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摘 要：在面向对象软件开发中，软件设计师们需要对实际需求进行抽象，也就是建模，来完成实际需求到软件体系结构的映射。有一个好的模型或者软件架构，在软件开发中，尤为重要。UML（一种建模语言）技术可以清晰的描述模型体系，比如类的职责定义，对外的依赖关系，以及类之间的交互动作等，可以提高建模的准确性。因此，研究UML建模技术在软件设计中具有指导价值。
关键词：UML;软件设计;建模;模型图
UML（Unified Modeling Language）在软件工程中得到了广泛的应用。UML有严格的语法和语义规范，定义了标准的图形符号，立足于对事物的实体、性质、关系、结构、状态和动态变化过程的全程描述，构建了用例图、类图等各种各样的图，用于描述软件的体系结构。软件设计的过程中，UML可以很好的描述系统的结构，可以有效地指导软件设计工作的进行。
一、UML建模技术概述
UML是一种标准的建模语言，用来描述软件的设计。作为建模语言，UML拥有规范的定义，统一的符号以及语义，可以准确地表示和定义软件项目中的概念。UML具备可视化的特点，UML不再是“文字”式的语言，构成元素分为模型元素、图、视图和通用机制等几个部分，图形相比于文字更具备直观性，UML元素相互结合，以图的形式将项目的流程，模块，设计等以可视化的方式表现出来。语言本质是为了交流，而UML以其简单、可视、规范、统一的特点，恰如其分的充当着这个交流的工具。一个软件项目有产品，架构师，程序员，测试者等众多参与者，UML语言使得参与者之间的交流更加简单。到目前为止UML语言已经发展到了2.5版本，已经应用与电子、航天、金融等众多领域。
二、UML建模技术
UML的精髓在于各种图，图是模型最直观的表达，UML有以下各式各样图：用例图、类图、对象图、包图、状态图、活动图、序列图、通信图、构件图、部署图等。每个图都从一个方面反应这软件的设计。用例图描述系统功能职责及与用户交互关系;通信图描述对象间通过消息进行的交互;类图描述类内部职责及类之间关系;包图描述包之间关系;构件图描述系统中的构件、接口及关系;对象图描述系统对象之间的关系;活动图描述活动的控制流程;部署图描述在硬件节点上的软件部署以及彼此通信。其中用例图、类图、和时序图是最常使用的，这里以图书馆管理系统为例，重点说这三种图。
首先是用例图。用例图用来描述软件的执行者和软件的功能，它描述了一个用户能够观察到的系统功能模型图，在图书馆管理系统中，这里的用户有管理员和借阅者，管理员对应的软件功能有图书借阅、图书预约、图书归还、超期罚款等子功能，借阅者对应的软件功能有借阅者信息、登录、检索、图书借阅、图书归还、超期缴费等子功能，这些用户与系统子功能之间的关系构成了用例图。从用例图中可以很清楚的理解软件的整个系统需要哪些功能模块，有哪些用户，以及各个用户所对应的功能，用例图画出来以后，就相当于界定了模块之间的大致关系。
其次类图。类图描述了系统内部类与类之间的关系，是静态的。实际开发过程中，就是根据类图进行代码编写的。举个例子，图书馆管理系统中，借阅者信息这一模块可以抽象出一个类，那么这个类的职责可以有：修改个人信息，查阅个人信息，查阅借书信息，预约信息等。类不是孤立存在的，类与类之间需要交互。类图中有6大关系：泛化、实现、组合、聚合、关联、依赖。泛化表示一般和特殊的关系，实现是类与接口的问题，组合是整体与部分的关系且整体与部分不可单独存在，聚合是整体与部分的关系且整体和部分可以单独存在，关联是拥有的关系，依赖是使用的关系。软件设计的过程就是将实际场景中的功能抽像到类，并确定好类与类之间关系的过程，借助于UML的类图，这个过程可以很准确而清晰的实现。
最后是序列图。序列图描述的是类与类之间动态交互的关系。序列图按照时间顺序，将这些类之间的交互信息依次排列。消息分为同步信息，异步信息和返回信息。序列图的元素主要有角色，对象，生命线，焦点，信息等。举个例子， 借阅者网上预约的简单时序过程应该如下：1.调用登录子系统身份验证;2.经过检索系统获取图书信息;3.在预约系统完成预约;4.推出登录系统。在这个简单的订阅过程中，借阅者依次与登录、检索、预约等子系统进行交互，和类图纯粹的静态关系相比，这些信息是动态的，序列图可以清晰的描述软件内部的交互逻辑。
三、软件设计中的UML建模技术应用流程
软件工程的过程一般可分为的需求分析、架构设计、代码实现、測试、后期维护等主要阶段，其中UML的作用主要体现在需求分析和软件设计阶段。一旦设计完成，开发人员便可根据UML设计架构实施编码。
1.需求分析环节。该环节，设计者主要应用UML建模技术中的用例图。用例是一个系统中所进行的一连串的处置活动，该活动主要是要能够满足系统外部的执行者对于系统的某种期望。首先设计者需要了解系统的所有需求，并对需求进行相应的描述，划分系统的功能子系统。然后设计者要提取系统中有哪些活动，活动的参与者有谁，活动需要哪些系统提供的服务，系统需要提供的服务有哪些等等。最后结合活动和系统的需求提取出用例，在UML中描绘出用户与系统间的交互作用，子系统的划分，子系统之间的关系，并表明用户能够实现的目标，便绘制出了用例图。
2.架构设计环节。在架构设计中，设计者主要应用UML的类图和序列图。设计者需要对需求分析阶段的系统模型进行进一步的扩展与细化，分离出具体的类，设计各个类的内部职责和外部依赖，然后结合系统现有需求及将来扩展的可能性，以及子系统的输入数据与输出数据等，对这些类进行进一步的优化、分离或者合并。类设计完成后，还要完成数据库，通信机制，系统流程调度等设计工作。最后对各个子系统的职责进行总结抽象，抽象出共同职责，分离抽象层和接口的设计，完成架构的高层设计。UML类图中提供了各种抽象类，接口等机制，以及各种类之间的关系，可以简单明明确地表达这些关系。UML类图绘制完成，就代表着系统架构设计的基本完成，在UML类图的指导下，开发者的编码工作会变得非常清晰简单，UML类图不仅提高了而开发效率，还减少代码中的漏洞，提高了代码质量。由于类图属于静态图，只能描述类之间的静态关系，无法体现流程的动态执行过程，所以为了更清楚的体现架构的动态流程特性，还需要绘制UML序列图。UML序列图属于动态视图，主要用于描述系统中各个对象的交互以及通讯。设计者依次列出类之间的方法调用关系，根据时间顺序，将系统中用例的活动行为在UML序列图中绘制出来，便制作出了序列图根据UML序列图。根据序列图，可以清晰地了解对象之间的消息的发送与接收详情，获知软件系统内部动态的交互流程。
总之，UML建模技术可以提高软件设计的效率和有效性，值得推广应用。开发人员如果能深入了解UML建模技术的各种视图及应用特点，在软件设计中正确使用视图，充分发挥出UML建模技术的作用，便可设计出高质量的软件架构，保证软件的质量。
参考文献：
[1]骆元.软件工程中的UML建模技术.2017.
[2]刘海生，探讨UML在软件工程中的应用.2018.
关键词：UML;软件设计;建模;模型图
UML（Unified Modeling Language）在软件工程中得到了广泛的应用。UML有严格的语法和语义规范，定义了标准的图形符号，立足于对事物的实体、性质、关系、结构、状态和动态变化过程的全程描述，构建了用例图、类图等各种各样的图，用于描述软件的体系结构。软件设计的过程中，UML可以很好的描述系统的结构，可以有效地指导软件设计工作的进行。
一、UML建模技术概述
UML是一种标准的建模语言，用来描述软件的设计。作为建模语言，UML拥有规范的定义，统一的符号以及语义，可以准确地表示和定义软件项目中的概念。UML具备可视化的特点，UML不再是“文字”式的语言，构成元素分为模型元素、图、视图和通用机制等几个部分，图形相比于文字更具备直观性，UML元素相互结合，以图的形式将项目的流程，模块，设计等以可视化的方式表现出来。语言本质是为了交流，而UML以其简单、可视、规范、统一的特点，恰如其分的充当着这个交流的工具。一个软件项目有产品，架构师，程序员，测试者等众多参与者，UML语言使得参与者之间的交流更加简单。到目前为止UML语言已经发展到了2.5版本，已经应用与电子、航天、金融等众多领域。
二、UML建模技术
UML的精髓在于各种图，图是模型最直观的表达，UML有以下各式各样图：用例图、类图、对象图、包图、状态图、活动图、序列图、通信图、构件图、部署图等。每个图都从一个方面反应这软件的设计。用例图描述系统功能职责及与用户交互关系;通信图描述对象间通过消息进行的交互;类图描述类内部职责及类之间关系;包图描述包之间关系;构件图描述系统中的构件、接口及关系;对象图描述系统对象之间的关系;活动图描述活动的控制流程;部署图描述在硬件节点上的软件部署以及彼此通信。其中用例图、类图、和时序图是最常使用的，这里以图书馆管理系统为例，重点说这三种图。
首先是用例图。用例图用来描述软件的执行者和软件的功能，它描述了一个用户能够观察到的系统功能模型图，在图书馆管理系统中，这里的用户有管理员和借阅者，管理员对应的软件功能有图书借阅、图书预约、图书归还、超期罚款等子功能，借阅者对应的软件功能有借阅者信息、登录、检索、图书借阅、图书归还、超期缴费等子功能，这些用户与系统子功能之间的关系构成了用例图。从用例图中可以很清楚的理解软件的整个系统需要哪些功能模块，有哪些用户，以及各个用户所对应的功能，用例图画出来以后，就相当于界定了模块之间的大致关系。
其次类图。类图描述了系统内部类与类之间的关系，是静态的。实际开发过程中，就是根据类图进行代码编写的。举个例子，图书馆管理系统中，借阅者信息这一模块可以抽象出一个类，那么这个类的职责可以有：修改个人信息，查阅个人信息，查阅借书信息，预约信息等。类不是孤立存在的，类与类之间需要交互。类图中有6大关系：泛化、实现、组合、聚合、关联、依赖。泛化表示一般和特殊的关系，实现是类与接口的问题，组合是整体与部分的关系且整体与部分不可单独存在，聚合是整体与部分的关系且整体和部分可以单独存在，关联是拥有的关系，依赖是使用的关系。软件设计的过程就是将实际场景中的功能抽像到类，并确定好类与类之间关系的过程，借助于UML的类图，这个过程可以很准确而清晰的实现。
最后是序列图。序列图描述的是类与类之间动态交互的关系。序列图按照时间顺序，将这些类之间的交互信息依次排列。消息分为同步信息，异步信息和返回信息。序列图的元素主要有角色，对象，生命线，焦点，信息等。举个例子， 借阅者网上预约的简单时序过程应该如下：1.调用登录子系统身份验证;2.经过检索系统获取图书信息;3.在预约系统完成预约;4.推出登录系统。在这个简单的订阅过程中，借阅者依次与登录、检索、预约等子系统进行交互，和类图纯粹的静态关系相比，这些信息是动态的，序列图可以清晰的描述软件内部的交互逻辑。
三、软件设计中的UML建模技术应用流程
软件工程的过程一般可分为的需求分析、架构设计、代码实现、測试、后期维护等主要阶段，其中UML的作用主要体现在需求分析和软件设计阶段。一旦设计完成，开发人员便可根据UML设计架构实施编码。
1.需求分析环节。该环节，设计者主要应用UML建模技术中的用例图。用例是一个系统中所进行的一连串的处置活动，该活动主要是要能够满足系统外部的执行者对于系统的某种期望。首先设计者需要了解系统的所有需求，并对需求进行相应的描述，划分系统的功能子系统。然后设计者要提取系统中有哪些活动，活动的参与者有谁，活动需要哪些系统提供的服务，系统需要提供的服务有哪些等等。最后结合活动和系统的需求提取出用例，在UML中描绘出用户与系统间的交互作用，子系统的划分，子系统之间的关系，并表明用户能够实现的目标，便绘制出了用例图。
2.架构设计环节。在架构设计中，设计者主要应用UML的类图和序列图。设计者需要对需求分析阶段的系统模型进行进一步的扩展与细化，分离出具体的类，设计各个类的内部职责和外部依赖，然后结合系统现有需求及将来扩展的可能性，以及子系统的输入数据与输出数据等，对这些类进行进一步的优化、分离或者合并。类设计完成后，还要完成数据库，通信机制，系统流程调度等设计工作。最后对各个子系统的职责进行总结抽象，抽象出共同职责，分离抽象层和接口的设计，完成架构的高层设计。UML类图中提供了各种抽象类，接口等机制，以及各种类之间的关系，可以简单明明确地表达这些关系。UML类图绘制完成，就代表着系统架构设计的基本完成，在UML类图的指导下，开发者的编码工作会变得非常清晰简单，UML类图不仅提高了而开发效率，还减少代码中的漏洞，提高了代码质量。由于类图属于静态图，只能描述类之间的静态关系，无法体现流程的动态执行过程，所以为了更清楚的体现架构的动态流程特性，还需要绘制UML序列图。UML序列图属于动态视图，主要用于描述系统中各个对象的交互以及通讯。设计者依次列出类之间的方法调用关系，根据时间顺序，将系统中用例的活动行为在UML序列图中绘制出来，便制作出了序列图根据UML序列图。根据序列图，可以清晰地了解对象之间的消息的发送与接收详情，获知软件系统内部动态的交互流程。
总之，UML建模技术可以提高软件设计的效率和有效性，值得推广应用。开发人员如果能深入了解UML建模技术的各种视图及应用特点，在软件设计中正确使用视图，充分发挥出UML建模技术的作用，便可设计出高质量的软件架构，保证软件的质量。
参考文献：
[1]骆元.软件工程中的UML建模技术.2017.
[2]刘海生，探讨UML在软件工程中的应用.2018.