眾所周知，軟件開發(fā)是一個分階段進行的過程。不同的開發(fā)階段需要使用不同的模型圖來描述業(yè)務場景和設計思路，在不同的階段輸出不同的設計文檔也是必不可少的，例如，在需求分析階段需要輸出領域模型和業(yè)務模型，在架構階段需要輸出物理架構設計，在詳細設計階段需要輸出數據庫設計等。這樣做可以更好地實踐軟件開發(fā)，并提高軟件開發(fā)的實用性。

軟件建模與設計過程可以分為三個階段：需求分析、架構設計和詳細設計。在這三個階段中，大量使用符合 UML 規(guī)范的模型圖，其中常用的有 7 種，包括類圖、序列圖、組件圖、部署圖、用例圖、狀態(tài)圖和活動圖。

在需求分析階段，使用用例圖和領域模型圖描述用戶需求和業(yè)務場景。在架構設計階段，使用組件圖和部署圖描述軟件系統(tǒng)的組成部分和部署情況。在詳細設計階段，使用類圖、序列圖和狀態(tài)圖描述軟件系統(tǒng)的實現細節(jié)。

下面我們將探討如何繪制這 7 種模型圖，以及如何在不同階段使用這些模型來生成相應的設計文檔。

類圖

類圖是軟件設計中使用最廣泛的 UML 圖形之一，用來描述類的特性以及類之間的靜態(tài)關系。在一個類圖中，每個類都由三個部分組成：類名、屬性列表和方法列表。

除了描述類的基本特征，類圖還用來表示類之間的關系，其中包括六種靜態(tài)關系：

1. 關聯（Association）：表示一個類對象與另一個類對象之間的關系，比如訂單與客戶之間的關系。
2. 依賴（Dependency）：表示一個類對另一個類的使用或調用，比如客戶下訂單時需要使用訂單類。
3. 組合（Composition）：表示一種包含關系，表示一個類對象包含另一個類對象，比如一個訂單包含多個商品。
4. 聚合（Aggregation）：也表示一種包含關系，但是聚合關系中包含的類對象可以被多個類共享，比如一個學校包含多個班級。
5. 繼承（Inheritance）：表示一個類繼承自另一個類，可以從父類中繼承屬性和方法，并且可以添加新的屬性和方法。
6. 泛化（Generalization）：與繼承關系相似，但泛化關系可以用來表示更抽象的關系，比如多個類都實現了一個接口。

通過繪制類圖，我們可以清晰地描述一個軟件系統(tǒng)中的類及其之間的關系，幫助開發(fā)人員更好地理解軟件系統(tǒng)的結構和功能。

在UML工具中把相關的一組類及其關系用一張圖畫出來，就是類圖。

圖片

如上圖所示，描述的就是一個典型的責任鏈模式的實現類圖。

類圖主要是在 詳細設計 階段畫，一旦類圖設計完成，開發(fā)工程師可以根據類圖來實現代碼。只要類方法的邏輯不是太復雜，不同工程師實現的代碼幾乎是一樣的，這有利于保證軟件的規(guī)范和統(tǒng)一性。在實際應用中，通常不需要畫出所有類的類圖，只需要畫出核心、代表性、技術難度較高的類圖即可。

圖片

除了在詳細設計階段繪制類圖外，還可以在需求分析階段使用類圖來表示關鍵領域模型對象。在這個階段中，我們不要將注意力集中在屬性或行為上，而應該專注于識別領域對象及其之間的關系。因此，可以使用簡化的類圖來描述，只需要繪制類的名稱和它們之間的關系即可。

如上所示描述的是在需求分析階段挖掘出SIM卡、運營商、手機、手機廠商等模型對象之間的關系。

序列圖

類圖之外，另一種常用的圖形是序列圖。

類圖描述類之間的靜態(tài)關系，而序列圖用于描述參與者之間的動態(tài)調用關系。每個參與者都有一條垂直向下的生命線，該生命線用虛線表示。參與者之間的消息按照從上到下的順序表示它們的調用順序關系，這就是序列圖這個詞的來源。每個生命線都有一個激活條，它是圖中的細長矩形條，只有在參與者活動時才是激活的。

圖片

通常使用序列圖表示對象之間的交互，這些對象可以是類對象，也可以是更大的參與者，如組件、服務器、子系統(tǒng)等?？傊灰婕暗讲煌瑓⑴c者之間的交互，都可以使用序列圖，比如下面這張圖就是業(yè)務分析階段，系統(tǒng)建設后完成后的業(yè)務流程。

圖片

記住，在軟件設計的不同階段都可以使用序列圖。

組件圖

組件是比類更大粒度的設計元素，通常一個組件中包含多個類。組件圖有時與包圖的用途相似，通常用于描述物理組件，如JAR、DLL等。在實踐中，我們更多地使用組件圖進行模塊設計。

圖片

組件圖描述組件之間的靜態(tài)關系，主要是依賴關系。如果想要描述組件之間的動態(tài)調用關系，可以使用組件序列圖，以組件作為參與者，描述組件之間的消息調用關系。

由于組件的粒度較大，通常用于描述和設計軟件的模塊及其之間的關系。因此，在設計的早期階段就需要畫出組件圖，一般用于架構設計階段。

部署圖

部署圖描述的是軟件系統(tǒng)最終的物理部署情況，包括需要部署的服務器數量、關鍵組件的部署位置等。它是軟件系統(tǒng)最終呈現的物理藍圖，能夠讓客戶、老板和工程師清晰地了解系統(tǒng)的最終運行狀態(tài)，以及與現有系統(tǒng)和第三方服務器的關系。通過部署圖，可以預估服務器和第三方軟件的采購成本。

因此，部署圖是整個軟件設計模型中相當宏觀的一種圖，需要在設計早期就繪制。各方可以根據部署圖討論是否認可該方案，只有對部署圖達成共識，才能繼續(xù)后面的細節(jié)設計。部署圖主要用于架構設計階段，并且與組件圖要彼此呼應。

圖片

用例圖

用例圖分為業(yè)務用例和系統(tǒng)用例，業(yè)務用例圖主要體現在 業(yè)務分析階段， 描述一個承建系統(tǒng)的組織對外提供的能力，系統(tǒng)用例體現在需求分析階段描述系統(tǒng)對外提供的能力。

圖片

這張圖中，左邊是業(yè)務用例圖，右邊是系統(tǒng)用例圖。雖然它們的畫法相似，但它們本質上有很大的區(qū)別，具體可以查看我之前寫的這篇文章。

圖中的人形元素稱為角色，角色可以是人也可以是其他系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的功能可能很復雜，用例圖可能僅包含其中的一小部分功能，這些功能被畫在一個矩形框內，這個矩形框是用例邊界。矩形框里面的橢圓表示單個功能，它們可以相互依賴或需要擴展。因為用例圖中的功能描述相對簡單，所以通常需要配以文字說明以形成需求文檔。

狀態(tài)圖

狀態(tài)圖用來展現單個對象生命周期中的狀態(tài)變遷。

在業(yè)務系統(tǒng)中，許多重要的領域對象都有相當復雜的狀態(tài)變化，比如訂單，它們可以有待付款、待審核、待發(fā)貨、待收貨、交易關閉和交易完成等各種狀態(tài)。

這些狀態(tài)變化可以在用例圖中用文本形式描述，并隨著各個用戶的不同操作而改變。但是，使用這種方法描述狀態(tài)時，狀態(tài)會分散到不同的地方，這樣可能會導致開發(fā)錯誤以及產品經理在設計時的困惑。

采用UML狀態(tài)圖可以有效地解決這些問題，因為它可以在一張圖表中展示對象的整個生命周期以及各個狀態(tài)和變遷之間的關系。比如下面的圖表展示了一個訂單從創(chuàng)建到交易完成的狀態(tài)變化。

圖片

狀態(tài)圖要在需求分析階段畫，描述狀態(tài)變遷的邏輯關系，在詳細設計階段也要畫，這個時候，狀態(tài)要用枚舉值表示，以指導具體的開發(fā)。

活動圖

活動圖常用于描述系統(tǒng)或業(yè)務流程中的動態(tài)行為。它可以清晰地展現從一個活動到另一個活動的控制流，描繪出系統(tǒng)或業(yè)務流程的邏輯和流程，讓開發(fā)人員更好地了解整個系統(tǒng)的運作方式。

在活動圖中，實心圓表示流程的開始，空心圓表示流程的結束，圓角矩形表示活動，菱形表示分支判斷。這些符號的使用能夠使活動圖更加規(guī)范化和可讀性，有助于提高系統(tǒng)開發(fā)的效率和質量。

圖片

此外，活動圖引入了一個重要的概念——泳道?；顒訄D可以根據活動的范圍，將活動根據領域、系統(tǒng)和角色等劃分到不同的泳道中，使流程邊界更加清晰。

流程圖也比較有普適性，可以在需求分析階段描述業(yè)務流程，也可以在架構設計階段描述子系統(tǒng)和組件的交互，還可以在詳細設計階段描述一個類方法內部的計算流程。

使用合適的 UML 模型構建一個設計文檔

UML 模型圖本身并不難掌握，但如何在正確的場合下用適當的 UML 模型表達設計意圖，形成一套清晰且詳細的軟件模型，并在團隊內外達成共識的設計文檔則需要注意。

根據軟件設計不同階段的需要，我們可以使用不同的模型圖進行建模。

在需求分析階段，我們可以使用用例圖、活動圖、時序圖和簡化的類圖進行領域模型抽象和關系描述。

在架構設計階段，通過組件圖、組件時序圖和部署圖描述系統(tǒng)物理藍圖和模塊關系。

在詳細設計階段，主要側重于類圖和類的時序圖，而對于復雜的方法邏輯，可以使用方法的活動圖進行描述。

小結

掌握類圖、時序圖、組件圖、部署圖、用例圖、狀態(tài)圖、活動圖這七種UML模型圖，根據實際場景，在需求分析、架構設計和詳細設計階段選擇并巧妙應用對應的模型圖，有助于有效地進行軟件建模和系統(tǒng)設計，成為一個掌控大局、指導技術團隊的優(yōu)秀架構師。

要注意模型圖的規(guī)范和注釋，遵循命名規(guī)范，對模型元素進行命名，注釋模型元素的關系和屬性等，簡潔明了。此外，UML模型圖只是設計文檔的一部分，需要與其他文檔相結合，如需求文檔、設計文檔、測試文檔等，形成一個完整的設計文檔，指導軟件開發(fā)。

對于畫UML的工具，有收費的專業(yè)軟件設計工具像EA(Enterprise Architect) 、Astah和億圖，以及免費的在線工具比如draw.io，processon等，建議可以根據自身需要選擇合適的工具，同時也建議從簡單易用的工具入手。