第04章 順序圖和協(xié)作圖

第4章順序圖和協(xié)作圖4.1交互圖概述

在標(biāo)識(shí)出系統(tǒng)的類(lèi)圖之后，僅給出了實(shí)現(xiàn)用例的組成結(jié)構(gòu)，這時(shí)還需要描述這些類(lèi)的對(duì)象是如何交互來(lái)實(shí)現(xiàn)用例功能的。即不但需要把用例圖模型轉(zhuǎn)化為類(lèi)圖模型，還要將它轉(zhuǎn)化為交互圖模型。交互圖(interactiondiagram)是用來(lái)描述對(duì)象之間以及對(duì)象與參與者之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作關(guān)系以及協(xié)作過(guò)程中行為次序的圖形文檔.交互圖通常用于描述一個(gè)用例的行為,顯示該用例中所涉及的對(duì)象及對(duì)象之間消息傳遞情況.交互圖包括:順序圖(sequencediagram),描述對(duì)象按照時(shí)間順序的消息交換;協(xié)作圖(collaborationdiagram),描述系統(tǒng)成分如何協(xié)同工作.2面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.2順序圖Rumbaugh的定義:順序圖是顯示對(duì)象之間交互的圖,這些對(duì)象是按時(shí)間順序排列的.它顯示參與交互的對(duì)象及對(duì)象之間消息交互的順序.它體現(xiàn)出系統(tǒng)用例的行為。時(shí)間維對(duì)象維對(duì)象/參與者生命線控制焦點(diǎn)消息順序圖有四個(gè)主要的標(biāo)記符：活動(dòng)對(duì)象生命線控制焦點(diǎn)消息3面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.2順序圖活動(dòng)對(duì)象

活動(dòng)對(duì)象可以是系統(tǒng)的參與者或者任何有效的系統(tǒng)對(duì)象。對(duì)象是類(lèi)的實(shí)例，它使用包圍名稱(chēng)的矩形框來(lái)標(biāo)記。名稱(chēng)帶下劃線，順序圖中對(duì)象的標(biāo)記符如下圖所示。

4面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.2順序圖對(duì)象的三種命名方式:生命線是對(duì)象圖標(biāo)向下延伸的虛線,表示對(duì)象生存時(shí)間.消亡點(diǎn)5面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.2順序圖生命線順序圖中垂直方向代表時(shí)間維，時(shí)間流逝的方向?yàn)樽皂斚蛳隆？拷敳康南l(fā)生的時(shí)間要比靠近底部的消息早。

因此，順序圖是兩維的。自左至右的維數(shù)代表對(duì)象的布局，自頂向下的維數(shù)代表時(shí)間的流逝。每個(gè)對(duì)象的生命線都是一條從對(duì)象向下的虛線。表示對(duì)象的存在時(shí)間。6面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.2順序圖控制焦點(diǎn)(FocusofControl)又稱(chēng)為激活期(Activation),用生命線上的小矩形表示,在這個(gè)時(shí)間段內(nèi),對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)的操作.FOC嵌套7面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息消息

消息用來(lái)說(shuō)明順序圖中不同活動(dòng)對(duì)象之間的通信。它可在一個(gè)對(duì)象需要取消不同對(duì)象的進(jìn)程時(shí)或者需要向另一個(gè)對(duì)象提供服務(wù)時(shí)，使用消息。消息從活動(dòng)對(duì)象生命線到接收對(duì)象生命線的箭頭表示。箭頭上面標(biāo)記要發(fā)送的消息，如下圖所示。8面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息>>消息的限定消息可以包含條件以便限制它們只在滿(mǎn)足條件時(shí)才能發(fā)送。條件顯示在消息名稱(chēng)上面的方括號(hào)中。右圖示例演示了如何建立一個(gè)順序圖來(lái)顯示登錄嘗試。如果登錄失敗，會(huì)在放棄登錄之前重試一次，如下圖所示。9面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息UML1.4后定義的消息有：調(diào)用消息procedurecall異步消息asynchronous返回消息returnUML1.3前的消息還有：簡(jiǎn)單消息simpleRose擴(kuò)充的消息阻止消息balking超時(shí)消息time-out10面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息調(diào)用消息：消息的發(fā)送者把控制傳遞給消息的接收者,等待接收者返回或放棄控制.調(diào)用消息必有一個(gè)與之配對(duì)的返回消息,但是可以不用畫(huà)出.11面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息12面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息異步消息：消息的發(fā)送者把控制傳遞給消息的接收者,然后繼續(xù)自己的工作,不等待接收者返回或放棄控制.UML1.4及以后UML1.3及以前13面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息下面示例演示了如何在登錄文件的情況下使用異步消息。14面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息簡(jiǎn)單消息：如果所有的消息都是同步或者異步消息，那么為什么還要簡(jiǎn)單消息呢？因?yàn)橛袝r(shí)候我們不關(guān)心消息是同步還是異步，此外在高層分析中，有時(shí)候沒(méi)有必要指定一個(gè)消息是同步的還是異步的。如下面的示例所示。15面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息16面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息返回消息：表示從過(guò)程調(diào)用返回.如果是過(guò)程消息返回,則不用畫(huà)出;如果是非過(guò)程消息,則必須畫(huà)出.返回消息17面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息阻止消息：消息的發(fā)送者傳遞消息給接收者,如果接收者無(wú)法立即接收,則發(fā)送者放棄該消息.超時(shí)消息：消息的發(fā)送者發(fā)出消息給接收者并按指定時(shí)間等待,若接收者無(wú)法在指定時(shí)間內(nèi)接收,則發(fā)送者放棄該消息.18面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息消息的語(yǔ)法格式[前置消息列表][警戒條件][消息順序號(hào)][返回值:=]消息名稱(chēng)([參數(shù)列表])例子:2:display(x,y)簡(jiǎn)單消息1.3.1p:=find(specs)嵌套消息,有返回值[x<0]4:invert(x,color)條件消息3.1*:update()循環(huán)消息A3,B4/C2:copy(a,b)線程間同步19面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息順序圖的其它技術(shù)1.創(chuàng)建對(duì)象創(chuàng)建對(duì)象的標(biāo)記符如下圖中的示例所示。有一個(gè)主要步驟用來(lái)把“create”消息發(fā)送給對(duì)象實(shí)例。對(duì)象創(chuàng)建之后就會(huì)具有生命線，就像順序圖中的任何其他對(duì)象一樣?，F(xiàn)在可以像順序圖中的其他對(duì)象那樣來(lái)使用該對(duì)象發(fā)送和接收消息。在處理新創(chuàng)建的對(duì)象，或者處理順序圖中的任何其他對(duì)象時(shí)，都可以發(fā)送“destroys”消息來(lái)刪除對(duì)象。若要想說(shuō)明某個(gè)對(duì)象被銷(xiāo)毀，需要在被銷(xiāo)毀對(duì)象的生命線上放一個(gè)X字符。20面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息順序圖的其它技術(shù)創(chuàng)建對(duì)象21面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息順序圖的其它技術(shù)22面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息2.分支和從屬流

有兩種方式來(lái)修改順序圖的控制流：使用分支和使用從屬流。這兩種方式很相似，各自的標(biāo)記符略微不同?？刂屏鞯母淖兪怯捎诓煌臈l件導(dǎo)致控制流走向不同的道路。

23面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息分支允許控制流走向不同的對(duì)象，如下圖所示。24面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息

注意消息的開(kāi)始位置是相同的，分支消息的結(jié)束“高度”也是相等的。這說(shuō)明在下一步中，其中之一將會(huì)執(zhí)行，如下圖所示。25面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息

從屬流還允許控制流根據(jù)條件改變，但是只允許控制流改變?yōu)橄嗤瑢?duì)象的另一條生命線分支，如下圖所示。26面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息

在下面的示例中，Editor在用戶(hù)刪除文件或者保存文件時(shí)向Filesystem發(fā)送一條消息。顯然，F(xiàn)ilesystem將會(huì)執(zhí)行兩種完全不同的活動(dòng)，并且每一個(gè)工作流都需要獨(dú)立的生命線，如下圖所示。27面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息練習(xí)：閱讀一個(gè)順序圖閱讀下圖所示的順序圖，該圖說(shuō)明了開(kāi)發(fā)者編譯應(yīng)用程序的步驟。在閱讀順序圖時(shí)，請(qǐng)指出我們到目前為止已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的標(biāo)記符組件。練習(xí)步驟

1）指出順序圖中的參與者和對(duì)象。

2）指出出錯(cuò)處理發(fā)生的位置。

3）按照控制流的順序指出各個(gè)消息。28面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.3順序圖中的消息29面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟

創(chuàng)建順序圖包含4項(xiàng)任務(wù)：

1）確定需要建模的工作流。

2）從左到右布置對(duì)象。

3）添加消息和條件以便創(chuàng)建每一個(gè)工作流。

4）繪制總圖以便連接各個(gè)分圖。30面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟確定交互過(guò)程的上下文識(shí)別參與交互過(guò)程的對(duì)象為每個(gè)對(duì)象設(shè)置生命線從引發(fā)這個(gè)交互過(guò)程的初始消息開(kāi)始,在生命線之間自頂向下依次畫(huà)出隨后的各個(gè)消息.如果需要嵌套或(和)表示消息發(fā)生的時(shí)間點(diǎn),使用FOC.如果需要說(shuō)明時(shí)間約束,則在消息旁邊加上約束說(shuō)明.如果需要,可以為每個(gè)消息設(shè)置前置條件和后置條件.31面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟1）確定工作流建模順序圖的第一步是確定將要建模的工作流。對(duì)于這個(gè)練習(xí)，我們將要建模Gradingsystem的ViewGrades用例。為此，需要至少標(biāo)識(shí)出3個(gè)要建模的工作流：

>>教師成功地檢查學(xué)生分?jǐn)?shù)

>>教師試圖檢查某個(gè)學(xué)生分?jǐn)?shù),但該學(xué)生在系統(tǒng)中不存在。

>>教師試圖檢查某個(gè)學(xué)生分?jǐn)?shù),但該學(xué)生分?jǐn)?shù)在系統(tǒng)中不存在。

32面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟2)布置對(duì)象建模順序圖的下一步是從左到右布置所有的參與者和對(duì)象，包含要添加消息的對(duì)象生命線，如下圖所示。33面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟3)添加消息和條件

接下來(lái)，對(duì)每一個(gè)工作流作為獨(dú)立的順序圖建模。從基本的工作流開(kāi)始，它是沒(méi)有出錯(cuò)條件，并且需要最少?zèng)Q策的工作流。

注意選擇適當(dāng)?shù)南㈩?lèi)型（異步、同步、簡(jiǎn)單和返回）。在本例中，基本工作流是教師成功地檢查某個(gè)學(xué)生的分?jǐn)?shù)，如下圖所示。

第1個(gè)工作流34面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟35面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟接下來(lái)以獨(dú)立的順序圖建模從屬工作流。此處只建模否定的條件，如下圖所示。第2個(gè)工作流36面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟

注意使用條件來(lái)指示在什么時(shí)候發(fā)送什么消息，如下圖所示。第3個(gè)工作流37面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟4)繪制總圖建模順序圖的最后一步是把所有獨(dú)立的工作流連接為一個(gè)總圖，如下圖所示。在此階段，如果覺(jué)得前面的消息和交互對(duì)于當(dāng)前的順序圖過(guò)于詳細(xì)，可以讓它們更加泛化一些，但是在軟件建模的下一個(gè)階段，就會(huì)覺(jué)得初始的各個(gè)順序圖越詳細(xì)越好。

38面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.4建立順序圖的步驟39面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.5協(xié)作圖協(xié)作圖是用于描述系統(tǒng)的行為是如何由系統(tǒng)成分協(xié)作實(shí)現(xiàn)的圖.對(duì)象object鏈link消息message協(xié)作圖中的元素:40面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.5協(xié)作圖>>多對(duì)象在協(xié)作圖中，多對(duì)象指的是由多個(gè)對(duì)象組成的對(duì)象集合，一般這些對(duì)象是屬于同一類(lèi)的。當(dāng)需要把消息同時(shí)發(fā)送給多個(gè)對(duì)象而不是單個(gè)對(duì)象時(shí)，就要用多對(duì)象這個(gè)概念。多對(duì)象用多個(gè)方框的重疊表示。1.對(duì)象對(duì)象這個(gè)概念前面已經(jīng)多次提到，這里主要強(qiáng)調(diào)多對(duì)象和主動(dòng)對(duì)象。41面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.5協(xié)作圖多對(duì)象的例子一個(gè)對(duì)象可能會(huì)向同一類(lèi)的多個(gè)對(duì)象同時(shí)發(fā)送一個(gè)消息，例如,老師會(huì)讓多個(gè)學(xué)生同時(shí)交作業(yè)。在多對(duì)象前面可以加上用方括號(hào)括起來(lái)的條件，前面加一個(gè)星號(hào)，用來(lái)說(shuō)明消息發(fā)送給多個(gè)對(duì)象，如下圖所示。42面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.5協(xié)作圖

>>主動(dòng)對(duì)象

主動(dòng)對(duì)象是一組屬性和一組方法的封裝體，其中至少有一個(gè)方法不需要接受消息就能主動(dòng)執(zhí)行（稱(chēng)做主動(dòng)方法）。也就是說(shuō)，主動(dòng)對(duì)象可以在不接受外部消息的情況下自己開(kāi)始一個(gè)控制流。在協(xié)作圖中，主動(dòng)對(duì)象的表示法除了矩形框邊界要加黑加重外，其他方面與一般對(duì)象的表示法相同。43面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.5協(xié)作圖2.鏈

鏈用來(lái)在協(xié)作圖中關(guān)聯(lián)對(duì)象。它們代表一個(gè)來(lái)自類(lèi)圖的關(guān)聯(lián)的實(shí)例。在協(xié)作圖中，消息顯示在鏈的旁邊，一個(gè)鏈上可以有多個(gè)消息。在鏈上可以加一些修飾，如角色名、導(dǎo)航（表示鏈?zhǔn)请p向還是單向）、鏈兩端的對(duì)象是否有聚集關(guān)系等，但由于鏈?zhǔn)沁B接對(duì)象的，所以鏈的兩端沒(méi)有多重性標(biāo)記。44面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.5協(xié)作圖3.消息

消息是協(xié)作圖中對(duì)象與對(duì)象之間通信的方式。消息在協(xié)作圖中顯示為一個(gè)伴隨鏈接或者關(guān)聯(lián)角色的文本字符串，并帶有一個(gè)箭頭來(lái)指示消息沿著關(guān)系傳遞的方向，如下圖所示。45面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.5協(xié)作圖消息的返回結(jié)果消息可能是要求某個(gè)對(duì)象進(jìn)行計(jì)算并返回結(jié)果的值.UML提供了返回值的表示法。返回值的名字在最左，后跟賦值號(hào)“:＝”，接著是操作名和操作的參數(shù)。對(duì)計(jì)算商品價(jià)格這個(gè)例子，可以表示成：

totalPrice:＝compute(itemPrice，salesTax)返回值46面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟協(xié)作圖的建模有3個(gè)基本的步驟：

1）確定屬于協(xié)作圖的元素。

2）建模這些元素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

3）建模實(shí)例層的協(xié)作圖。建模分?jǐn)?shù)記錄系統(tǒng)的協(xié)作圖。具體用例是Teacher使用Website登錄并且查看學(xué)生的分?jǐn)?shù)。47面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟確定交互過(guò)程的上下文識(shí)別參與交互過(guò)程的對(duì)象如果需要,為每個(gè)對(duì)象設(shè)置初始特性確定對(duì)象之間的鏈,及沿著鏈的消息從引發(fā)該交互過(guò)程的初始消息開(kāi)始,將每個(gè)消息附到相應(yīng)的鏈上如果需要表示消息嵌套,則有Dewey十進(jìn)制表示.如果需要說(shuō)明時(shí)間約束,則在消息旁邊加上約束說(shuō)明如果需要,可以為每個(gè)消息設(shè)置前置條件和后置條件48面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟1.確定協(xié)作圖的元素

首先，確定協(xié)作圖中將會(huì)包含的元素或者類(lèi)。從已經(jīng)描述的用例中可以確定需要Teacher、Student和Grade類(lèi)，其他類(lèi)是否需要不太清楚。對(duì)于分?jǐn)?shù)記錄系統(tǒng)，我們需要一個(gè)Website類(lèi)來(lái)提供進(jìn)行交互的場(chǎng)所。還需要一個(gè)Database類(lèi)來(lái)提供為學(xué)生檢索信息的功能。最后，還需要一個(gè)Security類(lèi)提供讓Teacher登錄系統(tǒng)的手段，如下圖所示。49面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟分?jǐn)?shù)記錄系統(tǒng)中的類(lèi)Teacher類(lèi)如何與Student類(lèi)交互？Student類(lèi)從哪里獲取其數(shù)據(jù)？Teacher類(lèi)如何登錄系統(tǒng)？通過(guò)這些問(wèn)題和其他問(wèn)題，我們就會(huì)認(rèn)識(shí)到需要更多的類(lèi)才能完成目標(biāo)。:Teacher:Student:Grade:Security:Database:Website50面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟2．建模類(lèi)之間關(guān)系下一步就是確定這些類(lèi)之間的關(guān)系。在這一步中，著手建模早期階段的協(xié)作圖，在類(lèi)角色之間添加鏈接和關(guān)聯(lián)角色，如下圖所示。51面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟52面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟3.建模實(shí)例層協(xié)作圖最后一步就是在實(shí)例層建模協(xié)作圖。這意味著需要把類(lèi)角色修改為對(duì)象實(shí)例，并且指定執(zhí)行用例的消息序列。這一步需要用到描述對(duì)象之間鏈接的消息標(biāo)記符，包括控制點(diǎn)、迭代、創(chuàng)建實(shí)例，以及特定消息類(lèi)型的規(guī)范。53面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.6建立協(xié)作圖的步驟54面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.7順序圖與協(xié)作圖的比較相同點(diǎn)規(guī)定責(zé)任,二者均直觀地規(guī)定了發(fā)送對(duì)象和接收對(duì)象的責(zé)任.支持消息,二者均支持所有的消息類(lèi)型.衡量工具,二者均是衡量耦合性的工具.不同點(diǎn)協(xié)作圖強(qiáng)調(diào)參與交互的對(duì)象的組織結(jié)構(gòu);順序圖強(qiáng)調(diào)消息的時(shí)間順序.順序圖可以反映對(duì)象的創(chuàng)建/激活/撤消;協(xié)作圖不能.協(xié)作圖能反應(yīng)動(dòng)作路徑,消息必須有順序號(hào);順序圖沒(méi)有.55面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.7順序圖與協(xié)作圖的比較汽車(chē)租賃系統(tǒng)中”客戶(hù)還車(chē)”的順序圖56面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.7順序圖與協(xié)作圖的比較汽車(chē)租賃系統(tǒng)中”客戶(hù)還車(chē)”的協(xié)作圖57面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.8工具支持(略)58面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.9常見(jiàn)問(wèn)題分析(1)如何在順序圖中表示消息的循環(huán)發(fā)送?在消息名前加循環(huán)條件，例如：

1.1*[forallorderlines]:message1()2.1*[i:=1..n]:message2()59面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.9常見(jiàn)問(wèn)題分析(2)如何在順序圖中表示消息的條件發(fā)送?①在消息上加警戒條件,如:[x<0]4:invert(x,color)②在消息名字前加條件子句,如:3.1[x>y]message()③使用文字說(shuō)明④分成多個(gè)順序圖60面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)&UML4.9常見(jiàn)問(wèn)題