UML统一建模语言是什么？
UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）是用来设计软件蓝图的可视化建模语言，是一种为面向对象系统的产品进行说明、可视化和编制文档的标准语言，独立于任何一种具体的程序设计语言。
1997 年 UML 被国际对象管理组织（OMG）采纳为面向对象的建模语言的国际标准。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。
应用场景
UML 能为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持。而且融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术，使软件设计人员沟通更简明，进一步缩短了设计时间，减少开发成本。
UML 具有很宽的应用领域。其中最常用的是建立软件系统的模型，但它同样可以用于描述非软件领域的系统，如机械系统、企业机构或业务过程，以及处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之，UML 可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模，而且使用于从需求规格描述直至系统完成后的测试和维护等系统开发的各个阶段。
UML 模型大多以图表的方式表现出来，一份典型的建模图表通常包含几个块或框、连接线和作为模型附加信息的文本。这些虽简单却非常重要，在 UML 规则中相互联系和扩展。
在这里大家可能会疑问，UML 明明是一种图形，为什么说是语言呢？
语言是包括文字和图形的，有很多内容文字是无法表达的。你见过建筑设计图纸吗？里面还不是很多图形，光用文字能表达清楚建筑设计吗？在建筑界，有一套标准来描述设计，同样道理，在软件开发界，我们也需要一套标准来帮助我们做好软件开发的工作。UML 就是其中的一种标准，注意这可不是唯一标准，只是 UML 是大家比较推崇的一种标准而已。UML 并不是强制性标准，没有规定在软件开发中一定要用 UML，但是我们需要包括 UML 在内的各种标准，来提高我们软件开发的水平。
基本构件
UML 建模的核心是模型，模型是现实的简化、真实系统的抽象。UML 提供了系统的设计蓝图。当给软件系统建模时，需要采用通用的符号语言，这种描述模型所使用的语言被称为建模语言。在 UML 中，所有的描述由事物、关系和图这些构件组成。下图完整地描述了所有构件的关系。
下面对上图中的构件进行说明。
事物
事物是抽象化的最终结果，分为结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。
1. 结构事物
结构事物是模型中的静态部分，用以呈现概念或实体的表现元素，如下表所示。
| 事物 | 解释 | 图例 |
|---|---|---|
| 类（Class） | 具有相同属性、方法、关系和语义的对象集合 |  |
| 接口（Interface） | 指一个类或构件的一个服务的操作集合，它仅仅定义了一组操作的规范，并没有给出这组操作的具体实现 |  |
| 用例（User Case） | 指对一组动作序列的描述，系统执行这些动作将产生一个对特定的参与者（Actor）有价值且可观察的结果 |  |
| 协作（Collaboration） | 定义元素之间的相互作用 |  |
| 组件（Component） | 描述物理系统的一部分 |  |
| 活动类（Active Class） | 指对象有一个或多个进程或线程。活动类和类很相象，只是它的对象代表的元素的行为和其他元素是同时存在的 |  |
| 节点（Node） | 定义为运行时存在的物理元素 |  |
2. 行为事物
行为事物指 UML 模型中的动态部分，如下表所示。
| 事物 | 解释 | 用例 |
|---|---|---|
| 交互（Interaction） | 包括一组元素之间的消息交换 |  |
| 状态机（State Machine） | 由一系列对象的状态组成 |  |
3. 分组事物
目前只有一种分组事物，即包。包纯碎是概念上的，只存在于开发阶段，结构事物、行为事物甚至分组事物都有可能放在一个包中，如下表所示。
| 事物 | 解释 | 用例 |
|---|---|---|
| 包（Package） | UML中唯一的组织机制 |  |
4. 注释事物
注释事物是解释 UML 模型元素的部分，如下表所示。
| 事物 | 解释 | 用例 |
|---|---|---|
| 注释（Note） | 用于解析说明 UML 元素 |  |
关于 UML 中的关系，我们在《UML类图及类图之间的关系》一节讲解。
图
UML2.0 一共有 13 种图（UML1.5 定义了 9 种，UML2.0 增加了 4 种），分别是类图、对象图、构件图、部署图、活动图、状态图、用例图、时序图、协作图 9 种，以及包图、组合结构图、时间图、交互概览图 4 种。
| 图名称 | 解释 |
|---|---|
| 类图（Class Diagrams） | 用于定义系统中的类 |
| 对象图（Object Diagrams） | 类图的一个实例，描述了系统在具体时间点上所包含的对象及各个对象之间的关系 |
| 构件图（Component Diagrams） | 一种特殊的 UML 图，描述系统的静态实现视图 |
| 部署图（Deployment Diagrams） | 定义系统中软硬件的物理体系结构 |
| 活动图（Activity Diagrams） | 用来描述满足用例要求所要进行的活动及活动间的约束关系 |
| 状态图（State Chart Diagrams） | 用来描述类的对象的所有可能的状态和时间发生时，状态的转移条件 |
| 用例图（Usecase Diagrams） | 用来描述用户的需求，从用户的角度描述系统的功能，并指出各功能的执行者，强调谁在使用系统、系统为执行者完成哪些功能 |
| 时序图（Sequence Diagrams） | 描述对象之间的交互顺序，着重体现对象间消息传递的时间顺序，强调对象之间消息的发送顺序，同时显示对象之间的交互过程 |
| 协作图（Collaboration Diagrams） | 描述对象之间的合作关系，更侧重向用户对象说明哪些对象有消息的传递 |
| 包图（Package Diagrams） | 对构成系统的模型元素进行分组整理的图 |
| 组合结构图（Composite Structure Diagrams） | 表示类或者构建内部结构的图 |
| 时间图（Timing Diagrams） | 用来显示随时间变化，一个或多个元素的值或状态的更改，也显示时间控制事件之间的交互及管理它们的时间和期限约束 |
| 交互概览图（Interaction Overview Diagrams） | 用活动图来表示多个交互之间的控制关系的图 |
UML类图及类图之间的关系
在 UML 2.0 的 13 种图中，类图（Class Diagrams）是使用频率最高的 UML 图之一。类图描述系统中的类，以及各个类之间的关系的静态视图，能够让我们在正确编写代码之前对系统有一个全面的认识。类图是一种模型类型，确切地说，是一种静态模型类型。类图表示类、接口和它们之间的协作关系，用于系统设计阶段。
类、接口和类图
1. 类
类（Class）是指具有相同属性、方法和关系的对象的抽象，它封装了数据和行为，是面向对象程序设计（OOP）的基础，具有封装性、继承性和多态性等三大特性。在 UML 中，类使用包含类名、属性和操作且带有分隔线的矩形来表示。
(1) 类名（Name）是一个字符串，例如，Student。
(2) 属性（Attribute）是指类的特性，即类的成员变量。UML 按以下格式表示：
[可见性]属性名:类型[=默认值]
例如：-name:String
注意：“可见性”表示该属性对类外的元素是否可见，包括公有（Public）、私有（Private）、受保护（Protected）和朋友（Friendly）4 种，在类图中分别用符号+、-、#、~表示。
(3) 操作（Operations）是类的任意一个实例对象都可以使用的行为，是类的成员方法。UML 按以下格式表示：
[可见性]名称(参数列表)[:返回类型]
例如：+display():void。
如下所示是学生类的 UML 表示。
Student 类
类图用 3 个矩形拼接表示，最上面的部分标识类的名称，中间的部分标识类的属性，最下面的部分标识类的方法。
类图中，需注意以下几点：
- 抽象类或抽象方法用斜体表示
- 如果是接口，则在类名上方加 <>
- 字段和方法返回值的数据类型非必需
- 静态类或静态方法加下划线
2. 接口
接口（Interface）是一种特殊的类，它具有类的结构但不可被实例化，只可以被子类实现。它包含抽象操作，但不包含属性。它描述了类或组件对外可见的动作。在 UML 中，接口使用一个带有名称的小圆圈来进行表示。
如下所示是图形类接口的 UML 表示。
Graph 接口
3. 类图
类图（ClassDiagram）是用来显示系统中的类、接口、协作以及它们之间的静态结构和关系的一种静态模型。它主要用于描述软件系统的结构化设计，帮助人们简化对软件系统的理解，它是系统分析与设计阶段的重要产物，也是系统编码与测试的重要模型依据。
类图中的类可以通过某种编程语言直接实现。类图在软件系统开发的整个生命周期都是有效的，它是面向对象系统的建模中最常见的图。如下所示是“计算长方形和圆形的周长与面积”的类图，图形接口有计算面积和周长的抽象方法，长方形和圆形实现这两个方法供访问类调用。
“计算长方形和圆形的周长与面积”的类图
类之间的关系
UML 将事物之间的联系归纳为 6 种，并用对应的图形类表示。下面根据类与类之间的耦合度从弱到强排列。UML 中的类图有以下几种关系：依赖关系、关联关系、聚合关系、组合关系、泛化关系和实现关系。其中泛化和实现的耦合度相等，它们是最强的。
1. 依赖关系
依赖（Dependency）关系是一种使用关系，它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式，是临时性的关联。在代码中，某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类（被依赖类）中的某些方法来完成一些职责。
在 UML 类图中，依赖关系使用带箭头的虚线来表示，箭头从使用类指向被依赖的类。如下是人与手机的关系图，人通过手机的语音传送方法打电话。
依赖关系的实例
2. 关联关系
关联（Association）关系是对象之间的一种引用关系，用于表示一类对象与另一类对象之间的联系，如老师和学生、师傅和徒弟、丈夫和妻子等。关联关系是类与类之间最常用的一种关系，分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。我们先介绍一般关联。
关联可以是双向的，也可以是单向的。在 UML 类图中，双向的关联可以用带两个箭头或者没有箭头的实线来表示，单向的关联用带一个箭头的实线来表示，箭头从使用类指向被关联的类。也可以在关联线的两端标注角色名，代表两种不同的角色。
在代码中通常将一个类的对象作为另一个类的成员变量来实现关联关系。如下是老师和学生的关系图，每个老师可以教多个学生，每个学生也可向多个老师学，他们是双向关联。
关联关系的实例
3. 聚合关系
聚合（Aggregation）关系是关联关系的一种，是强关联关系，是整体和部分之间的关系，是 has-a 的关系。
聚合关系也是通过成员对象来实现的，其中成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象而独立存在。例如，学校与老师的关系，学校包含老师，但如果学校停办了，老师依然存在。
在 UML 类图中，聚合关系可以用带空心菱形的实线来表示，菱形指向整体。如下是大学和教师的关系图。
聚合关系的实例
4.组合关系
组合（Composition）关系也是关联关系的一种，也表示类之间的整体与部分的关系，但它是一种更强烈的聚合关系，是 cxmtains-a 关系。
在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的生命周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分对象不能脱离整体对象而存在。例如，头和嘴的关系，没有了头，嘴也就不存在了。
在 UML 类图中，组合关系用带实心菱形的实线来表示，菱形指向整体。如下是头和嘴的关系图。
组合关系的实例
5.泛化关系
泛化（Generalization）关系是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，是父类与子类之间的关系，是一种继承关系，是 is-a 的关系。
在 UML 类图中，泛化关系用带空心三角箭头的实线来表示，箭头从子类指向父类。在代码实现时，使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。例如，Student 类和 Teacher 类都是 Person 类的子类，其类图如下所示。
泛化关系的实例
6.实现关系
实现（Realization）关系是接口与实现类之间的关系。在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口中所声明的所有的抽象操作。
在 UML 类图中，实现关系使用带空心三角箭头的虚线来表示，箭头从实现类指向接口。例如，汽车和船实现了交通工具，其类图如下所示。
实现关系的实例
类关系记忆技巧
类关系记忆技巧总结如下表所示。
| 分类 | 箭头特征 | 记忆技巧 |
|---|---|---|
| 箭头方向 | 从子类指向父类 | 定义子类需要通过 extends 关键字指定父类子类一定是知道父类定义的，但父类并不知道子类的定义只有知道对方信息时才能指向对方箭头的方向是从子类指向父类 |
| 继承/实现 | 用线条连接两个类； 空心三角箭头表示继承或实现 | 实线表示继承，是is-a的关系，表示扩展，不虚，很结实 |
| 虚线表示实现，虚线代表“虚”无实体 | ||
| 关联/依赖 | 用线条连接两个类； 普通箭头表示关联或依赖 | 虚线表示依赖关系：临时用一下，若即若离，虚无缥缈，若有若无表示一种使用关系，一个类需要借助另一个类来实现功能一般一个类将另一个类作为参数使用，或作为返回值 |
| 实线表示关联关系：关系稳定，实打实的关系，“铁哥们”表示一个类对象和另一个类对象有关联通常一个类中有另一个类对象作为属性 | ||
| 组合/聚合 | 用菱形表示：像一个盛东西的器皿（如盘子） | 聚合：空心菱形，代表空器皿里可以放很多相同的东西，聚集在一起（箭头方向所指的类）整体和局部的关系，两者有独立的生命周期，是 has-a 的关系弱关系，消极的词：弱-空 |
| 组合：实心菱形，代表器皿里已经有实体结构的存在，生死与共整体与局部的关系，和聚合关系对比，关系更加强烈，两者具有相同的生命周期，contains-a 的关系强关系，积极的词；强-满 |
注意：UML 的标准类关系图中，没有实心箭头。有些 Java 编程的 IDE 自带类生成工具可能出现实心箭头，主要目的是降低理解难度。
下面用一个经典案例来加深和巩固对类图的理解。下图是对动物衍生关系描述的类图。这个图非常有技术含量也非常经典，大家可以好好理解一下。
UMLet的使用与类图的设计
本实验是为后续实验做准备的。在《设计模式》教程中，各个程序实例都要画类图，所以读者必须掌握用某种 UML 建模工具来画类图，本教程选择 UMLet 作为 UML 的建模工具。
实验目的
本实验的主要目的如下。
- 理解类的基本概念，掌握如何从需求分析中抽象出类的方法。
- 理解类之间关系，掌握如何分析具体实例中的类之间的关系。
- 掌握在 UMLet 中绘制类图的基本操作方法。
实验原理
在绘制类图之前，我们先来介绍一下 UMLet 工具。
UMLet的使用
UMLet 是一款免费且开源的 UML 建模工具，它可以将原型导出为 bmp、eps、gif、jpg、pdf、png、svg 等格式，还可以集成到 Eclipse 中，作为 Eclipse 的插件在 Windows、Mac OS 和 Linux 等平台上运行。它可在 UMLet 官网下载安装。
用 UMLet 建模非常简单，方法如下：
- 首先打开 UMLet，然后在窗体右上侧区域内双击想要添加的对象，该对象将被自动添加到面板中；
- 再选中刚刚添加进来的对象，并在右下角的属性面板中修改该对象的属性；
- 最后保存创建完成的 UML 模型图，如果需要还可将结果导出为其他格式的文件。
图1 UMLet 14.3的运行界面
如果要在 Eclipse 中安装 UMLet 插件，其方法如下。
- 下载相关版本的 UMLet 插件的压缩包，然后将解压的文件 com.umlet.plugin-14.3.jar 复制到 Eclipse 下的 plugins 目录下。
- 重启 Eclipse，选择“文件(F)” — 新建(N) ” — “其他(0)…” —“UMlet Diagram”，建立 UML 模型，如图 2 所示。
图2 在Eclipse中安装UMLet插件
UMLet 在 Eclipse 中的使用方法同前面介绍的一样。
实验内容
(1) 通过《UML类图及类图之间的关系》一节的学习，在生活中找到相关实例。
(2) 用 UMLet 工具对找到的相关实例中的类的关系建模。
实验要求
所设计的实验必须满足以下两点。
- 类图中至少有一个类包含相关属性和方法，目的是掌握属性和方法的画法。
- 所举的若干实例要包含前面介绍的 UML 类与类之间的 6 种关系，并正确画出其相互关系图。
实验步骤
(1) 进行需求分析，从生活中提取出相关实例。
(2) 分析以上实例，找到相关类并确定它们之间的关系，然后利用 UMLet 画出类以及类之间的关系图，图 3 以对理学家朱熹的介绍为例介绍类图的画法。
图5 UML中的类之间关系实例图
(3) 整理实验结果，写出实验的心得体会。
http://c.biancheng.net/design_pattern/