tài)建模機制一定會有深刻的認識。
標準建模語言UML動態(tài)建模機制
1.消息
在面向對象技術中,對象間的交互是通過對象間消息的傳遞來完成的。在UML的四個動態(tài)模型中均用到消息這個概念。通常,當一個對象調用另一個對象中的操作時,即完成了一次消息傳遞。當操作執(zhí)行后,控制便返回到調用者。對象通過相互間的通信(消息傳遞)進行合作,并在其生命周期中根據(jù)通信的結果不斷改變自身的狀態(tài)。
在UML中,消息的圖形表示是用帶有箭頭的線段將消息的發(fā)送者和接收者聯(lián)系起來,箭頭的類型表示消息的類型,如圖2所示。
UML定義的消息類型有三種:
簡單消息(SimpleMessage)表示簡單的控制流。用于描述控制如何在對象間進行傳遞,而不考慮通信的細節(jié)。
同步消息(SynchronousMessage)表示嵌套的控制流。操作的調用是一種典型的同步消息。調用者發(fā)出消息后必須等待消息返回,只有當處理消息的操作執(zhí)行完畢后,調用者才可繼續(xù)執(zhí)行自己的操作。
異步消息(AsynchronousMessage)表示異步控制流。當調用者發(fā)出消息后不用等待消息的返回即可繼續(xù)執(zhí)行自己的操作。異步消息主要用于描述實時系統(tǒng)中的并發(fā)行為。
2.狀態(tài)圖
UML動態(tài)建模***種動態(tài)模型狀態(tài)圖(StateDiagram)用來描述一個特定對象的所有可能狀態(tài)及其引起狀態(tài)轉移的事件。大多數(shù)面向對象技術都用狀態(tài)圖表示單個對象在其生命周期中的行為。一個狀態(tài)圖包括一系列的狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉移。
(1)狀態(tài) 所有對象都具有狀態(tài),狀態(tài)是對象執(zhí)行了一系列活動的結果。當某個事件發(fā)生后,對象的狀態(tài)將發(fā)生變化。狀態(tài)圖中定義的狀態(tài)有:初態(tài)、終態(tài)、中間狀態(tài)、復合狀態(tài)。其中,初態(tài)是狀態(tài)圖的起始點,而終態(tài)則是狀態(tài)圖的終點。一個狀態(tài)圖只能有一個初態(tài),而終態(tài)則可以有多個。
中間狀態(tài)包括兩個區(qū)域:名字域和內部轉移域,如圖3所示。圖中內部轉移域是可選的,其中所列的動作將在對象處于該狀態(tài)時執(zhí)行,且該動作的執(zhí)行并不改變對象的狀態(tài)。
一個狀態(tài)可以進一步地細化為多個子狀態(tài),我們將可以進一步細化的狀態(tài)稱作復合狀態(tài)。子狀態(tài)之間有"或關系"和"與關系"兩種關系?；蜿P系(如圖4)說明在某一時刻僅可到達一個子狀態(tài)。例如,一個處于行駛狀態(tài)的汽車,在"行駛"這個復合狀態(tài)中有向前和向后兩個不同的子狀態(tài),在某一時刻汽車要么向前,要么向后。與關系(如圖5)說明復合狀態(tài)中在某一時刻可同時到達多個子狀態(tài)(稱為并發(fā)子狀態(tài))。具有并發(fā)子狀態(tài)的狀態(tài)圖稱為并發(fā)狀態(tài)圖。
(2)轉移 狀態(tài)圖中狀態(tài)之間帶箭頭的連線被稱為轉移。狀態(tài)的變遷通常是由事件觸發(fā)的,此時應在轉移上標出觸發(fā)轉移的事件表達式。如果轉移上未標明事件,則表示在源狀態(tài)的內部活動執(zhí)行完畢后自動觸發(fā)轉移。
3.順序圖
UML動態(tài)建模第二種動態(tài)模型順序圖(SequenceDiagram)用來描述對象之間動態(tài)的交互關系,著重體現(xiàn)對象間消息傳遞的時間順序。順序圖存在兩個軸:水平軸表示不同的對象,垂直軸表示時間。順序圖中的對象用一個帶有垂直虛線的矩形框表示,并標有對象名和類名。垂直虛線是對象的生命線,用于表示在某段時間內對象是存在的。對象間的通信通過在對象的生命線間畫消息來表示。消息的箭頭指明消息的類型。
順序圖中的消息可以是信號(Signal)、操作調用或類似于C++中的RPC(RemoteProcedureCalls)和Java中的RMI(RemoteMethodInvocation)。當收到消息時,接收對象立即開始執(zhí)行活動,即對象被激活了。通過在對象生命線上顯示一個細長矩形框來表示激活。
消息可以用消息名及參數(shù)來標識。消息也可帶有順序號,但較少使用。消息還可帶有條件表達式,表示分支或決定是否發(fā)送消息。如果用于表示分支,則每個分支是相互排斥的,即在某一時刻僅可發(fā)送分支中的一個消息。
在順序圖的左邊可以有說明信息,用于說明消息發(fā)送的時刻、描述動作的執(zhí)行情況以及約束信息等。一個典型的例子就是用于說明一個消息是重復發(fā)送的。另外,可以定義兩個消息間的時間限制。
一個對象可以通過發(fā)送消息來創(chuàng)建另一個對象,當一個對象被刪除或自我刪除時,該對象用"X"標識。
另外,在很多算法中,遞歸是一種很重要的技術。當一個操作直接或間接調用自身時,即發(fā)生了遞歸。產(chǎn)生遞歸的消息總是同步消息,返回消息應是一個簡單消息。
4.合作圖
UML動態(tài)建模第三種動態(tài)模型合作圖(CollaborationDiagram)用于描述相互合作的對象間的交互關系和鏈接關系。雖然順序圖和合作圖都用來描述對象間的交互關系,但側重點不一樣。順序圖著重體現(xiàn)交互的時間順序,合作圖則著重體現(xiàn)交互對象間的靜態(tài)鏈接關系。
合作圖中對象的外觀與順序圖中的一樣。如果一個對象在消息的交互中被創(chuàng)建,則可在對象名稱之后標以{new}。類似地,如果一個對象在交互期間被刪除,則可在對象名稱之后標以{destroy}。對象間的鏈接關系類似于類圖中的聯(lián)系(但無多重性標志)。通過在對象間的鏈接上標志帶有消息串的消息(簡單、異步或同步消息)來表達對象間的消息傳遞。
(1)鏈接 鏈接用于表示對象間的各種關系,包括組成關系的鏈接(CompositionLink)、聚集關系的鏈接(AggregationLink)、限定關系的鏈接(QualifiedLink)以及導航鏈接(NavigationLink)。各種鏈接關系與類圖中的定義相同,在鏈接的端點位置可以顯示對象的角色名和模板信息。
(2)消息流 在合作圖的鏈接線上,可以用帶有消息串的消息來描述對象間的交互。消息的箭頭指明消息的流動方向。消息串說明要發(fā)送的消息、消息的參數(shù)、消息的返回值以及消息的序列號等信息。
5.活動圖(ActivityDiagram)
UML動態(tài)建模第四種動態(tài)模型活動圖的應用非常廣泛,它既可用來描述操作(類的方法)的行為,也可以描述用例和對象內部的工作過程?；顒訄D是由狀態(tài)圖變化而來的,它們各自用于不同的目的?；顒訄D依據(jù)對象狀態(tài)的變化來捕獲動作(將要執(zhí)行的工作或活動)與動作的結果?；顒訄D中一個活動結束后將立即進入下一個活動(在狀態(tài)圖中狀態(tài)的變遷可能需要事件的觸發(fā))。圖1給出了一個活動圖的例子。
活動和轉移
一項操作可以描述為一系列相關的活動。活動僅有一個起始點,但可以有多個結束點。活動間的轉移允許帶有guard-condition、send-clause和action-expression,其語法與狀態(tài)圖中定義的相同。一個活動可以順序地跟在另一個活動之后,這是簡單的順序關系。如果在活動圖中使用一個菱形的判斷標志,則可以表達條件關系(見圖1),判斷標志可以有多個輸入和輸出轉移,但在活動的運作中僅觸發(fā)其中的一個輸出轉移。
活動圖對表示并發(fā)行為也很有用。在活動圖中,使用一個稱為同步條的水平粗線可以將一條轉移分為多個并發(fā)執(zhí)行的分支,或將多個轉移合為一條轉移。此時,只有輸入的轉移全部有效,同步條才會觸發(fā)轉移,進而執(zhí)行后面的活動。
泳道
活動圖告訴你發(fā)生了什么,但沒有告訴你該項活動由誰來完成。在程序設計中,這意味著活動圖沒有描述出各個活動由哪個類來完成。泳道解決了這一問題。它將活動圖的邏輯描述與順序圖、合作圖的責任描述結合起來。如圖2所示,泳道用矩形框來表示,屬于某個泳道的活動放在該矩形框內,將對象名放在矩形框的頂部,表示泳道中的活動由該對象負責。
對象
在活動圖中可以出現(xiàn)對象。對象可以作為活動的輸入或輸出,對象與活動間的輸入/輸出關系由虛線箭頭來表示。如果僅表示對象受到某一活動的影響,則可用不帶箭頭的虛線來連接對象與活動。
信號
在活動圖中可以表示信號的發(fā)送與接收,分別用發(fā)送和接收標志來表示。發(fā)送和接收標志也可與對象相連,用于表示消息的發(fā)送者和接收者。
6.四種圖的運用
上面對UML動態(tài)建模中用于描述系統(tǒng)動態(tài)行為的四個圖(狀態(tài)圖、順序圖、合作圖和活動圖)做了簡單地介紹。這四個圖均可用于系統(tǒng)的動態(tài)建模,但它們各自的側重點不同,分別用于不同的目的。下面對如何正確使用這幾個圖做一簡單的總結,在實際的建模過程中要根據(jù)具體情況靈活運用這些建議。
首先,不要對系統(tǒng)中的每個類都畫狀態(tài)圖。盡管這樣做很***,但太浪費精力,其實你可能只關心某些類的行為。正確的做法是:為幫助理解類而畫它的狀態(tài)圖。狀態(tài)圖描述跨越多個用例的單個對象的行為,而不適合描述多個對象間的行為合作。為此,常將狀態(tài)圖與其它技術(如順序圖、合作圖和活動圖)組合使用。
順序圖和合作圖適合描述單個用例中幾個對象的行為。其中順序圖突出對象間交互的順序,而合作圖的布局方法能更清楚地表示出對象之間靜態(tài)的連接關系。當行為較為簡單時,順序圖和合作圖是***的選擇。但當行為比變復雜時,這兩個圖將失去其清晰度。因此,如果想顯示跨越多用例或多線程的復雜行為,可考慮使用活動圖。另外,順序圖和合作圖僅適合描述對象之間的合作關系,而不適合對行為進行精確定義,如果想描述跨越多個用例的單個對象的行為,應當使用狀態(tài)圖。
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