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象之間的交互過程，或者說，這里我們實際上要回答這樣一個問題：“方法調(diào)用過程在UML中怎樣表示？”
Java與UML交互圖
本文將通過一個非常簡單的交易系統(tǒng)來說明UML交互圖。這個系統(tǒng)包含六個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，圖一顯示了這個交易和支付系統(tǒng)的類圖。為了更清楚地說明各個類的職能和角色，圖一利用了前面介紹過的彩色類原型表示法?！?/p>
圖一：一個簡單交易系統(tǒng)的UML類圖
如果我們跟蹤任意一個Java程序的執(zhí)行過程，就會發(fā)現(xiàn)，這個過程包含了一個或者多個對類和對象的方法調(diào)用。我們通過調(diào)用對象的方法來尋求特定問題的答案或執(zhí)行一個特定的動作。很多時候，被調(diào)用的方法還會調(diào)用其他方法——或者是同一對象的方法，或者是同一類的其他對象的方法，或者是其他類的對象的方法。類似地，這些被調(diào)用的方法又會繼續(xù)調(diào)用其他方法，直至問題得到了明確的答案或動作全部執(zhí)行完畢（或者出現(xiàn)異常，這時問題將沒有答案或動作不能完成）。
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
要達到某個特定的目標，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。圖二顯示了一個交易事務(wù)中計算累計金額的序列圖，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)用一個操作就叫做發(fā)送一個消息（Message）。序列圖實際上闡述了操作的具體實現(xiàn)，所以下面我們會較多地用到“方法”這個術(shù)語（偶爾也會用到“消息”這個術(shù)語）。
圖二：計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，對象以常規(guī)的UML符號顯示，即使用與對象所屬的類一樣的形狀或符號（默認是矩形），再注明對象的名稱，加上一個冒號，再加上相應(yīng)的類名稱。然后再為整個名字加上下劃線（例如，圖二中的aProduct:Product）。可以省略對象的名字（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，冒號必須保留。
時間的流逝方向是從上到下的垂直方向。每一個對象有一條順著頁面垂直向下的生命線（Lifeline），緊接著表示對象的矩形。方法調(diào)用的表示方式是，畫一根從發(fā)出調(diào)用的對象的生命線指向被調(diào)用對象生命線的箭頭。只要對象的任意方法處于執(zhí)行狀態(tài)，對象的生命線加寬。加寬之后的生命線稱為“活動條”（ActivationBar），活動條可以嵌套，表示在前一方法的執(zhí)行過程中，又有同一對象的另一個方法被調(diào)用，圖二的getQuantity()方法示范了活動條嵌套的一個例子。
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。
如果要在一個對象的集合上進行迭代操作，則在方法的名字前面加上一個星號（再在方括號里面說明循環(huán)條件，可選）。在圖二中，Sale類對LineItem類對象的調(diào)用給出了迭代操作的一個例子。
就象UML類圖一樣，原本需要查看多個源代碼文件才能了解的信息，通過一個UML序列圖就可以表示出來。對已有的代碼實施反向工程獲得對應(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，它對調(diào)用次序（消息）進行了編號。complete()方法調(diào)用了Sale類的另外兩個方法，即calcTotal()和calcPayments()。圖三用環(huán)形的回調(diào)符號表示一個對象正在調(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的選項面板，類的名稱不再和對象名稱并列顯示，而是顯示在對象名稱的下方，減少了顯示對象所需的水平空間。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，如果要嚴格遵從最新的UML規(guī)范，類的名稱必須和對象名稱并列放置，中間用冒號分隔，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。如果要簡化圖三，我們可以省略圖三的Product對象以及它與LineItem對象的交互，讓讀者在查看這部分內(nèi)容時參考圖二。和類圖中面臨的細節(jié)處理問題一樣，到底是否要省略（或者說，詳細到哪種程度），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準的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Sale類的complete()實施反向工程，并要求它給出所有細節(jié)信息所得到的序列圖。對于大多數(shù)人來說，這里的細節(jié)信息可能太多了一點。但是，圖四也說明了一個問題，正如exception對象所顯示的：在序列執(zhí)行期間創(chuàng)建的對象畫在它被創(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序列圖
就象我們在討論類圖時遇到的情況一樣，UML規(guī)范為序列圖也提供了大量有細微差別的符號，不過本文說明的符號已經(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，交互動作的次序由消息的編號決定。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圖在協(xié)作圖符號和序列圖符號之間來回轉(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)部各個類的交互過程。圖五顯示的協(xié)作圖等價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：與圖二等價的協(xié)作圖
圖六：與圖四等價的協(xié)作圖
結(jié)束語：
在實踐中，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。UML交互圖把原本隱含的交互過程明確地表達出來，同時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交互圖是對傾向于描述靜態(tài)特征的類圖的補充，使得對象的動態(tài)交互過程明確化。
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