UML类图以及常见类关系图解

最近查询了类图中的常见关系，网上有不少或详细或简略的解释，大部分都是一张图被来来回回的复制粘贴，我借这个文档重新梳理一下概念和类关系。

基本概念

类图（Class Diagram）: 类图是面向对象系统建模中最常用和最重要的图，是定义其它图的基础。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。

类图的3个基本组件：类名、属性、方法。

在画类图的时候，常见的类关系有：泛化(Generalization)、实现（Realization）、依赖(Dependency)和关联(Association)。其中关联又分为一般关联关系和聚合关系(Aggregation)，组合关系(Composition)。下面我们结合实例理解这些关系。

关系名	英文	关系描述	标识
泛化	Generalization	表示is-a的关系，子类继承父类	带三角箭头的实线
实现	Realization	表示接口和实现的关系	带三角箭头的虚线
依赖	Dependency	表示use-a的关系，临时性的关联	带箭头的虚线
关联	Association	表示对象之间的引用关系	带箭头的实线
聚合	Aggregation	表示has-a的关系，是一种不稳定的包含关系	带空心菱形的实线
组合	Composition	表示contains-a的关系，是一种强烈的包含关系	带实心菱形的实线

关系的强弱顺序：
泛化 = 实现 > 组合 > 聚合 > 关联 > 依赖

类关系

泛化 Generalization

• 关系描述：表示is-a的关系，子类继承父类。
• 箭头指向：子类指向父类

• 代码实现：

public class Bird extends Animal {
     
}

• 思考：
  • 泛化和继承是一回事吗？
    继承和泛化都表示的是子类和父类的关系，但也有区别，只是看问题的角度不同，子类继承父类，父类泛化子类。
  • 为什么建议多用组合少用继承？
    类继承是在编译时静态定义，子类继承可以方便的改变父类的实现，同时也有不足之处：1. 因为继承在编译时刻就定义了，所以无法在运行时改变父类继承的实现。2. 父类通常定义了子类的部分行为，父类的任何改变都可以影响子类的行为，如果继承下来的实现不适合子类，则父类必须重写或被其他更适合的替换，不论哪种都要考虑对继承于父类的其它子类的影响。这种强依赖关系限制了灵活性并最终限制了复用性。
    组合是通过获取对其他对象的引用而在运行时刻动态定义的，由于组合要求具有良好定义的接口，而且，对象只能通过接口访问，所以我们并不破坏封装性；只要类型一致，运行时刻还可以用一个对象来替代另一个对象；更进一步，因为对象的实现是基于接口写的，所以实现上存在较少的依赖关系。

实现 Realization

• 关系描述：表示接口和实现的关系。
• 箭头指向：实现类指向接口
  
• 代码实现：

public class Bird implements IFly {
     
}

• 思考：
  接口是一种特殊的抽象类，这种抽象类中值包含常量和方法的定义，而没有变量和方法的实现。

依赖 Dependency

• 关系描述：类之间最弱的一种关联方式，是临时性的关联，表示Use a。代码中一般指由局部变量、函数参数、返回值建立的对于其他对象的调用关系。一个类调用被依赖类中的某些方法而得以完成这个类的一些职责。
• 箭头指向：使用类指向被依赖类
  
• 代码实现：

public abstract class Animal{
     
}

public class Air{
     
}

public class Water{
     
}

• 思考：
  • 依赖关系到底是如何体现的呢？
    • Air、Water类是全局的，则Animal类可以调用它
    • Air、Water类是Animal类的方法中的局部变量
    • Air、Water类是作为Animal类中方法的参数或者返回值

public class Animal {
       
    public void Grow() {
     
		Air air = new Air();
		Water water = new Water();
    }
    
    public Water Drink(Water water) {
     
    }
}

关联 Association

• 关系描述：表示对象之间一种引用关系，比如客户类与订单类之间的关系。这种关系通常使用类的属性表达。关联分为一般关联、聚合关联与组合关联。一般关联又可以分两类：单向关联和双向关联。
• 箭头指向：引用类指向被引用类
  
• 代码实现：

public class Water {
       
     public Climate climate;  
     public Water() {
     }
}

• 思考：
  • 其它关联的例子？
    上面用水和气候作为一个例子，作为引用关系理解起来比较弱。这里再举一个例子，比如学生与课程的双向关联关系，一个学生可以有选择多门课程，同时一门课有多名报名的学生。
    
  • 依赖关联和关联关系的区别在哪里？
    （1）从类属性定义角度看：
    发生依赖关系的两个类都不会增加属性，其中的一个类作为另一个类的方法的参数、返回值，或者局部变量存在。
    发生关联关系的两个类，其中的一个类称为另一个类的属性，而属性是一种更为紧密的耦合，更为长久的持有关系。
    （2）从关系的生命周期角度看：
    依赖关系是仅当类的方法被调用时而产生的，伴随着方法的结束而结束。
    关联关系是当类实例化的时候即产生，当类对象销毁的时候，关系结束。相对依赖来说，关联关系的生命周期更长。

聚合 Aggregation

• 关系描述：表示has-a的关系，是一种不稳定的包含关系。较强于一般关联，有整体与局部的关系，并且没有了整体，局部也可单独存在。如公司和员工的关系，公司包含员工，但如果公司倒闭，员工依然可以换家公司。再比如班级与学生的关系，动物中雁群和大雁的关系，大部分例子都是群体和个体的关系。
• 箭头指向：带空心菱形的实线，菱形指向整体，箭头指向个体
  
• 代码实现：

public class WildGooseGroup {
     
    public List<WildGoose> wildGooses;

    public WildGooseGroup (List<WildGoose> wildGooses) {
     
        this.wildGooses = wildGooses;
    }
}

• 思考：
  有的用汽车和轮胎的关系作为聚合的例子，这里判断这种关系是聚合还是组合的关键在于对于部分概念的定位。如果系统服务于汽车使用人，定位轮胎只能作为汽车的一部分出现，那么轮胎就是汽车不可分割的一部分，汽车和轮胎就是组合关系。如果系统服务于汽车制造商/修理厂，定位轮胎是汽车的一个部件，可以使用不同轮胎和汽车进行装配，那么轮胎就是可以独立于汽车存在，汽车和轮胎就是聚合关系。
  在实现上，部分类都是作为整体类的一个属性进行关联。

组合 Composition

• 关系描述：表示contains-a的关系，是一种强烈的包含关系。组合类负责被组合类的生命周期。是一种更强的聚合关系。部分不能脱离整体存在。如公司和部门的关系，没有了公司，部门也不能存在了。
• 箭头指向：带实心菱形的实线，菱形指向整体，箭头指向部分
  
• 代码实现：

public class WildGoose extends Bird {
     
    private List<Wing> wings;
    public WildGoose () {
     
        wings = new ArrayList<>();
    }
}

• 思考：
  • 组合关联和聚合关联的区别在哪里？
    （1）构造函数不同
    聚合类的构造函数中包含了另外一个类作为参数，WildGooseGroup的构造函数中用到WildGoose作为参数传递进来，WildGoose可以脱离WildGooseGroup独立存在。
    组合类的构造函数中包含了一个类的实例化，表明大雁类在实例化之前，一定要先实例化Wing类，这两个类紧密的耦合在一起，同生共灭。Wing类是不可以脱离大雁类独立存在的。
    （2）信息的封装性不同
    聚合关系中，客户端可以同时了解WildGooseGroup和大雁类，因为他们是独立的；
    组合关系中，客户端只认识大雁类，不知道Wing类的存在，因为Wing类被封装在大雁类中。

一图汇总

上面的6类关系汇总在一张图上

参考

UML类图与类的关系详解 - uml.org.cn
UML类图 - w3cschool
UML类图几种关系的总结 - tianhai110 csdn blog
UML类图五种关系与代码的对应关系 - Zhangxichao100 csdn blog