Java基础：UML类图

文章目录

1. 可见性符号
2. 类之间的关系
- 2.1 泛化（Generalization）
- 2.2 实现（Realization）
- 2.3 关联（Association）
- 2.4 依赖（Dependence）
- 2.5 聚合（Aggregation）
- 2.6 组合（Composition）

本文介绍Java开发中的软技能之一，UML图。UML 即统一建模语言，它是一种开放的方法，用于说明、可视化、构建和编写一个正在开发的、面向对象的、软件密集系统的制品的开放方法。
UML 展现了一系列最佳工程实践，这些最佳实践在对大规模，复杂系统进行建模方面，特别是在软件架构层次已经被验证有效。最常用的有：用例图、类图、时序图、状态图、活动图、组件图和部署图等。

下面着重介绍一下 UML 类图，类图主要是用来显示系统中的类、接口以及它们之间的静态结构和关系的一种静态模型。
许多项目立项文档、需求分析文档中，都会有关 UML 类图的涉及。类图基本上是一个系统的静态视图的图形表示，代表应用的不同方面，集合类图就表示整个系统。
画类图需要关注以下几点：

类图中的名称应该是有意义的描述，并且是面向系统的
画类图前应该先确定每个元素之间的关系
类图中每个类职责（属性和方法）应该清晰标明
对于每个类的属性应改精简，不必要的属性将使图表变得复杂

1. 可见性符号

+ public
# protected
- private

2. 类之间的关系

这里先附上类关系表格，可以先跳过这里，看完示例再回过头来看。

关系	解释	结构和语义
泛化（Generalization）	A继承B，B为非抽象类	继承结构
实现（Realization）	A实现B，B为抽象类或接口	继承结构
聚合（Aggregation）	A聚合到B上，B由A组成	表示整体由部分构成的语义。 (不是强依赖：整体不存在了，部分仍然存在)
组合（Composition）	A组成B，B由A组成	表示整体由部分构成的语义。 (强依赖：整体不存在了，部分也不存在了)
关联（Association）	A知道B，但是B不知道A	不同类的对象之间的结构关系。不强调方向，表示对象间相互知道。
依赖（Dependence）	A依赖于B	描述一个对象在运行期间会用到另一个对象的关系。应该保持单向依赖，杜绝双向依赖。

首先，我们给出一张具有整体关系的 UML 类图，后面再逐步分解说明。

图1：UML类图整体关系示例

2.1 泛化（Generalization）

泛化即 Java 中的继承关系，是类与类或者接口与接口之间最常见的关系。

图2：泛化关系示例

两个子类 Fish 和 Cat 分别继承自 Animal。

public class Animal {public String name;protected boolean isPet;private String state;private int age;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

public class Fish extends Animal {public String fishType;public void swim() {}
}

public class Cat extends Animal{protected boolean hasFeet;public void playToy(Doll doll){}
}

2.2 实现（Realization）

实现即 Java 中类对抽象类或接口的实现关系，是类与接口之间最常见的关系。

图3：实现关系示例

public interface ToyAction {void toyMoved();
}

public class Doll implements ToyAction{public Body body;public Cloth cloth;@Overridepublic void toyMoved() {}
}

2.3 关联（Association）

关联关系是一种比较强的关系，他们的关系是比较持久的、稳定的，而且双方的关系一般是平等的，分单向关联、双向关联等。
表现在代码层面，就是类 B 作为类 A 的属性，也可能是类 A 引用了一个类型为 B 的全局变量。如 Person 类，他拥有一个宠物猫，他们之间是关联关系。

图4：单向关联关系示例

public class Person {public Cat pet;public Head head;
}

(1) 单向关联
用带箭头的实线表示，箭头指向被引用或被包含的类。上面演示的就是一个单向关联关系。

(2) 双向关联
用不带箭头的实线来连接两个类，所谓的双向关联就是双方各自持有对方类型的成员变量。例如 Customer 类中维护一个 Product[] 数组，表示一个顾客购买了哪些商品；在 Product 类中维护一个 Customer 类型的成员变量表示这个产品被哪个顾客所购买。

图5：双向关联关系示例

(3) 自关联
系统中可能会存在一些类的属性对象类型为该类本身，例如二叉树中的 TreeNode 定义。

图6：自关联关系示例

2.4 依赖（Dependence）

就是一个类 A 使用到了另一个类 B ，这种使用关系是具有偶然性的、临时性的、非常弱的，但是类 B 的变化会影响到 A。
表现在代码层面，就是类 B 作为参数被类 A 在某个 method 方法中使用。如 Cat 类的 playToy 方法的参数就引用了 Doll 类，因此他们是依赖关系。

图7：依赖关系示例

2.5 聚合（Aggregation）

聚合关系强调的整体和部分、拥有的关系，即 has-a 的关系，其中部分可以脱离整体而存在，他们可以具有各自的生命周期。
如 Doll 类由 Body 和 Cloth 组成，即使失去了 Cloth，Doll 也可以正常存在。
表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分。

图8：聚合关系示例

public class Body {}

public class Cloth {}

2.6 组合（Composition）

组合关系也是强调整体和部分的关系，不同的是部分不能脱离整体而存在，它体现的是一种 contains-a 的关系，这种关系比聚合更强，也成为强聚合。
整体的生命周期结束也就意味着部分的生命周期结束，如人和大脑。
表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分。

图9：组合关系示例

public class Head {}

类关系强度：组合 > 聚合 > 关联 > 依赖

下面我们在 idea 中构建这几个类，将这几个放到同一 package 下，右击 package 选择Diagrams ，看下 idea 自动生成的UML类图：

图10：idea自动生成的UML类图

和我们给出的整体关系 UML 类图基本一致，但是在idea中聚合关系和组合关系都是用实心菱形表示的。这是因为idea只是工具，它不能进行语义级别的判断。比如，Person 和 Head，在现实生活中，我们认为是密不可分的，是组合关系，但是 idea 是没有判断依据的。