用UML描述Java类

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，这很容易引起混乱。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：

图一 有二个类的简单类图

如果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。

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; 

... 

}            

图四 两个类之间的关联关系

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。

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。

图五 常见的多重性及其含义

 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。

图六 双向关联关系

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。

图七 聚合与合成