（计算机应用技术专业论文）基于校园网的uml建模研究与实现.pdf

jd1jqj：11自l|j，jjlj jq at h e s i ss u b m i t t e di nf u l f i l l m e n t f o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro f r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t o f b u i l d i n gu m l m o d e lb a s e d o nc a m p u sn e t w o r k m a j o r：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y c a n d i d a t e：w uy a n s u p e r v i s o r ：w a n gq i n g - c h u n w u h a ni n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y w u h a n ，h u b e i4 3 0 0 7 4 ，er c h i n a m a y , 2 0 1 0 摘要 摘要 u m l 建模就是一种基于面向对象的方法而产生的建模方式。作为一种 可视化的建模语言，它能把客体以及客体与客体之间的关系用一组简单、 直观的图形表示出来。由于u m l 语言已经融合了多种建模语言的长处， 所以u m l 已经被业界称为面向对象的标准建模语言。但是u m l 建模又是 一个复杂的过程，本文通过u m l 在具体的网络系统的介绍来描述u m l 建 模的一些特点和功能。 作为全球互联网最受欢迎的一种服务功能，w e b 是世界上最大的电子 信息仓库，是基于i n t e r n e t 、采用t c p i p 协议的一种体系结构。同时它 又是目前i n t e r n e t 上用户使用最多的一种服务，人们可以通过w e b 浏览 i n t e r n e t 服务器上大量的链接资源。本文以校园网的建设为例，描述了 u m l 在具体的w e b 数据库建模过程中的运用，提出了u m l 在完成系统分析 的基本过程。在具体的建模过程中，按照软件设计的基本流程，通过u m l 的几种建模方式来描述校园网的建设。 关键词：w e b 数据库，u m l 建模，校园网建设，软件设计 武汉工程大学硕士学位论文 i i n e t w o r k w e bi st h em o s tp o p u l a rs e r v i c ei nt h eg l a b a li n t e m e ta n dt h el a r g e s t e l e c t r o n i ci n f o r m a t i o nc o n t a i n e r i ti sak i n do fs y s t e ms t r u c t u r eo nt h eb a s i s o ft h et c p i pp r o t o c 0 1 t h ew e b p r o v i d e sp e o p l ew i t ht h ea c c e s st oah u g e n u m b e ro fl i n k i n gr e s o u r c e si nt h eh o s tc o m p u t e r , t h u si ti st h em o s tw i d e l y u s e ds e r v i c eo ni n e t e m e t t h i sp a p e rh a sd i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o no fu m li n s y s t e ma n a l y s i n ga n dd e s i g n i n gb a s e do nt h ec o n s t r u c t i o no ft h ec a m p u s n e t w o r ka n dp o i n t e do u tt h ep r o f o u n d p r o c e s st of i n i s hs y s t e ma n a l y s i n ga n d d e s i g n i n g a l s o ，t h ep a p e rw i l ld e s c r i b ec a m p u sn e t w o r kc o n s t r u c t i o ni ns o m e d e t a i l e du m l m o d e l l i n gw a y si na c c o r d a n c ew i t ht h eb a s i cf l o wo fs o f t w a r e d e s i g n t h es y s t e mn o to n l ym a k e si tp o s s i b l et oa p p l yw e bd a t a b a s et ot h e c a m p u sn e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，b u ta l s oc o n d u c t sr e a s e a r c ha n dd i s c o v e r yi n t o t h ei n f o r m a t i o n i z a t i o no ft h ec a m p u sm a n a g i n gs y s t e m k e y w o r d s ：w e bd a t a b a s e ，u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，c o m p u s c o n s t u c t i o n ，s o f t w a r ed e s i g n i i i 武汉工程大学硕士学位论文 i v 摘要 a b s t r a c t 目录 第1 章 1 1 1 2 1 3 第2 章 2 1 2 2 引言1 研究的背景及意义1 研究的主要内容和创新点2 本文的内容结构3 w 曲数据库模型5 数据库建模的原理5 关系模式的规范化5 2 3c s 模式和b s 介绍6 2 3 1c s 模式6 2 3 1 1 二层结构的c s 模式6 2 3 1 2 三层结构的c s 模式7 2 3 2b s 模式。7 2 3 2 1b s 模式结构8 2 3 2 2b s 模式的特点。8 2 4 w r e b 简述9 2 4 1 w 曲的定义“一9 2 4 2w 曲工作原理9 2 5w 曲数据库10 2 5 1w 曲数据库访问技术1 0 2 5 2 w 曲数据库的优点一l0 2 6w 曲系统中的各类技术介绍1 0 2 7规划w 曲应用1 1 2 8高校信息管理系统的体系结构1 1 第3 章基于面向对象的u m l 建模1 3 3 1面向对象的分析与设计过程1 3 3 2 面向对象的软件建模1 3 3 2 1 模型的定义。1 3 3 2 2基于u m l 的面向对象的分析与设计过程。1 3 3 3u m l 统一建模语言1 4 3 3 1u m l 概j 苤1 4 v 武汉工程大学硕士学位论文 3 3 2u m l 的特点1 4 3 3 3u m l 图中的4 种关系1 5 3 4u m l 的主要内容以及它的建模机制1 5 3 5基于u m l 的面向对象的分析与设计过程1 8 3 6u m l 的通用机制和扩展机制1 8 3 7r a t i o n a l 统一过程18 3 7 1r a t i o n a l 统一过程的二维开发模型1 9 3 7 2r a t i o n a l 统一过程的四个阶段2 0 3 8r a t i o n a lr o s e 介绍2 0 3 9系统的建模方法及过程2 l 3 1 0w 曲网页建模2 3 第4 章基于u m l 的校园管理系统需求分析2 5 4 1高校信息化建设介绍。2 5 4 2校园信息管理系统2 5 4 2 1 信息管理系统2 5 4 2 2校园信息管理系统2 6 4 2 2 1 校园信息管理系统的特征。2 6 4 2 2 2 学生信息管理系统的开发原则2 6 4 2 3管理系统的功能分析2 7 4 2 4系统性能要求3 4 第5 章u m l 在校园管理系统的具体应用与实现3 7 5 1利用u m l 来描述校园网信息系统。3 7 5 2系统规模和部署3 7 5 3系统的信息流3 8 5 4 系统的功能要求一3 9 5 4 1 系统的用例图3 9 5 4 1 1 学籍管理子系统用例图4 0 5 4 1 2 图书管理子系统用例图4 1 5 4 1 3 宿舍管理系统用例图4 2 5 4 1 4 高校财务管理子系统用例图4 3 5 4 1 5 学生选课信息管理子系统用例图4 4 5 4 1 6 教师管理用例图4 5 5 4 1 7 系统管理和维护用例图。4 6 5 4 2系统的类图4 7 5 4 2 1 学籍管理子系统的类图极其属性和操作说明。4 8 5 4 2 2 图书管理系统类图4 9 v i 第6 章 参考文 攻读硕 致谢 v i i 第1 章引言 1 1研究的背景及意义 第1 章引言 2 0 世纪5 0 年代以来，随着科学技术的不断发展，人类的生活水平取 得了很大的进步，与此同时w e b 技术正处在日新月异的高速发展之中， 其所覆盖领域越来越广泛。作为全球性的通讯网络框架，i n t e r n e t 提供 了大量的电子信息资源，w e b 就是这个电子信息资源的存在形式和载体， 用户能通过w e b ，浏览i n t e r n e t 主机上的大量链接资源。 过去，程序员用手工建模，不仅花费大量时间，而且进行修改、扩 充十分麻烦。建模语言的出现使程序开发人员摆脱了这方面的烦恼，当 前众多的建模语言令我们眼花缭乱，找到一种适合各个行业建模人员的 建模语言成了大家共同的愿望，虽然不同建模语言大多相似，但它们之 间也会存在微小的差别。u m l ( u n i f i e dm o d e li n gl a n g u a g e ) 就是在这样 一种背景下产生的，它融合了b o o c h ，o b j e c t o r y 和o m t 三大面向对象方 法和现今存在的所有建模语言的精华部分。作为软件建模语言的集大成 者，它的出现使软件领域发生巨大的变化，具有划时代的意义。1 9 9 7 年 1 1 月，o m g 采纳u m l l 1 作为基于面向对象技术的标准建模语言n 1 。 作为一种标准的可视化建模语言，面向对象的任何系统都可以用它 的9 种类型的图形描述出来。随着软件工程的发展，它的一些方法也被 逐渐加入到u m l 中来了。u m l 通过静态建模机制和动态建模机制实现了对 系统各个部分的详细分析。u m l 图能描述现实世界中的各个客体以及客体 与客体之间的关系。由于u m l 采用的一些具有简单、直观、规范的图形 来描述软件模型，所以开发人员学习和掌握起来较容易。正因为u m l 具 有如此多的优点，它所描述的软件模型可以被直观的理解和阅读。它最 突出的地方就是能使开发人员脱离具体的实例，在u m l 图的作用下完成 系统的设计、测试以及维护。 u m l 是一种建模语言，它并不是一种程序设计语言，也不是一种开发 过程。u m l 在实际使用时要着眼于建模过程，组织机构和问题域的不同也 武汉工程大学硕士学位论文 要求建模过程不同。作为一种功能强大、易于表达的建模语言，u m l 支持 需求分析开始的软件开发的全过程。 r a t i o n a lr o s e 目前u m l 最常用的建模工具，它提供了较多的绘图工 具。经过多年的发展，r a t i o n a lr o s e 已经成为能全部支持u m l 的工具， 使用它绘制u m l 图十分轻松。r a t i o n a lr o s e 提供了一个模型库，该模型 库不仅包含所有图的全部信息，而且能使通用工具进行重用和文挡化。 随着全球经济一体化的形成，信息技术在国民经济中的地位越来越 重要了，越来越多的企业都拥有自己的信息管理系统。传统的手工管理 方式已经逐渐被淘汰，新型的信息管理系统( m i s ：m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 使用越来越普遍了。m i s 绝对不仅仅是一个单纯的 技术系统，而是一个把人和物结合在一起的有机的系统，它常常需要使 用数学理论和模型来分析系统数据信息，帮助人们做出决策乜1 。在信息系 统的使用过程中，人处于主导地位，计算机在系统中处于从属地位，它 在人的控制下，收集、加工、传递以及存储和维护。m i s 不仅具有管理信 息的功能，它还能根据以往的数据对未来的发展做些简单的预测。校园 网管理系统就是在m i s 高速发展的基础上产生的。高校的不断扩招给学 校的日常管理工作带来了极大的困难，因而设计一个较好的校园管理信 息系统具有很强的现实意义。 1 2研究的主要内容和主要工作： 本文通过u m l 来描述校园管理信息系统部分工作的实现，来说明在 具体u m l 建模过程中系统遇到的一些常见问题以及u m l 建模时的一些不 足。在分析阶段，要重点掌握如何使用用例图说明结构，如何使用类与 类之间的关系来明确客体与客体之间的关系。通过了解各个部门以及它 们之间的关系，建立起各个系统的静态模型和动态模型，整个系统我们 必须整体把握。主要有以下几个阶段： 1 查阅资料。分析u m l 在具体的系统设计中的使用方式，熟练掌握 r a t i o n a lr o s e 建模工具的使用。 2 开发项目。把系统的需求分析可行性分析找出来。详细的写出需求分 2 第1 章引言 析的文挡，其中包括对学校的部门设置、职位设置以及它们之间的关系。 3 描述w e b 数据库以及它的功能。 4 根据前面对项目的分析进行系统建模。通过对需求分析的文挡，写出 系统的静态模型和动态模型。 5 通过使用u m l 描述校园管理信息系统从而说明u m l 在系统建模过程中 的复杂性。 本文的创新之处是：运用面向对象的分析方法，以校园网的建设为基 础，使用u m l 统一建模语言对一个信息管理系统进行可视化建模，并且 探讨了基于b s 与c s 相结合的信息系统的开发，对类似的管理系统的 开发有一定的借鉴作用。 1 3本文的内容结构 第一章引言介绍课题背景和意义以及主要内容。 第二章w e b 数据库模型。介绍了数据库建模的原理，重点介绍了w e b 数 据库模型的特点。 第三章首先介绍模型和建模的概念，然后介绍u m l 的特点、课题来源 以及它的目标和应用领域。 第四章系统需求分析，明确系统中的各个子系统的功能。 第五章通过u m l 建模语言和校园管理系统来说明建模过程中的复杂性。 第六章结束并总结体会。 武汉工程大学硕士学位论文 4 现代社会是信息 何利用和组织它们成 是为了高效的管理信息，同时也实现了大量数据信息的共享。作为信息 系统主要元素的数据，它既可以是具体的数值，还可以是文字、图象甚 至声音和视频都可以。数据库设计是信息系统设计的核心部分，通过它 的设计不仅可以有效的存储数据，还可以实现数据信息之间的共享。因 此，能否成功设计一个方便、适用的数据库直接关系到信息系统性能的 好坏。 2 1数据库建模的原理 从应用的角度来说，数据库常常被分为信息模型和数据模型。 信息模型又名概念模型，指的是把现实世界中的事物抽象为一种概 念模型，它既不受计算机的影响，也不受数据库管理信息系统的控制， 然后再把模型转换成一种能和数据管理信息系统相容的数据模型。因此， 我们把概念模型看成是现实世界与计算机的一个转换中介，是用户和系 统开发人员一个交流平台。在数据库设计系统中，概念模型一般用e r 图来表示，它最典型的特点就是简单直观。e - r 模型是 e n t i t y r e l a t i o n s h i p 的缩写，即实体联系模型。在进行e - r 建模过程中， 我们需要从需求分析的角度明确实体类型，把他们之间的属性表示出来， 然后再来绘制e - r 图，最后把e - r 图变成数据库管理系统支持的模型。 数据模型是在概念模型基础上建立起来的，它适用于计算机表示的 数据库层，是对现实社会的更深一层的数据描述的模型。 2 2关系模式的规范化 在关系数据库中，数据库的操作性能一般用范式来表示，准确来说 据库系统。c s 是c l i e n t s e r v e r 的简写形式，代表的是客户端服务器。 原始的c s 系统一般有三个方面组成：客户机部分、服务器部分以及它 们之间的连接。如图3 - 1 所示： 图2 一l 传统的客尸机服务器结构 客户机：它是个面向终端用户接口，或者说是面向终端的应用程序， 通过向服务器请求提供数据并作过一定的处理然后送给终端客户。 服务器：它主要是给用户提供网络服务地址，将用户请求的结果返 还给用户和服务器。 连接件：网络是实现客户机和服务器连接的有效途径，网络协议对 于应用系统来说连接较多。 该模型较简单，人们易于接受，但随着社会的不断发展，它已经不 6 第2 章w e b 数据库模型 能满足规模日益扩大的企业。因此，传统的c s 二层结构面临淘汰， 层c s 结构出现了。 2 3 1 2三层结构的c s 模式 从应用功能的角度分析，三层结构可以分为表示层、功能层和数据 层。如图3 2 所示： 图2 2 三层c s 结构 表示层：它主要连接的是用户接口，用户与应用之间的交流主要靠 它实现，是用户与系统交流的窗口。图形用户接口( g u i ) 能使用户操作 直观、方便，如果需要改换用户接口，不影响其它两层，把数据检查程 序修改下就可以了。 功能层：是逻辑处理的核心部分，相当于应用的本体，具体业务实 现是在这层发生的。表示层和功能层的信息交流应该要求简洁，通常情 况下功能层含有记录系统功能。 数据层：由于数据管理系统必须能迅速处理大量的数据，所以，它 和功能层之间传送数据一般情况下使用的是s o l 语言。 三层结构分别放在了不同的硬件上，灵活性极高，系统负荷不会因 客户数目的增加而突然变大。总之，c s 模式最大优点就是能发挥客户端 计算机的处理能力。 2 3 2b s 模式 b s 模式是基于i n t e r n e t 的一种模式，它是客户端浏览器模式，是 一种三层结构。它是一种一对多或多对多的结构模式，客户只需要下载 一个浏览器能访问多个界面。 7 武汉工程大学硕士学位论文 2 3 2 1b s 模式结构 和c s 三层模式很像，b s 模式也是采用三层结构，即：浏览器层、 应用服务器层和数据库服务层。但c s 表现出较多的局限性，它不能跨 越企业局域网，缺少可伸缩性，客户端维护复杂等晒1 。 浏览器层：由于浏览器是安装在w e b 客户端程序上，用户要浏览w e b 业面信息必须在本地计算机上安装浏览器软件，因而该层是数据库与客 户交流的平台，浏览器起到联系客户与客户逻辑层的作用，它主要通过 w e b 服务器和整个数据库系统发生联系。 应用服务层：它有两部分构成。一部分是w e b 服务器，另一部分是 应用服务器，前面一部分主要负责的是网络与用户之间的联系，后面一 部分是一种应用逻辑层，当它接到w e b 服务器的应用请求时，访问在网 络上的数据库服务器层，然后将结果以h t m l 语言的形式送回给w e b 服务 器。该层有时也称为w e b 服务器。 数据库服务器层：该层主要分布在网络中，提供数据是该层最主要 的功能。当应用服务层向数据库服务器层发出s q l 请求后，它作出一定 的处理然后给应用服务器回消息。如图3 - 3 所示： 图2 - 3 所示b s 模式结构设计图 2 3 2 2b s 模式的特点 ( 1 ) 经济性、方便性：客户只要在网上下载一个浏览器或者购买一个浏 览器软件就可以，这是普通企业和个人都能承受的。由于服务器端拥有 浏览器的执行程序，所以系统维护人员只需要对服务器进行升级就可以 了。 ( 2 ) 各种操作平台都能和b s 模式兼容。 ( 3 ) 独立性：b s 模式的三层结构都有自己的用途，彼此之间都是相互 2 4 提供信息资源的服务器1 。w e b 又名w w w ( w o r l dw i d ew e b ) ，是由i n t e r n e t 中称为w e b 信息服务器组成，被那些提供信息资源的服务器提供并管理。 在万维网中，w e b 服务器不仅能通过i n t e r n e t 发布信息，而且每个w e b 服务器能通过超链接指向更多的服务器，因此，有w e b 服务器组成的w o r l d w i d ew e b 就形成了。 j 2 4 2w e b 工作原理 我们知道，w e b 服务器构成了万维网。那如何才能使一台计算机成为 网络服务器呢? 一台计算机要成为w e b 服务器，一般需要服务器操作系 统，u n i x 、w i n d o w ss e r v e r 2 0 0 3 、l i n u x 等单纯为网络开发的操作系统， 并且还要专门的信息服务器程序，如w i n d o w s 中的i n t e r n e t 信息服务器 i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ) 等。要成为w e b 客户机很简单， 将计算机连接到i n t e r n e t ，并安装通用的客户端软件，即i n t e r n e t e x p l o r e r 、m a x t h o n 等浏览器程序。作为一种典型的b s 模式，w e b 简 化了客户端的维护，所有的应用逻辑都是在w e b 服务器上配置的。更重 要的，b s 模式它突破了传统的c s 模式中计算机对局域网的限制，任何 分布在互联网中的计算机，用户都可以登陆w e b 服务器。w e b 一般是和数 据库结合在一起使用的，服务器这边的脚本程序主要用于和数据库连接 并完成相应的数据查询、删除、修改等操作，然后利用系统接受的数据 产生的h t m l 或x m l 文档，并将它发给客户端w e b 的浏览器，最后由w e b 9 据库，只需要修改系统的应用升级就行了，用户可以自动在自己的计算 机上升级。 2 能跨平台使用：操作系统都自带有浏览器，用h t m l 语言编写的文档 几乎可以能被所有的浏览器使用。 3 易于开发和使用：开发人员只需要知道h t m l 语言中的其中的一种， 用户只需要使用一种操作系统的浏览器就可以了。 2 6w e b 系统中的各类技术介绍 1 服务器技术：它是指与w e b 服务器相关联的技术。 1 0 2 h t m l , 它是h y p e r t e x 识语言，是w e b 的基础，应该熟悉这些标记。 3 x m l ：是可扩展标识语言的缩写。由于h t m l 语言在解释资料问题、效 能问题等方面的不足，根据h t m l 的发展经验，制作出了x m l 语言。 4 j a v a s c r i p t 技术：它是一种脚本语言，j a v a 的许多优点它都具有，不 过相对于j a v a 来说，它更容易学，不需要编译。 5 v b s c r i p t 技术：是微软开发的一种脚本语言，是v i s u a lb a s i c 的改进。 6 a s p 与n e t 平台：a s p 是一种开发环境，它是高性能的w e b 的服务程序。 2 7规划w e b 应用 在设计校园网的时候，系统的w e b 站点创建了之后，我们就需要规 划w e b 应用。何谓w e b 应用，是i n t e r n e t 环境中应用程序新的开发和使 用模式，是b s 结构下应用程序的实现形式。如何规划w e b 应用呢? 首 先我们需要规划好网站的首页( h o m ep a g e ) ，首页是客户连接到一个站 点时首先看到的w e b 页面。页面布局、外观以及它的内容都是我们在设 计页面时需要考虑的问题。接着需要规划网站的文件结构，我们在设计 网站时，应该根据用户需求来设计网站的功能或栏目。对于一些比较重 要的程序或图片，可以定义单独的文件夹来存放它，最后我们需要使用 虚拟目录和对文件夹和文件进行命名。使用虚拟目录的目的是实现一个 w e b 应用中简单地增加其它页面，而这些页面和现有的内容可能没有直接 关系，它仅仅可能是临时的。在对文件夹进行命名时，一定要注意w e b 服务器对中文命名支持不好，因此在命名文件和文件夹时尽量避免使用 中文名。 2 8高校信息管理系统的体系结构 由于高校人数众多，信息量大，而且要求安全性高，所以本系统会 选择o r a c l e9 i 系统作为后台数据库，它是业界认为第一个较完整的软 件基础架构，适合于大型系统软件的开发，系统也将使用b s 和c s 模 式共同开发。 武汉工程大学硕士学位论文 高校由于部门众多，各部门都是相互联系的，单一的数据库系统显 已经不能适应社会的发展，校园信息系统的开发将采用分布式的服务 系。能否充分把i n t e m e t 和传统的管理软件结合起来将是本系统设计 一个重点。本系统使用的网络配置具体为：浏览器i e 8 0 ：数据库使用 是o r a c l e 9 i ；w e b 服务器w i n d o w sn t s e r v e r 。浏览信息，主要采用的 b s 模式，界面的开发主要运用的是j a v a 技术的j s p 技术，高校信息 理系统的数据库体系结构如图3 - 4 所示： 图2 _ 4 高校信息管理系统的数据库体系结构 本系统采用c s 和b s 的混合模式进行软件开发，既能发挥出b s 式中多点对多点的开放式结构，较好的利用t c p i p 协议，又能发挥出 s 模式中的安全性，结合了两者的优点，克服了两者的缺点。 1 2 第3 章基于面向对象的u m l 建模 第3 章基于面向对象的u m l 建模 3 1 。面向对象的分析与设计过程 进行面向对象的分析，我们首先需要抽取和整理用户的需求，在此 基础上建立一系列问题域的精确模型，为了描述用户的需求是面向对象 分析最终要达到的目的凹1 。模型能否准确的表示系统的信息、功能以及行 为是建模成功与否的重要标志之一。为了从不同角度描述系统，在进行 面向对象的分析时，还需要从对象模型、功能模型以及行为模型3 个角 度来模拟系统，任何大型系统这三者都是不可或缺的。其中，对象模型 是建模的核心。那么，当开发一个系统时，我们首先就应该从建立对象 模型入手。建立系统的对象模型也是面向对象的首要任务，然后才是建 立系统的行为模型和功能模型。 3 2面向对象的软件建模 3 2 i 模型的定义 我们时常都会提及到模型，那么模型到底指的是什么呢? 它是现实 的简化，指的是瞥开事物外表上或形象上的差别，找出事物的本质。简 单来说，就是某一事物的抽象表示方法。在日常生活中，用我们熟知的 图形把这些本质的东西形象生动地表示出来，应用于实际的生活中。在 软件开发过程中的模型指的是由一组图形符号以及表示这些图形符号规 则的方法。在u m l 中的模型中主要由两个方面含义构成：语义和表示法n 0 i 。 3 2 2 基于u i v i l 的面向对象的分析与设计过程 u m l 承袭的是面向对象分析与设计的方法，它是近年来重要的成果之 一，是一种标准的建模语言，是面向对象方法发展到一定阶段的产物， 有效的解决了各个领域的开发人员因专业的限制而影响信息的交流n 1 j 。 面向对象的方法，它支持从需求分析开始的软件开发的全过程。它的主 要特点可归结为以下几点： ( 1 ) 统一的标准，u m l 统一了b o o c h 、o m t 和o o s e 等方法中的一些基本概 念，并被o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 作为标准的建模语言，多种流 派的长处都被融入u m l 当中了。 ( 2 ) 最先提出一些如模板、扩展机制、线程等新概念。 ( 3 ) 面向对象。它支持面向对象的技术，提供了较丰富的模型表示方法， 能准确表示社会客体各种概念和模型。 ( 4 ) 表达能力强、具有可视化。作为一种使用图形表示的语言，系统的逻 1 4 第3 章基于面向对象的u m l 建模 辑模型或者实现模型它都能清晰、准确的表示出来。 ( 5 ) 规范性，能使建立的模型准确、一致。 3 3 3u m l 图中的4 种关系 在u m l 中有4 种关系：依赖、关联、泛化和实现n 劓。其中，依赖表示 的是两个或者多个模型元素在语义上的连接关系，它表示了这样一种情 形：提供者的某些变化会要求或指示依赖关系中客户的变化，即依赖关 系将行为和实现与影响其它类的类联系起来。关联则是一种结构关系， 它主要是从对象或者是实例的角度来描述它们之间的离散连接关系的， 它的特性主要有名称、角色、可见性等。聚集关系和组成关系都是关联 关系的两种非常重要的组成形式。它们之间的区别在于聚集强调的是部 分整体之间的关联，而组成关系有时被称为强聚合关系，是一种更强调 形式的关联。泛化是一种“特殊一般 关系，在具体的类的描述中，它 不仅要描述所有特性、关系和成员，而且还需要描述一些补充信息。作 为将一种模型元素和另一种模型元素连接起来的实现关系，它和泛化一 样，都能将一般描述和具体描述联系起来。 3 4u m l 的主要内容以及它的建模机制 从应用方面来说，u m l 在采用面向对象的程序设计开发软件时，一般 使用用例图、类图、对象图、构件图以及配置图5 种静态视图描述用户 的需求和用户的静态结构，使用顺序图、协作图、活动图和状态图4 种 动态视图说明系统的动态行为n 副。 ( 1 ) 用例图( u s ec a s ed i a g r a m ) ，又名用况图，主要是用于支持系统功能的建模，一个用例图通常包 含4 个元素：系统边界、用例、参与者、关联。 用例：从外延上说，它表示的是参与者对系统的操作方式。用例通 过一组动作来规约系统的，以面向对象的思想为基础表达系统功能，要 对一个用例进行描述，采用用例图、交互图、数据流或者它们之间的组 厶 口。 参与者：指的是存在于系统外部的并与系统发生联系的人、系统或 武汉工程大学硕士学位论文 者是外部实体的抽象。一个集合，一个人、一个计算机子系统都可以是 系统的参与者，甚至在有的系统中，一个进程也可以是个参与者，比如 时间。 关联：它包含三种关系，即包含、扩展、泛化。包含指的是一个用 例包含另一个用例所规约的行为。扩展指的是在特定条件下，把一些新 行为加入到已有的用例中。泛化指的是父用例可以特例化为一些子用例， 比如坐车就可以分为坐汽车和坐火车，坐汽车和坐火车与坐车就是一种 典型的泛化关系。 系统边界：它基于的是系统之间的关系，表示的是一个系统与另一 个系统的关系。 用例图主要是从用户的角度来考虑问题的，描述了系统所提供的功 能，明确的指出了功能的操作者。 ( 2 ) 类图( c l a s sd i a g r a m ) 和对象图( o b j e c td i a g r a m ) 类图的作用是用来显示系统的静态结构，它描述的是系统的接口、 类、协作和它们之间的关系n 引。在u m l 图中，类主要是由矩形来表示的， 矩形由3 部分组成，分别代表了类名( n a m e ) 、类的属性( a t t r i b u t e ) 和 类的操作( o p e r a t i o n ) 。当系统比较复杂时，类图可以包含包或者子系统， 还可以增加些注解以便使类图更容易理解，它是部署图和构件图的基础。 由于对象是类的具体实例，把类图进行转换一下就成了对象图，对象图 与类图在一定程度上具有一定的相似性。对象图中的对象其实就是类图 中类的实例。类图中包含对象，u m l 图中仅仅只有对象但没有类的类图其 实就是一个对象图。 ( 3 ) 构件图( c o m p o n e n td i a g r a m ) 和部署图( d e p l o y m e n td i a g r a m ) 系统建模中，用来表示构件与构件之间、类或接口与构件之间的关 系称为构件图，构件和构件的之间的关系表现为依赖关系n 利。在整个系 统设计中，构件图能呈现系统的早期模式，不同的开发小组能利用构件 图进行有效的交流，系统的开发者也能通过构件图呈现系统的架构视图。 部署图用于描述一个系统运行时的硬件节点、在这些节点上运行的软件 构件将在何处理运行以及它们将如何彼此进行通信的静态视图。没有运 1 6 第3 章基于面向对象的u m l 建模 行实体的构件不应在部署图中出现，应该用构件图把它表示出来。系统 的部署图利用系统物理结构的节点显示属于该节点的构件，然后用构件 图来说明构件用的类，接着类与对象的交互，最后才达到某个用例。构 件图和部署图都被称为系统的实现图。 ( 4 ) 状态图( s t a t e c h a r td i a g r a m ) 和活动图( a c t i v i t yd i a g r a m ) 。 一个状态图本质上就是一个状态机，或者是状态机的特殊情况，它 基本上是一个状态机中的元素的投影，这也就意味着状态图包括状态机 的所有特征n 羽。它描述了实体基于事件反应的动态行为，并不是所有的 类都有状态图的，它只对那些需要重点关注的类才用状态图来进行描述。 后者用来说明多个对象之间处理活动的过程控制流程。对于高级别的业 务建模或者说对低级别的类内部操作，我们使用活动图。活动图是一种 用于描述系统行为的模型视图，它可用来描述动作和动作导致对象状态 改变的结果，而不用于考虑引发状态改变的事件。活动图与状态图在符 号上有非常类似的地方，但也存在一些细微的差别。比如活动图有个新 的概念叫泳道，可以使用它来表示执行活动的对象。状态图和活动图都 被称为行为图。 ( 5 ) 顺序图( s e q u e n c ed i a g r a m ) 和协作图( c 0 1 l a b o r a t i o nd i a g r a m ) 。 按照交互发生的一系列顺序显示对象之间的交互，由对象( o b j e c t ) - 生 命线( l i f e l i n e ) 、激活( a c t i v a t i o n ) 和消息( m e s s a g e s ) 等构成的u m l 图 称为顺序图n 引。顺序图以事件发生的时间顺序来显示对象之间的交互。 在u m l 中，二维数组能把顺序图表示出来，纵向表示的是时间，时间随 着竖线下移而下移，横线表示的是对象的角色。角色使用生命线表示， 当对象不处于激活状态时，使用虚线表示生命线，当对象过程处于激活 状态时，一般采用双道线来表示生命线。协作图是由对象、消息、链组 成，主要表示系统内部的一种协作关系，主要描述的是对象的组织关系 以及对象彼此之间的链接，表达对象之间的交互瞳0 | 。它主要以两种形式 存在，即实例级和规格级图示。顺序图和协作图在一定程度下可以相互 转换，只是它们强调的重点不同而已。前者强调的是发送消息的时间顺 序，后者强调的是类对象之间的一种协作关系。如果从概念这个角度分 1 7 武汉工程大学硕士学位论文 析，协作图和顺序图是一样的。顺序图和协作图统称为交互图。 3 5基于u m l 的面向对象的分析与设计过程 在众多的科学领域，为了更好的描述问题，经常采用将问题模型化 的方法。面向对象的建模就是这其中的一个典型的例子。系统开发人员 为了更简单、直观的表述问题，常常给系统建立模型。一个优秀的软件 设计者一定是个优秀的软件建模者，所以，很多优秀的程序设计人员将 大部分时间都花在建模上，保持核心部分的完善，只是偶尔有空的情况 下写写代码。而u m l 就是一种标准的统一建模语言，该语言与面向对象 组织在核心建模概念上一致，并且u m l 允许通过自身的扩展机制有所不 同2 川。 3 6u m l 的通用机制和扩展机制 在进行面向对象的建模时，u m l 提供了一些能描述图中信息的通用机 制( 公共机制) ，使u m l 的语义表达更加完善心别。在一般情况下，要全面 表达所要描述的信息，仅仅靠模型元素的基本功能还不能完全做到这点， 通用机制的加入可以帮助进行有效的u m l 建模。u m l 提供的这些通用机制 贯穿于整个建模过程的方方面面。 作为迄今为止最为成熟的建模语言u m l 能为现实生活中各种系统进 行建模，但一些模型的细小方面u m l 还是难以准确表达。为此u m l 的开 发人员为u m l 设计了一种简单、通用的扩展机制，用户可以使用扩展机 制对u m l 进行扩展和调整，以便使其与一个特定的方法、组织或用户一 致，它是对已有的u m l 语义按不同的特点合理的进行扩展的一种机制眩引。 3 7r a t i o n a l 统一过程 r a t i o n a l 统一过程( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ) ，简称r u p ，它是 基于u m l 的一种过程框架，为需要开发的制品提供指导，对项目中的制 品和活动进行度量。作为一种软件过程，它有着统一的开发过程结构， 同时对过程中遇到的问题也有一套完整的解决方案。以用例作为驱动， 第3 章基于面向对象的u m l 建模 以体系结构为中心，进行迭代增量开发是r a t i o n a l 统一过程区别于其它 过程的突出特点。它的目标是在一定的项目时间计划和经费预算下确保 开发人员能开发出满足用户需求的高质量产品。任何开发过程都不可能 适合所有的软件开发，但r u p 不仅对于大的开发机构适合，对于一些小 的开发团队它同样能满足要求。 3 7 ir a t i o n a l 统一过程的二维开发模型 在软件工程中，传统瀑布模型是个一维模型，过程活动模型要与生 命周期模型一一对应，即在生命周期阶段单一的过程活动及产品就被确 定下来了。而r u p 是个二维结构，横轴代表的是时间轴，其中包含了阶 段之内的集合，纵轴代表的是活动轴，它主要包括了在这个阶段内的所 有活动集合。用来描述它的价值观的术语主要包括：迭代周期、可视化 软件建模、验证软件质量以及控制软件变更。r a t i o n a l 统一过程的二维 开发模型如图2 - 1 所示： 聪瓣缍嫒。 铭 纛工馆骧 椭l 细免l 翻活 交健 l l 谊奎重蓉 j k r 争 蒯燃磁戮戮缓黝 淘檄i 毒瑷缀豹搦黝豹。 i 矿卅 r 一 ”、 k o 趾 一 一_ _ k _ l 螂。舞毙甓勃抽k 邑 ， 潜工俸蠢 孽臻警罄篙铂朗曩 l 盎盘疆墨一d k _ e ：，也j t l t 翘娥涟 蕤隧薏漆藩 迭 粪代 畿 觐l 竽 耘l 射l l 瓤昭 概l h r t l 港代 图3 1r a t i o n a l 统一过程的二维开发模型 1 9 武汉工程大学硕士学位论文 3 7 2r a t i o n a l 统一过程的四个阶段 为了对迭代的特定短期目标进行分割并组织迭代开发程序， r a t i o n a l 统一过程将迭代过程划分为4 个连续的阶段，分别为初使阶段 ( i n c e p t i o n ) 、细化阶段( e l a b o r a t i