用UML描述Java类(1)_软件工程

Java程序员的角度阐述UML和对象建模问题，是一个深入浅出的实用性介绍。虽然从历史和基本理念方面来探讨UML非常吸引人，但我们还是直接从Java代码开始，看看UML如何描述Java类，再在叙述过程中插入一些历史和基本理念方面的知识。

UML类图

在Java中，我们用下面的代码声明两个公用类，每一个Java类放入一个文件，文件的名字就是Java类的名字加上扩展名.java： public class Person{}

public class Organization{} UML是Unified Modeling Language的缩写，即“统一建模语言”。与Java不同，UML是一种图形化的建模“语言”，它用一个矩形来表示一个类，在矩形的内部写上类的名称，一个类图可以放入多个类。用矩形表示类，是UML中U（Unified）起的作用。在UML的第一个版本出现，每一个对象建模专家都有自己的一套符号，一些人用点表示类，一些人用圆圈表示类，还有一些人用圆角矩形表示类。显然，这很轻易引起混乱。后来，Rational公司的三个专家——Grady Booch、James Raumbaugh、Ivar Jacobson达成了一致意见，同意“统一”他们各自使用的符号，UML终于创立，符号之争也终于落下了帷幕。图一就是上面两个Java类的UML类图：

用UML描述Java类(1)（图一）

图一有二个类的简单类图假如要描述一系列类的内部结构以及它们相互之间的关系，UML类图是非常有用的。例如，在许多书籍中，我们可以看到作者用类图来描述各个类之间的关系。

显然，空的类没有什么实际意义。我们要为Person类加上一些实例变量和简单的方法。下面是Person类的代码，已经过简化处理，不含任何注释： public class Person {

private String name;

private String socialSecurityNumber;

private Date dateOfBirth;

private String emailAddress;

public String getName() { return name; }

public void setName(String name) { this.name = name; }

public String getSocialSecurityNumber()

{ return socialSecurityNumber; }

public void setSocialSecurityNumber(String socialSecurityNumber)

{ this.socialSecurityNumber = socialSecurityNumber; }

public Date getDateOfBirth() { return dateOfBirth; }

public void setDateOfBirth(Date dateOfBirth)

{ this.dateOfBirth = dateOfBirth; }

public int calcAgeInYears()

{/*not implemented yet*/return 0;}

} 图二显示了Person类的UML图。可以看到，UML用“+”和“-”符号分别表示public和private修饰符。UML只显示操作和属性类型之类的特征信息，操作的结果在行未的冒号之后声明。用UML描述Java类(1)（图二）

图二在UML类图中描述属性和方法

由于UML类图不包含方法的具体实现，所以在UML类图中查看属性和方法等基本信息要比直接查看Java源代码更方便一些。在创建UML图时，人们经常忽略或隐藏各种细节信息，以便查看和把握类的整体结构。例如，UML类图经常只显示出属性和操作的名称，简单的访问器方法（诸如getXXX()、setXXX()之类的方法）也经常不显示出来。图三就是简化图二得到的结果。

用UML描述Java类(1)（图三）

图三经过简化的Person类UML图图三清楚地显示出了Person类主要的属性和方法。但是，单个类的UML图还不是很有用。只有包含多个类且描述了多个类之间关系的UML图，才具有实用意义。UML用两个类之间的连线来表示两者之间的关系，不同的线型表示不同的关系，在UML类图中最常见的关系是关联关系。

关联关系 前面Person类的属性都是简单类型（Primitive Type），或者说是Java直接提供的标准类型。现在来考虑下面的代码片断，它增加了一个对Organization实例的引用：

public class Person {...

private Organization employer;

...

}

引用的名称是employer，意味着这里的Organization代表着Person的雇主。图四显示了如何在UML中描述这种关系：用UML描述Java类(1)（图四）

图四两个类之间的关联关系两个类之间的连线表示Person类对Organization类有一种依靠关系。这条线是一条实线（而不是虚线），表示这种依靠关系是一种关联。
如有必要，关联关系可显示出角色、多重性、关联方向等属性。图四的关联关系显示出Organization对象在该关系中是雇主的角色，“0..1”表示每一个Person类的对象最多和一个Organization类的对象有关系，也可能和0个Organization对象有关系（即Person对Organization的引用可设置为null）。开叉的箭头表示Person类拥有对Organization的引用，而不是Organization拥有对Person的引用。 QQread.com 推出各大专业服务器评测 Linux服务器的安全性能 SUN服务器 HP服务器 DELL服务器 IBM服务器联想服务器浪潮服务器曙光服务器同方服务器华硕服务器宝德服务器 多重性

多重性回答这样一个问题：在一个关系中，每个类各有多少对象参与其中？常见的多重性如图五所示。

用UML描述Java类(1)（图五）

图五常见的多重性及其含义

前面我们已经看到了Java代码中0..1多重性的实例。不难猜测，多重性为“1”意味着一个类对另一个类的引用不能为null（一般是这样一种情形：引用的值在构造函数中初始化，且在所有相关的set方法中禁止把该引用设置为null）。

值为“1..*”和“0..*”的多重性稍微复杂一点。在Java中，实现这类多重性的途径之一是使用某种集合类，例如Vector，来保存可能需要用到的多个引用：

多重性回答这样一个问题：在一个关系中，每个类各有多少对象参与其中？常见的多重性如图五所示。前面我们已经看到了Java代码中0..1多重性的实例。不难猜测，多重性为“1”意味着一个类对另一个类的引用不能为null（一般是这样一种情形：引用的值在构造函数中初始化，且在所有相关的set方法中禁止把该引用设置为null）。值为“1..*”和“0..*”的多重性稍微复杂一点。在Java中，实现这类多重性的途径之一是使用某种集合类，例如Vector，来保存可能需要用到的多个引用：

ClassA{

...

Vector classB; // 保存B类对象引用的Vector

...

}

对于“1..*”多重性，Java程序必须确保Vector至少包含一项内容。

在有些关系中，多重性的值可以是某个精确的范围或数字。例如，一个小孩最多有两个生物学意义上的健在双亲，即它的多重性可表示为“0..2”。用Java代码描述这种关系时，程序必须带有确保Parent对象实例少于或等于2个的约束。

一个UML关联加上多重性、角色、关联方向之后，能够描述出大量信息，远比一大堆Java源代码简洁和直观。虽然UML图没有说明关系的具体实现方式，但它能够充分地说明关系的意义和作用。图六显示了标注多重性、角色名称之后的雇佣关系，它表示一个Person可以为多个Organization工作，一个Organization可以雇佣多个Person。

用UML描述Java类(1)（图六）

图六双向关联关系 聚合与合成 关联只是UML中的关系之一。下面我们来看看UML中的其他两种关系——聚合（Aggregation）和合成（Composition)，它们实际上是关联关系的不同变种。聚合是这样一种关联关系，在这种关系中一个类的对象代表着另一个类的对象的一部分，有的人因此也把聚合关系叫做“全体-部分”关系。聚合关系用实线空心菱形箭头表示，箭头由表示Part的类指向表示Whole的类，参见图七。用UML描述Java类(1)（图七）

图七聚合与合成

那么，在Java程序中聚合关系又是什么样的呢？答案是：这要看你在问谁。聚合是一个有争议的概念，表达的是一种生命周期依靠关系。有人根据习惯认为，聚合意味着Whole类必须负责创建和拆除Part类的对象；但也有人为聚合关系下了更宽松的定义。
到底应该怎么理解，你最好能够在合作者之间取得一致意见和约定，避免混淆。

合成是一种较强的聚合关系。这两种关系基本相似，不同之处在于，在合成关系中，Part的对象任何时候只能从属于一个Whole对象，也就是说，必须用Java代码确保这种唯一的从属关系。

前面我们已经看到，类的属性、操作以及各个类之间的关系可以用UML类图来描述。然而，对于Java类里面的对象引用，什么时候应该把它当作关联关系、什么时候把它当作属性，这一点还没有搞清楚。答案是：要在哪一个层次交流信息，UML图就应该具体到哪一个层次。有些时候，即使是简单的对象，也最好画出它的类图，把其他类对它的引用描述成关联关系；另一些时候，可能需要把对象引用表示成属性，甚至从类图完全省略对该对象的引用，以便在类图中突出显示其他更重要的类和关系。大多数的UML工具软件都提供了隐藏UML类图各种细节信息的机制。

获得UML图一般有两种办法，手工设计UML图（在此基础上可由UML工具生成Java应用的骨架代码），或者用工具分析Java源代码（甚至字节码）获得UML图。一些优秀的UML工具能够在你绘制UML图的同时生成Java代码，在你编辑Java代码的同时更新UML图。例如TogetherSoft的Together ControlCentre，本文的UML图就是用这个工具绘制的，有免费版Together Community Edition可供试用。

（责任编辑：铭铭)