UML轻松入门--UML动态建模

上一节我们介绍了类图和对象图主要用于静态建模，本节我们将描述UML动态建模机制。在UML动态建模机制中，以消息来完成对象之间的交互，用状态图、顺序图、协作图和活动图来描述系统的行为。

UML动态建模

在动态建模机制中，以消息来完成对象之间的交互，用状态图、顺序图、协作图和活动图来描述系统的行为。

4.1消息

在面向对象领域，两个对象的交互是通过消息的发送和接收来完成的。消息分为简单消息、同步消息和异步消息：
（1）简单消息：只是表示控制如何从一个对象发给另一个对象，并不包含控制的细节；
（2）同步消息：同步意味着阻塞和等待，如果对象A给对象B发送一个消息，对象A会等待对象B执行完这个消息，接着才进行自身的工作；
（3）异步消息：异步意味着非阻塞，如果对象A给对象B发送一个消息，对象A不必等待对象B执行完这个消息，就可以接着进行自身的工作。

4.2顺序图

UML动态建模中顺序图（也称序列图）是一种交互图（InteractionDiagram，用于描述执行系统功能的各个角色之间相互传递消息的顺序关系，显示跨越多个对象的系统控制流程），强调的是时间和消息的次序，用来说明系统的动态情况，顺序图由参与者、对象、对象生命线和消息组成。一个顺序图显示了一系列的对象（通常是类的实例，也可以代表其他事物的实例，例如协作、组件和节点）和在这些对象之间发送和接收的消息。图4.1图书入库顺序图

 
图书管理系统中图书入库的顺序图如图4.1所示，对于顺序图，往往在文字表述上会出现“当…时…”、“首先”、“然后”、“接着”、“…发出…消息”，“…响应…消息”等词汇。例如

图4.1的顺序图可用文字表达为：
当管理人员把新书入库时，首先要求登录（输入用户名和口令），经系统的“注册表单”验证，若正确无误，则可继续下一步交互，否则拒绝该管理人员进入系统。若登录正确，管理人员可发出查询请求消息，系统的“图书入库表单”对象响应请求。若管理人员发出增加或删除库存图书请求，“库存图书”对象将响应该消息，找出数据库中的相关数据并执行相应的操作。此后，管理人员应按下提交键确认请求，“图书入库表单”接口对象应该响应该请求，并发出存储消息，才由“库存图书”对象响应存储消息，进行数据库存储操作。如果管理人员结束图书入库，发出退出系统的请求，则系统的“注册表单”接口对象响应请求，关闭系统。图4.2购买商品顺序图

而图4.2则给出了电子购物系统中购买商品的顺序图，通过观察顺序图，我们可以很清晰地看出顾客购买商品的流程。

4.3状态图

UML动态建模中状态图是UML中的状态机视图。状态机由对象的各个状态和连接这些状态的转换组成。每个状态对一个对象在其生命期中满足某种条件的一个时间段建模，当一个事件发生时，它会触发状态间的转换，导致对象从一种状态转化到另一新的状态。与转换相关的活动执行时，转换也同时发生。
状态图用于描述对象可以拥有的状态以及引起状态相互转移的事件和条件，它揭示了对象的生命周期，是针对类的一种建模工具。状态是对象前一次操作的结果，事件是引起状态向另一状态转化的活动。所有对象都有状态，但通常只对具有复杂行为的类建立状态图。状态图强调的是事件驱动的对象的动作，这在对反应式系统的建模是相当重要的。
两个类的状态图之间可以相互发送消息，一个状态还可以有嵌套的子状态，各子状态之间的关系可以为与/或关系。
在如图4.3所示的车载GPS终端系统中，车载GPS终端一方面与GPS卫星通信，另一方面将从GPS卫星获得的位置信息（经度、维度等）通过GSM短消息与车辆监控调度中心进行交互。

图4.3车载GPS终端系统

在这样的系统中，鉴于通信过程中GPS终端可能处于不同的状态，我们可用状态图来对其进行描述，这样很直观和明确。图4.4给出了GPS终端的状态（待命、有问题、通话中、短消息通讯中）及其状态之间的变迁关系。图4.4GPS终端的状态图

4.4活动图

UML动态建模中活动图用于描述系统、用例、程序模块中的逻辑流程的先后执行次序、并行次序，是对人类组织的现实世界中的工作流程的建模，有助于理解系统高层活动的执行行为。
活动图中的主要概念是“活动”，而“活动”的具体含义又取决于作图目的和抽象层次：
（1）当活动图用于描述系统行为时，主要侧重于系统多个用例活动之间相互制约的执行顺序，同时，识别出系统中存在的可以并行进行的用例，此时，活动表示系统要完成的任务；
（2）当活动图用于描述用例时，用于描述用例中的操作执行次序和操作完成的结果，显示多个对象的操作是如何相互结合起来共同完成用例的一个脚本，揭示出操作之间的并行性，为编码实现提供开发并行程序的便利，此时，活动表示类中的方法，即操作。允许将某个组织或执行者要完成的若干操作聚集在泳道中，以明确责任。
活动图用于低层次程序模块的作用类似于流程图，但活动图还可以描述并行操作，而流程图则只能描述串行操作。例如，图4.5给出了生产管理系统中的定单处理用例的活动图，它明显地带有流程图的特色，但是，它还表示了处理过程中的并行过程。图4.5中的付款认可活动属于财务管理用部门的职责，其它活动属于销售部门的职责，这两个部门在并行运作。

图4.5定单处理的活动图

图4.6则给出了药品管理系统中药品采购入库过程的活动图。

图4.6药品入库的活动图

4.5协作图

与顺序图一样，UML动态建模中协作图也是一种交互图，用于描述对象之间的协作关系，其模型元素与序列图的基本相同，但它侧重于描述对象之间是如何相互连接的，强调的是发送和接收消息的对象之间的组织结构。顺序图着重体现对象间消息传递的时间顺序，协作图着重于哪些对象间有消息传递，表达了对象之间的静态连接关系。顺序图和协作图是同构的，它们相互之间可以转化而不损失信息，依靠工具协作图和顺序图可互相转换。

图4.7注册新课程的协作图

图4.7给出了注册新课程的协作图，图中描述了注册者、课程表单、管理员和课程对象之间的协作关系，对象之间的连接关系上给出了发送和接收的消息。

4.6UML图之间的关系

连载2-4给出了多种类型的图，这些图之间存在着或直接或间接的关系（如图4.8），这体现了UML中的辩证法。

图4.8UML图的关系