UML面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)與分析教程（第二版）（微課版）第10章系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的概念理解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的含義和主要任務(wù)掌握包圖的基本概念和組成要素掌握構(gòu)件圖的基本概念掌握部署圖的基本概念和建模目的掌握包圖、構(gòu)件圖、部署圖的建模方法系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析VS.設(shè)計(jì)分析模型雖然有效地確定了將要構(gòu)建的內(nèi)容，但是卻沒有包含足夠的信息來定義如何構(gòu)建系統(tǒng)，設(shè)計(jì)模型用來填補(bǔ)分析和實(shí)現(xiàn)之間的差距。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)是不同的階段，但是邊界比較模糊通常情況下，可以這么理解：軟件設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)的關(guān)鍵步驟，直接影響軟件質(zhì)量。

分析就是調(diào)查問題，分析模型=問題內(nèi)容

設(shè)計(jì)就是找出解決方案，設(shè)計(jì)模型=解決方案分析VS.設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)階段的任務(wù)與目標(biāo)：設(shè)計(jì)任務(wù)：將需求、分析階段獲得的模型轉(zhuǎn)換為可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)：系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用戶界面設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)用來描述系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)、接口以及它們用于通信的機(jī)制。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)建模首先要建立基本的模型，并把這些模型映射到系統(tǒng)需要的硬件單元上。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的主要活動(dòng)：系統(tǒng)分解：將系統(tǒng)分解為若干個(gè)相互作用的子系統(tǒng)模塊分解：將子系統(tǒng)進(jìn)一步劃分為模塊控制建模：建立系統(tǒng)各部分間控制關(guān)系的一般模型系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型：軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型——包圖、構(gòu)件圖硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型——部署圖包圖為了清晰、簡(jiǎn)潔地描述一個(gè)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，通常都是把它分解成若干較小的系統(tǒng)（子系統(tǒng)）。如果需要的話，每個(gè)較小的系統(tǒng)還可以分解成更小的系統(tǒng)。這樣，就形成了一個(gè)描述軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。在UML中，使用“包”代表子系統(tǒng)，使用包圖描述軟件的分層結(jié)構(gòu)。

通用三層軟件（邏輯）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)包圖圖中給出了一個(gè)由通用接口界面層、系統(tǒng)業(yè)務(wù)對(duì)象層和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層組成的三層結(jié)構(gòu)的通用軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，每層中有其內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)。包圖1、通用接口界面層

該層的功能是：設(shè)置連接該軟件系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境（如計(jì)算機(jī)設(shè)備及使用的操作系統(tǒng)、采用的編程語言等）的接口界面和設(shè)置本系統(tǒng)用戶窗口使用的接口界面以及支持系統(tǒng)。該層由系統(tǒng)接口界面類包、用戶窗口包和備用構(gòu)件庫包組成。包圖1、通用接口界面層系統(tǒng)接口界面類包：設(shè)置連接該軟件系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境的接口界面類，以便使開發(fā)的軟件系統(tǒng)與其運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行無縫連接用戶窗口包：設(shè)置系統(tǒng)用戶窗口使用的接口界面，用戶可以通過系統(tǒng)用戶窗口的引導(dǎo)，選擇合適的功能，對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行正確的操作備用構(gòu)件包：備用構(gòu)件是指那些通過商業(yè)購買或在開發(fā)其他軟件系統(tǒng)時(shí)創(chuàng)建成功的構(gòu)件，據(jù)此組成一個(gè)備用構(gòu)件庫包圖1、通用接口界面層用戶窗口是系統(tǒng)接口界面類的一個(gè)派生類，繼承了系統(tǒng)接口界面的特性，但是也有具有自己特征的操作和功能。同時(shí)，用戶窗口還可以依賴和借助備用構(gòu)件庫中的構(gòu)件搭建自己的系統(tǒng)。包圖2、系統(tǒng)業(yè)務(wù)對(duì)象層該層的功能是：設(shè)置用戶窗口與系統(tǒng)各種實(shí)現(xiàn)具體功能服務(wù)的接口界面的連接。該層由系統(tǒng)服務(wù)接口界面包、業(yè)務(wù)對(duì)象管理包、外部業(yè)務(wù)對(duì)象包和實(shí)際業(yè)務(wù)對(duì)象包組成。包圖2、系統(tǒng)業(yè)務(wù)對(duì)象層系統(tǒng)服務(wù)接口界面包：起承上啟下的作用，設(shè)置用戶窗口與系統(tǒng)各種實(shí)現(xiàn)具體功能的接口界面的連接業(yè)務(wù)對(duì)象管理包：根據(jù)用戶窗口接口界面的要求，實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)對(duì)象的有效管理外部業(yè)務(wù)對(duì)象包：對(duì)過去系統(tǒng)遺留下來的有使用價(jià)值部分進(jìn)行包裝實(shí)際業(yè)務(wù)對(duì)象包：形成能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的實(shí)際的業(yè)務(wù)對(duì)象集，包括系統(tǒng)新創(chuàng)建的業(yè)務(wù)和外部業(yè)務(wù)對(duì)象包圖3、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層該層的功能是：將能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能的對(duì)象集作為持久對(duì)象及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁盤中，便于系統(tǒng)在需要時(shí)再將這些持久對(duì)象和數(shù)據(jù)提出出來進(jìn)行處理和操作。該層由持久對(duì)象及數(shù)據(jù)包和SQL查詢語言包組成。包圖3、系統(tǒng)業(yè)務(wù)對(duì)象層持久對(duì)象及數(shù)據(jù)包：將能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的實(shí)際業(yè)務(wù)對(duì)象集，及這些對(duì)象在交互過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和新的對(duì)象，作為持久對(duì)象和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁盤中SQL查詢語言包：負(fù)責(zé)處理和操作存儲(chǔ)在磁盤中的持久對(duì)象和數(shù)據(jù)，包括對(duì)象的索引、查詢、提取、存儲(chǔ)、插入和刪除等，所有這些操作都依賴于SQL查詢語言進(jìn)行包圖（PackageDiagram）是一種描述系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的模型的重要建模工具，通過對(duì)圖中各個(gè)包以及包之間關(guān)系的描述，展現(xiàn)出系統(tǒng)的模塊與模塊之間的依賴關(guān)系。包圖包含義：將多個(gè)元素組織為語義相關(guān)組的通用機(jī)制。UML表示包擁有的元素包擁有的元素：類、接口、組件、節(jié)點(diǎn)、協(xié)作、用例、圖以及其他包。一個(gè)模型元素不能被一個(gè)以上的包所擁有。如果包被撤銷，其中的元素也要被撤銷。一個(gè)包形成了一個(gè)命名空間。包的名稱每個(gè)包必須有一個(gè)與其他包相區(qū)別的名稱。兩種形式：簡(jiǎn)單名和路徑名。包對(duì)自身所包含的內(nèi)部元素的可見性也有定義，使用關(guān)鍵字private、protected或public來表示。private定義的私有元素對(duì)包外部元素完全不可見；protected定義的被保護(hù)的元素只對(duì)那些與包含這些元素的包有泛化關(guān)系的包可見；public定義的公共元素對(duì)所有引入的包以及它們的后代都可見。可見性公有的（public）“＋”受保護(hù)的（protected）“?！彼接械模╬rivate）“－”包之間的關(guān)系包之間可以有兩種關(guān)系：依賴：在一個(gè)包中引入另一個(gè)包輸出的元素泛化使用Rose創(chuàng)建包圖通過工具欄或菜單欄添加包的步驟如下：在類圖的圖形編輯工具欄中，選擇用于創(chuàng)建包的按鈕，或者在菜單欄中，選擇“Tools”（工具）中“Create”（新建）菜單下的“Package”選項(xiàng)。此時(shí)的光標(biāo)變?yōu)椤?”符號(hào)。單擊類圖的任意一個(gè)空白處，系統(tǒng)在該位置創(chuàng)建一個(gè)包圖，系統(tǒng)產(chǎn)生的默認(rèn)名稱為“NewPackage”。將“NewPackage”重新命名成新的名稱即可。1、創(chuàng)建刪除包圖使用Rose創(chuàng)建包圖選中“PackageA”包的圖標(biāo)，單擊右鍵，在菜單選項(xiàng)中選擇“SelectCompartmentItems...”選項(xiàng)。在彈出對(duì)話框的左側(cè)，顯示了在該包目錄下的所有的類，選中類，通過中間的按鈕將“ClassA”和“ClassB”添加到右側(cè)的框中。添加完畢以后，點(diǎn)擊“OK”按鈕即可。2、添加包中的信息使用Rose創(chuàng)建包圖包和包之間與類和類之間一樣，也可以有依賴關(guān)系，并且包的依賴關(guān)系也和類的依賴關(guān)系的表示形式一樣，使用依賴關(guān)系的圖標(biāo)進(jìn)行表示。3、創(chuàng)建包的依賴關(guān)系構(gòu)件圖在構(gòu)件圖中，系統(tǒng)中可重用的模塊封裝成為具有可替代性的物理單元，我們稱之稱為構(gòu)件，它是獨(dú)立的，在一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的封裝單位，提供一個(gè)或多個(gè)接口，是系統(tǒng)高層的可重用的部件。構(gòu)件是軟件復(fù)用的基本物理實(shí)現(xiàn)單元。UML中，對(duì)象庫，可執(zhí)行體、COM+構(gòu)件和企業(yè)級(jí)JavaBeans都可以描述成構(gòu)件。構(gòu)件圖進(jìn)銷存管理系統(tǒng)源代碼成為可執(zhí)行代碼過程的構(gòu)件圖構(gòu)件圖該構(gòu)件圖表明，進(jìn)銷存管理系統(tǒng)源代碼由C++編寫，它們有三個(gè)構(gòu)件組成：銷售管理子系統(tǒng)XSGL.CPP構(gòu)件，采購管理子系統(tǒng)CGGL.CPP構(gòu)件和倉庫管理子系統(tǒng)CKGL.CPP構(gòu)件。這三個(gè)構(gòu)件之間的連接表明它們之間有依賴關(guān)系，即倉庫管理子系統(tǒng)CKGL.CPP構(gòu)件依賴采購管理子系統(tǒng)CGGL.CPP提供倉儲(chǔ)物資，CPP構(gòu)件，還要依賴銷售管理子系統(tǒng)XSGL構(gòu)件將這些倉儲(chǔ)物資銷售出去，它們組成一個(gè)完整的進(jìn)銷存管理系統(tǒng)。構(gòu)件圖每個(gè)源代碼構(gòu)件經(jīng)過各自獨(dú)立編譯想成中間目標(biāo)代碼OBJ構(gòu)件，即銷售管理子系統(tǒng)XSGL.OBJ構(gòu)件、采購管理子系統(tǒng)CGGL.OBJ構(gòu)件和倉庫管理子系統(tǒng)CKGL.OBJ構(gòu)件這些目標(biāo)代碼構(gòu)件與對(duì)應(yīng)的源代碼構(gòu)件有依賴關(guān)系，它們各自與源代碼構(gòu)件之間的連接關(guān)系表明了這點(diǎn)構(gòu)件圖最后形成的進(jìn)銷存管理系統(tǒng)的可執(zhí)行軟件JXCGL.EXE構(gòu)件，是對(duì)銷售管理子系統(tǒng)XSGL.OBJ構(gòu)件、采購管理子系統(tǒng)CGGL.OBJ構(gòu)件和倉庫管理子系統(tǒng)CKGL.OBJ構(gòu)件這些目標(biāo)構(gòu)件以及圖形動(dòng)態(tài)鏈接庫GRAPHIC.DLL構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一連接處理后形成的因此，進(jìn)銷存管理系統(tǒng)的可執(zhí)行軟件JXCGL.EXE構(gòu)件，對(duì)銷售管理子系統(tǒng)XSGL.OBJ構(gòu)件、采購管理子系統(tǒng)CGGL.OBJ構(gòu)件、倉庫管理子系統(tǒng)CKGL.OBJ構(gòu)件和圖形動(dòng)態(tài)鏈接庫GRAPHIC.DLL構(gòu)件具有依賴關(guān)系構(gòu)件圖通過這個(gè)簡(jiǎn)單的構(gòu)件圖，我們可以清晰地從整個(gè)體系結(jié)構(gòu)框架的角度了解到一個(gè)進(jìn)銷存管理系統(tǒng)源代碼形成可執(zhí)行代碼的軟件構(gòu)造過程構(gòu)件圖的基本概念構(gòu)件圖描述構(gòu)件及其之間的相互依賴，構(gòu)件是邏輯體系結(jié)構(gòu)（類、對(duì)象及它們間的關(guān)系和協(xié)作）中定義的概念和功能在物理體系結(jié)構(gòu)中的實(shí)現(xiàn)，它通常是開發(fā)環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)性文件。構(gòu)件圖的基本概念構(gòu)件作為系統(tǒng)定義良好接口的物理實(shí)現(xiàn)單元，它能夠不直接依賴于其他構(gòu)件而僅僅依賴于構(gòu)件所支持的接口。通過使用被軟件或硬件所支持的一個(gè)操作集——接口，構(gòu)件可以避免在系統(tǒng)中與其它構(gòu)件之間直接發(fā)生依賴關(guān)系。有一些構(gòu)件的圖標(biāo)表示形式和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件圖形表示形式相同，它們包括ActiveX、Applet、Application、DLL、EXE以及自定義構(gòu)造型的構(gòu)件，它們的表示形式是在構(gòu)件上添加相關(guān)的構(gòu)造型，下圖是一個(gè)構(gòu)造型為Applet的構(gòu)件。構(gòu)件在RationalRose2003中，數(shù)據(jù)庫也被認(rèn)為是一種構(gòu)件。虛包是一種只包含對(duì)其它包所具有的元素進(jìn)行的引用的構(gòu)件。它被用來提供一個(gè)包的某些內(nèi)容的公共視圖。虛包不包含任何它自己的模型元素。構(gòu)件系統(tǒng)是指組織起來以完成一定目的的連接單元的集合，在系統(tǒng)中，肯定有一個(gè)文件用來指定系統(tǒng)的入口，也就是系統(tǒng)程序的根文件，這個(gè)文件被成為主程序。子程序規(guī)范和子程序體是用來顯示子程序的規(guī)范和實(shí)現(xiàn)體。子程序是一個(gè)單獨(dú)處理的元素的包，我們通常用它代指一組子程序集。構(gòu)件構(gòu)件圖是用來表示系統(tǒng)中構(gòu)件與構(gòu)件之間，以及定義的類或接口與構(gòu)件之間的關(guān)系的圖。在構(gòu)件圖中，構(gòu)件和構(gòu)件之間的關(guān)系表現(xiàn)為依賴關(guān)系，定義的類或接口與類之間的關(guān)系表現(xiàn)為依賴關(guān)系或?qū)崿F(xiàn)關(guān)系。構(gòu)件圖使用Rose創(chuàng)建構(gòu)件圖創(chuàng)建一個(gè)新的構(gòu)件圖，通過以下方式進(jìn)行。右鍵單擊瀏覽器中的ComponentView（構(gòu)件視圖）或者位于構(gòu)件視圖下的包。在彈出的菜單中，選中“New”（新建）下的“ComponentDiagram”（構(gòu)件圖）選項(xiàng)。輸入新的構(gòu)件圖名稱。雙擊打開瀏覽器中的構(gòu)件圖。使用Rose創(chuàng)建構(gòu)件圖通過構(gòu)件圖的圖形編輯工具欄添加對(duì)象的步驟如下：在構(gòu)件圖的圖形編輯工具欄中，選擇按鈕，此時(shí)光標(biāo)變?yōu)椤埃碧?hào)。在構(gòu)件圖圖形編輯區(qū)內(nèi)選擇任意一個(gè)位置然后使用鼠標(biāo)左鍵單擊，系統(tǒng)在該位置創(chuàng)建一個(gè)新的構(gòu)件。在構(gòu)件的名稱欄中，輸入構(gòu)件的名稱。使用Rose創(chuàng)建構(gòu)件圖對(duì)于構(gòu)件圖中的構(gòu)件，和其它RationalRose2003中的模型元素一樣，我們可以通過構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范窗口設(shè)置增加其細(xì)節(jié)信息，包括名稱、構(gòu)造型、語言、文本、聲明、實(shí)現(xiàn)類和關(guān)聯(lián)文件等。部署圖開發(fā)得到的軟件系統(tǒng)，必須部署在某些硬件上予以執(zhí)行。在UML中，硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型由配置圖建模。部署圖的基本概念

部署圖（DeploymentDiagram）描述了一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的硬件結(jié)點(diǎn)，以及在這些結(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的軟件構(gòu)件將在何處物理地運(yùn)行，以及它們將如何彼此通信的靜態(tài)視圖。部署圖的基本概念在一個(gè)部署圖中，包含了兩種基本的模型元素：節(jié)點(diǎn)（Node)和節(jié)點(diǎn)之間的連接（Connection）。在每一個(gè)模型中僅包含一個(gè)部署圖。節(jié)點(diǎn)是在運(yùn)行時(shí)代表計(jì)算資源的物理元素。節(jié)點(diǎn)的確定可以通過查看對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有用的硬件資源來完成，需要從能力(如計(jì)算能力、內(nèi)存大小等)和物理位置(要求在所有需要使用該系統(tǒng)的地理位置都可以訪問該系統(tǒng))兩方面來考慮。節(jié)點(diǎn)在UML中，節(jié)點(diǎn)用一個(gè)立方體來表示。節(jié)點(diǎn)必須有名稱。節(jié)點(diǎn)的名稱有兩種：簡(jiǎn)單名和路徑名；位于節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)內(nèi)部。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)名稱通常是從現(xiàn)實(shí)的詞匯表中抽取出來的短名詞或名詞短語。節(jié)點(diǎn)通常，UML圖中的節(jié)點(diǎn)只顯示名稱，也可以用標(biāo)記值或表示節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)的附加欄加以修飾示。建模過程中，節(jié)點(diǎn)可以分為兩種：處理器（Processor）和設(shè)備（Device）。節(jié)點(diǎn)處理器是能夠執(zhí)行軟件、具有計(jì)算能力的節(jié)點(diǎn)。服務(wù)器、工作站和具有處理能力的機(jī)器都是處理器。UML中，處理器的符號(hào)如下所示?！幚砥鞴?jié)點(diǎn)設(shè)備是沒有計(jì)算能力的節(jié)點(diǎn)，通常情況下都是通過其接口為外部提供某種服務(wù)。比如啞終端、打印機(jī)和掃描儀等部屬于設(shè)備。UML中，設(shè)備的符號(hào)如下所示。→設(shè)備節(jié)點(diǎn)部署圖中用關(guān)聯(lián)關(guān)系表示各節(jié)點(diǎn)之間通信路徑。UML中，部署圖中的關(guān)聯(lián)關(guān)系的表示方法與類圖中關(guān)聯(lián)關(guān)系相同，都是一條實(shí)線。在連接硬件時(shí)通常關(guān)心節(jié)點(diǎn)之間是如何連接的(如以太網(wǎng)、并行、TCP或USB等)。關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系一般不使用名稱，使用構(gòu)造型，如<<Ethernet>>(以太網(wǎng))、<<parallel>>(并聯(lián))或<<TCP>>（傳輸控制協(xié)議）等。關(guān)聯(lián)關(guān)系使用Rose創(chuàng)建構(gòu)件圖與部署圖使用RationalRose2003創(chuàng)建系統(tǒng)模型時(shí)，就已經(jīng)創(chuàng)建完畢，即為DeploymentView（部署視圖）。如果要訪問部署圖，在瀏覽器中雙擊該部署視圖即可。其中包括：創(chuàng)建和刪除節(jié)點(diǎn)。設(shè)置節(jié)點(diǎn)。添加和刪除節(jié)點(diǎn)之間的連接。設(shè)置連接規(guī)范。2、創(chuàng)建部署圖創(chuàng)建部署圖創(chuàng)建和刪除節(jié)點(diǎn)，使用菜單欄或?yàn)g覽器添加節(jié)點(diǎn)的步驟如下：選擇Tools|Create|Processor命令，此時(shí)光標(biāo)變?yōu)椤?”號(hào)。如果使用瀏覽器，可右鍵單擊DeploymentView（部署視圖），在彈出的快捷菜單中選擇New|Proc