课件—UML系统建模与分析设计(5)

1、第五章第五章 系统设计与对象动态交互模型系统设计与对象动态交互模型动态行动态行为包括系统中对象生存期内可能的状态以及事件发生时状态为包括系统中对象生存期内可能的状态以及事件发生时状态的转移，对象之间动态合作关系，显示对象之间的交互过程的转移，对象之间动态合作关系，显示对象之间的交互过程以及交互顺序，同时描述了为满足用例要求所进行的活动以以及交互顺序，同时描述了为满足用例要求所进行的活动以及活动间的约束关系。及活动间的约束关系。对象通过相互间的通信对象通过相互间的通信(消息传递消息传递)进行合作进行合作,并在其并在其生命周期中根据通信的结果不断改变自身的状态。生命周期中根据通信的结果不断改变自身

2、的状态。对象类动态模型对象类动态模型v对象类动态模型实际上是解决系统中的对象“何时做”的问题，是系统分析、设计阶段的重要内容和产物。v该模型描述系统的动态行为，包括：系统如何响应外部事件或激励，系统中各对象的执行顺序和状态的变化，侧重描述系统控制逻辑。v该模型包括：对象交互行为模型、对象状态模型。：状态图用来描述对象，子系统，状态图用来描述对象，子系统，系统的生命周期。系统的生命周期。：着重描述操作实现中完成的着重描述操作实现中完成的工作以及用例实例或对象中的活动，活动图是状态图的一个工作以及用例实例或对象中的活动，活动图是状态图的一个变种。变种。：是一种交互图，主要描述：是一种交互图，主要描

3、述对象之间的动态合作关系以及合作过程中的行为次序，常用对象之间的动态合作关系以及合作过程中的行为次序，常用来描述一个用例的行为。来描述一个用例的行为。：用于描述相互合作的用于描述相互合作的对象间的交互关系，它描述的交互关系是对象间的消息连接对象间的交互关系，它描述的交互关系是对象间的消息连接关系。关系。 动态模型主要描述系统的动态行为和控制结构。包括动态模型主要描述系统的动态行为和控制结构。包括4类图：类图：状态图和活动图状态图和活动图顺序图和合作图顺序图和合作图对象状态模型对象状态模型 该模型主要用于描述对该模型主要用于描述对象的个体行为，其功能包象的个体行为，其功能包括：为某个用例创建事件

4、括：为某个用例创建事件发生的轨迹，说明对象状发生的轨迹，说明对象状态迁移变化的顺序，描述态迁移变化的顺序，描述事件的活动是并发的还是事件的活动是并发的还是顺序的。顺序的。 其中，状态是一个对象其中，状态是一个对象在某一时刻属性特征的概在某一时刻属性特征的概括。括。对象交互行为模型对象交互行为模型 该模型主要描述完成该模型主要描述完成系统某个功能时，几个对系统某个功能时，几个对象之间消息传递的时间序象之间消息传递的时间序列，通常起始于一个系统列，通常起始于一个系统外部输入事件，结束于某外部输入事件，结束于某个条件的满足或某个系统个条件的满足或某个系统外部的输出事件。外部的输出事件。知识图谱知识图

5、谱v本章目的：本章目的：n了解了解UML软件开发的系统设计方法与技术软件开发的系统设计方法与技术n掌握系统设计规格说明报告文档书写格式掌握系统设计规格说明报告文档书写格式n掌握掌握UML中顺序图的描述方法中顺序图的描述方法n掌握同步消息和异步消息的定义和描述方法掌握同步消息和异步消息的定义和描述方法n掌握掌握UML中合作图的描述方法中合作图的描述方法n掌握利用顺序图与合作图建立动态交互模型的方法掌握利用顺序图与合作图建立动态交互模型的方法步骤步骤5.1 5.1 系统设计系统设计5.1.1 5.1.1 反复迭代的系统设计方式反复迭代的系统设计方式 面向对象的系统设计是在系统分析结果的基础上进行的

6、，进行详细分析之后就可以转入系统设计阶段，在系统建立对象静态模型的基础上，建立动态模型。 与传统的软件开发方法不同，在UML的面向对象系统中，系统设计和系统分析没有明显的分界线，两者都采用相同的符号表示。在系统分析阶段采用反复迭代的方式逐步细化和完善软件系统。系统设计一般包括：系统设计一般包括： 系统对象设计 系统体系结构设计 系统设计的优化和审查5.1.2 5.1.2 系统对象设计系统对象设计（1）对象接口设计-加入接口对象（2）设计算法和数据结构-为对象的属性和操作设计数据结构和实现算法（3）确认子系统（4）子系统间的通信规约5.1.3 5.1.3 系统体系结构设计系统体系结构设计 1任务

7、管理设计（1）主从结构设计。（2）分布式结构设计。2数据管理设计（1）定义数据类型。（2）设计数据管理。数据管理设计提供了持久对象的基本结构。 3用户界面设计5.1.4 系统设计的优化和审查系统设计的优化系统设计的优化： 把一个复杂系统划分为几个子系统，每个子系把一个复杂系统划分为几个子系统，每个子系统还可以划分为更小的子系统，而最小的子系统就统还可以划分为更小的子系统，而最小的子系统就是构件（模块）。是构件（模块）。 构件化是系统优化的前提，构件具有可复用性。构件化是系统优化的前提，构件具有可复用性。可以减少重复设计，提高开发效率。可以减少重复设计，提高开发效率。系统设计的审查：系统设计的审

8、查： 就是根据用例的描述，对所设计的系统和系统就是根据用例的描述，对所设计的系统和系统规格说明报告逐一进行严格检查。规格说明报告逐一进行严格检查。UML系统建模与分析设计5.1.5 5.1.5 系统设计规格说明报告系统设计规格说明报告5.2 5.2 交互模型建模交互模型建模v使用使用UML对软件系统建模主要是从结构和行为两对软件系统建模主要是从结构和行为两个方面来描述系统。个方面来描述系统。n系统的结构主要使用类图来描述，而系统的行为则是通过对象的动作来描述。n系统中的对象是相互联系的，并通过传递消息进行交互。n交互图就是用来描述系统中的对象是如何进行相互作用的。n一次交互就是指在特定语境中，

9、为了实现某一个目标，而在一组对象之间进行交换的一组消息所表示的行为 。v交互图在交互图在UML中有两种图：顺序图和合作图。中有两种图：顺序图和合作图。v顺序图和合作图都是用来描述一组对象和它们之顺序图和合作图都是用来描述一组对象和它们之间如何进行消息传递的。间如何进行消息传递的。n顺序图强调消息的时间顺序,描述特定场景中，某个时刻，为完成某一功能，对象间按照时间顺序的消息交互。n合作图强调对象之间的交互关系5.2 5.2 顺序图建模顺序图建模 顺序图用来描述对象间的交互行为。它注重消息的时间顺序，即对象间消息的发送和接收的顺序。 顺序图揭示了一个特定场景的交互，即系统执行期间发生在某个时间点的

10、对象之间的特定交互，它适合于描述实时系统中的时间特性和时间约束。 顺序图的主要用途之一，是把用例表达的需求，转化为进一步、更加正式层次的精细表达。用例常常被细化为一个或者更多的顺序图。 顺序图主要用于按照交互发生的一系列顺序，顺序图主要用于按照交互发生的一系列顺序，显示对象之间的这些交互。开发者一般认为顺序图显示对象之间的这些交互。开发者一般认为顺序图只对他们有意义。然而，一个组织的业务人员会发只对他们有意义。然而，一个组织的业务人员会发现，顺序图显示不同的业务对象如何交互，对于交现，顺序图显示不同的业务对象如何交互，对于交流当前业务如何进行很有用。除记录组织的当前事流当前业务如何进行很有用。

11、除记录组织的当前事件外，一个业务级的顺序图能被当作一个需求文件件外，一个业务级的顺序图能被当作一个需求文件使用，为实现一个未来系统传递需求。在项目的需使用，为实现一个未来系统传递需求。在项目的需求阶段，分析师能通过提供一个更加正式层次的表求阶段，分析师能通过提供一个更加正式层次的表达，把用例带入下一层次。那种情况下，用例常常达，把用例带入下一层次。那种情况下，用例常常被细化为一个或者更多的顺序图。被细化为一个或者更多的顺序图。 顺序图的主要目的是定义事件序列，产生一些希顺序图的主要目的是定义事件序列，产生一些希望的输出。重点不是消息本身，而是消息产生的顺望的输出。重点不是消息本身，而是消息产生

12、的顺序；不过，大多数顺序图会表示一个系统的对象之序；不过，大多数顺序图会表示一个系统的对象之间传递的什么消息，以及它们发生的顺序。间传递的什么消息，以及它们发生的顺序。 图按照水平和垂直的维度传递信息：垂直维度从图按照水平和垂直的维度传递信息：垂直维度从上而下表示消息上而下表示消息/调用发生的时间序列，而且水平调用发生的时间序列，而且水平维度从左到右表示消息发送到的对象实例。维度从左到右表示消息发送到的对象实例。5.2.1 一个简单的顺序图例子一个简单的顺序图例子时间时间对象对象顺序图有两个坐标：顺序图有两个坐标：垂直坐标垂直坐标-时间时间（从上到下），（从上到下），水平坐标水平坐标对象对象。

13、生存线生存线激活期激活期消息消息（1）对象：顺序图中所包含的每个对象用一个对象框（短式）表示，对象名需带下划线。（2）生存线：对象框下画的一条垂直虚线，称为该对象的生存线，表示对象的生存时间。（3）激活期：对象生存线上的一个细长方形框，表示该对象的激活时间段，即活动期间。一个激活的对象要么正在执行自己的代码，要么等待另一个对象的返回。（4）消息：对象之间消息的发送和接收用两个对象生存线（激活期）之间的消息箭头线。对象图对象图(4)消息消息的标识格式：序号警戒条件*重复次数回送值表：= 操作名（参数表）其中，1序号：表示消息在对象间交互的时间顺序号。2警戒条件：选择项，为一布尔条件表达式。3*重

14、复次数：选择项，表示消息重复发送的次数。4回送值表：以“，”区分的名字表列，分别表示完成指定操作后返回的系列值。可缺省。5操作名：必须是接收该消息的对象类角色中的操作名。6“（）”内的参数表是以“，”号区分的实参表，传送给接收消息的对象中的某个操作。消息的种类消息的种类v对象之间的通信可以同步进行，也可以异步进行。对象之间的通信可以同步进行，也可以异步进行。在在UML中消息分为四种：中消息分为四种：（1）简单消息：表示控制流，描述控制如何从一个对象传递到另一个对象，但不描述通信的细节。（2）同步消息：是一种嵌套的控制流，用操作调用实现。操作的执行者要到消息相应操作执行完并回送一个简单消息后，再

15、继续执行。 （3）异步消息：是一种异步的控制流，消息的发送者在消息发送后就继续执行，不等待消息的处理。（4）返回消息：表示控制流从过程调用的返回顺序图中的消息表示v在顺序图中，对象之间消息的发送和接收用两个对象的生存线之间的消息箭头线表示，用来指出该对象执行期间的时序。顺序图中的消息表示u简单消息：类型未知，或与类型无关，也可是同简单消息：类型未知，或与类型无关，也可是同步消息的返回。步消息的返回。u同步消息：必有一个与同步消息配对的返回消息同步消息：必有一个与同步消息配对的返回消息, 但是可以不画出但是可以不画出.u异步消息：异步消息：UML画顺序图-生命线生命线当画一个顺序图的时候，放置生

16、命线符号元件，横跨图的顶部。生命线当画一个顺序图的时候，放置生命线符号元件，横跨图的顶部。生命线表示序列中建模的角色或对象实例。表示序列中建模的角色或对象实例。 生命线画作一个方格，一条虚线从生命线画作一个方格，一条虚线从上而下，通过底部边界的中心（图上而下，通过底部边界的中心（图 ）。生命线名字放置在方格里。）。生命线名字放置在方格里。用于一个实体名为用于一个实体名为freshman的生命线的的生命线的Student类的一个例子类的一个例子UML 的生命线命名标准按照如下格式:顺序图-消息消息 消息：为了可读性，顺序图的第一个消息总是从顶端开始，并且一般消息：为了可读性，顺序图的第一个消息总

17、是从顶端开始，并且一般位于图的左边。然后继发的消息加入图中，稍微比前面的消息低些。位于图的左边。然后继发的消息加入图中，稍微比前面的消息低些。 为了显示一个对象传递一个消息给另外一个对象，你画一条线指向接为了显示一个对象传递一个消息给另外一个对象，你画一条线指向接收对象，包括一个实心箭头（如果是一个同步调用操作）或一个棍形箭头收对象，包括一个实心箭头（如果是一个同步调用操作）或一个棍形箭头（如果是一个异步讯号）。消息（如果是一个异步讯号）。消息/ /方法名字放置在带箭头的线上面。正在方法名字放置在带箭头的线上面。正在被传递给接收对象的消息，表示接收对象的类实现的一个操作被传递给接收对象的消息，

18、表示接收对象的类实现的一个操作/ /方法。方法。返回消息是可选择的；一个返回消息画作一个带开放箭头的虚线，向后返回消息是可选择的；一个返回消息画作一个带开放箭头的虚线，向后指向来源的生命线，在这条虚线上面，你放置操作的返回值。指向来源的生命线，在这条虚线上面，你放置操作的返回值。 当顺序图建模时，有时候，一个对象将会需要传递一个消息给它本身。一当顺序图建模时，有时候，一个对象将会需要传递一个消息给它本身。一个对象何时称它本身？一个纯化论者会争辩一个对象应该永不传递一个消个对象何时称它本身？一个纯化论者会争辩一个对象应该永不传递一个消息给它本身。然而，为传递一个消息给它本身的对象建模，在一些情境

19、中息给它本身。然而，为传递一个消息给它本身的对象建模，在一些情境中可能是有用的。举例来说，下图可能是有用的。举例来说，下图 是上图是上图 的一个改良版本。的一个改良版本。 该图显示调用它该图显示调用它的的 determineAvailableReports determineAvailableReports 方法的系统对象。通过表示系统传递消息方法的系统对象。通过表示系统传递消息“determineAvailableReports”determineAvailableReports”给它本身，模型把注意力集中到过程的事实上给它本身，模型把注意力集中到过程的事实上，而不是系统对象。，而不是系统对

20、象。为了要画一个调用本身的对象，如你平时所作的，画一条消息，但是不是为了要画一个调用本身的对象，如你平时所作的，画一条消息，但是不是连接它到另外的一个对象，而是你把消息连接回对象本身。连接它到另外的一个对象，而是你把消息连接回对象本身。5.3 5.3 对象之间的同步与异步操作对象之间的同步与异步操作1对象之间的同步操作 同步消息的发送者把进程控制传递给消息同步消息的发送者把进程控制传递给消息的接收者，然后暂停活动，等待消息的接收者的接收者，然后暂停活动，等待消息的接收者放弃或返回控制；放弃或返回控制； 同步消息的接收者执行所请求的操作，如同步消息的接收者执行所请求的操作，如果需要的话，可以把控

21、制传递给另一个对象角果需要的话，可以把控制传递给另一个对象角色，请求做某个操作，并且当该操作完成后把色，请求做某个操作，并且当该操作完成后把控制返回给原来的同步消息的发送者；控制返回给原来的同步消息的发送者； 同步消息的接收者也可以直接返回或发送同步消息的接收者也可以直接返回或发送信息给原来的消息发送者。信息给原来的消息发送者。2对象之间的异步操作异步消息的发送者通过发消息把信号传递给消息的接收异步消息的发送者通过发消息把信号传递给消息的接收者，然后继续自己的活动，不等待消息接收者返回信息者，然后继续自己的活动，不等待消息接收者返回信息或控制；或控制；异步消息的接收者执行所请求的操作，操作完成

22、后可以异步消息的接收者执行所请求的操作，操作完成后可以向异步消息的发送者返回信息；向异步消息的发送者返回信息；异步消息的发送者和接收者采用并发工作方式。异步消息的发送者和接收者采用并发工作方式。一条异步消息每次只发一个信号，即只做一件事，可以一条异步消息每次只发一个信号，即只做一件事，可以做的事情有：做的事情有：创建一个新对象；创建一个新对象；创建一个新线程，此时异步消息连接到一个激活期的顶创建一个新线程，此时异步消息连接到一个激活期的顶部；部；与一个正在运行的线程通信。与一个正在运行的线程通信。在顺序图中，你也能为异步消息建模。一个异步消息和在顺序图中，你也能为异步消息建模。一个异步消息和一

23、个同步的画法类似，但是消息画的线带一个棍形矛头一个同步的画法类似，但是消息画的线带一个棍形矛头，如图所示。，如图所示。5.4 5.4 顺序图中的分支控制顺序图中的分支控制图图5-55-5带条件和分支并发执行的顺序图带条件和分支并发执行的顺序图v带分支条件的顺序图带分支条件的顺序图:Computer:Printer Server:Printer:QueuePrint(file)Printer freePrint(file)Printer busyStore(file)顺序图中的约束标记顺序图中的约束标记呼叫者呼叫者交换交换接受者接受者拿起话筒拿起话筒响拨号声响拨号声拨号码拨号码路由选择路由选择鸣

24、响音鸣响音停音停音响铃声响铃声接电话接电话停铃声停铃声ABCDEB-A1SC-B10S通过网络选通过网络选择通话路径择通话路径E-D5S双方通话双方通话打电话的顺序图图图5-65-6中中 带有时间延迟标记的顺序图带有时间延迟标记的顺序图顺序图中的循环处理操作顺序图中的循环处理操作:C1:c:D1:D:D2:DOp( )Op2( )Op3( )Op4( )有循环标记的顺序图Send message op2 until5.5 5.5 合作图建模合作图建模合作图合作图(Collaboration Diagram),也称也称为协作图，用于描述相互合作的对象间的交互关为协作图，用于描述相互合作的对象间的

25、交互关系和链接系和链接(Link)关系。关系。 虽然顺序图和合作图都用来描述对象间的交虽然顺序图和合作图都用来描述对象间的交互关系互关系,但侧重点不一样。但侧重点不一样。顺序图着重体现交互的顺序图着重体现交互的时间顺序时间顺序,合作图则着重体现交互对象间的静态链合作图则着重体现交互对象间的静态链接关系。接关系。v合作图(collaboration diagram), 描述系统各成分（即对象）如何协同工作，来实现系统的某个功能。v合作图描述对象及其之间的链接（关联的实例），以及链接的对象如何发送消息。v链接（或称链）：是关联的实例，当一个类与另一个类之间有关联时，这两个类的实例之间就有链，一个对

26、象就能向另一个对象发送消息。5.5.1 合作图的组成成分合作图的组成成分UML和设计模式对象对象object链链 link消息消息 message 合作图中对象的外观与顺序图中的一样。如果合作图中对象的外观与顺序图中的一样。如果一个对象在消息的交互中被创建一个对象在消息的交互中被创建,则可在对象名称之则可在对象名称之后标以后标以new。类似地。类似地,如果一个对象在交互期间如果一个对象在交互期间被删除被删除,则可在对象名称之后标以则可在对象名称之后标以destroy。对象名对象名newnew对象名对象名 destroy 包括包括组成关系的组成关系的链接链接(Composition Link)、

27、聚集关系的链接聚集关系的链接(Aggregation Link)、限定关系的链接限定关系的链接(Qualified Link)以及以及导航链接导航链接(Navigation Link)。各种链接关系与类图中的定义相同。各种链接关系与类图中的定义相同,在链接在链接的端点位置可以显示对象的角色名和模板信息的端点位置可以显示对象的角色名和模板信息。对象对象对象对象对象对象对象对象对象对象对象对象对象对象对象对象限定词限定词v对于链接还可以加上对于链接还可以加上“角色角色”与与“约束约束”，在链，在链角色上附加的约束有角色上附加的约束有global(全局全局)，local(局局部部)，paramete

28、r(参数参数)，self(自身自身)，broadcast(广播广播)。v不过在不过在UML 2中已经开始弱化它们的使用，因此中已经开始弱化它们的使用，因此除非必要，无需过多地考虑它们除非必要，无需过多地考虑它们3 消息消息v 在对象之间的静态链接关系上可标注消息，消息类型有简在对象之间的静态链接关系上可标注消息，消息类型有简单消息，同步消息和异步消息三种。用标号表示消息执行单消息，同步消息和异步消息三种。用标号表示消息执行的顺序。的顺序。消息定义消息定义的格式如下：的格式如下：v v 消息编号消息编号：消息的编号有两种，一种是无层次编号，它：消息的编号有两种，一种是无层次编号，它简单直观；另一

29、种是嵌套的编号，它更易于表示消息的包简单直观；另一种是嵌套的编号，它更易于表示消息的包含关系。含关系。n顺序执行：按整数大小执行。,n嵌套执行：标号中带小数点。1.1，1.2，1.3，n并行执行：标号中带小写字母。1.1.1a，1.1.1b，v 迭代标记迭代标记：用：用*号表示，表示循环，通常还有迭代表达式，号表示，表示循环，通常还有迭代表达式，用来说明循环规则用来说明循环规则嵌套消息与顺序消息的标识嵌套消息与顺序消息的标识1嵌套消息序号的标识 图图5-12 5-12 采用层次嵌套消息描述的销售合同管理系统采用层次嵌套消息描述的销售合同管理系统中的处理付款单合作图中的处理付款单合作图2顺序消息

30、序号的标识UMLUML系统建模与分析设计系统建模与分析设计图图5-13 5-13 采用顺序消息序号描述的销售合同采用顺序消息序号描述的销售合同管理系统中的处理付款单合作图管理系统中的处理付款单合作图异步操作中的回调消息异步操作中的回调消息1自调用-递归调用2异步操作中的回调-即消息的接收对象也可以向消息的发送对象发送消息。图5-14 具有回调消息的合作图图5-15 具有回调消息的顺序图循环发送同一个重复消息循环发送同一个重复消息存款的例子存款的例子例子例子1：v用户打印文件，计算机向打印服务器发送打印命令，打印机如果空闲，则直接打印，否则把打印文件存储在打印队列中。例子例子2 管理员通过课程管

31、理器打印所有课程信息5.5.2 5.5.2 动态交互模型动态交互模型控制流建模控制流建模（1）进程：进程是一个动作流；能够与其他进程并发执行。（2）线程：线程是进程内部的一个动作流；能够与其他线程并发执行。（3）主动对象：一个拥有进程或线程的对象。（4）被动对象：必须由其它对象发来的消息进行触发，才执行动作的对象。（5）主动对象类：主动对象类是主动对象的抽象。v 首先根据自己的喜好和实际的表现需要来选择顺序图或合首先根据自己的喜好和实际的表现需要来选择顺序图或合作图。不过由于它们在语义上是等价的，因此可以绘制出作图。不过由于它们在语义上是等价的，因此可以绘制出一种，再通过建模工具来自动转换成另

32、一种图一种，再通过建模工具来自动转换成另一种图 v 分析模型中的交互图彻重于分析类的职责分配和交互流程，分析模型中的交互图彻重于分析类的职责分配和交互流程，而设计模型中的交互图则彻重于设计类的引入和实际方法而设计模型中的交互图则彻重于设计类的引入和实际方法的调用与流程控制的调用与流程控制 v 先确定参与交互的对象、对象之间的关系（合作图），然先确定参与交互的对象、对象之间的关系（合作图），然后确定对象间的消息交互流程（用同步调用、异步消息、后确定对象间的消息交互流程（用同步调用、异步消息、返回消息表示），并利用交互片断（顺序图）或迭代标记返回消息表示），并利用交互片断（顺序图）或迭代标记及监护条件来表示循环和分支结构及监护条件来表示循环和分支结构5.6 5.6 动态交互模型建模案例动态交互模型建模案例“销售合同管理销售合同管理”子系统子系统5.6.1 子系统的用例模型和对象静态模型UML系统建模与分析设计5.6.2 5.6.2 顺序图建模步骤顺序图建模步骤1.确定交互和涉及的对象（1 1）启动系统）启动系统（2 2）循环处理付款