UML类图简述及IDEA中UML插件的安装和使用

序言

在上软件构造这门课中，随着课程的深入，PPT上出现了许多的类图，初次看起来不太懂各种箭头指向表明的含义；此外，老师还提到了许多类与类之间的关系，依赖、组合、泛化、实现等等，其在UML类图上都有体现。同时考虑到UML类图的在工作学习种会广泛使用，以及其清晰简洁的类与类之间关系的表示，同时可以在我们的实验报告中用类图展示类与类之间关系，简洁明了，由此产生了学习UML类图的想法，到网上查阅资料学习并撰写博客记录。

UML图

UML图定义

​ UML图，实际上是一种语言， 统一建模语言，又称标准建模语言，是用来对软件密集系统进行可视化建模的一种语言。UML的包括UML语义和UML表示法两个元素。

​ UML是在开发阶段，说明、可视化、构建和书写一个面向对象软件密集系统的制品的开放方法。最佳的应用是工程实践，对大规模，复杂系统进行建模方面，特别是在软件架构层次，已经被验证有效。统一建模语言（UML）是一种模型化语言。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之用的文本。这些虽简单却非常重要，在UML规则中相互联系和扩展。

​ UML本身是一套符号的规定，就像数学符号和化学符号一样，这些符号用于描述软件模型中的各个元素和他们之间的关系，比如类、接口、实现、泛化、依赖、组合、聚合等

UML图分类

1. 用例图。
2. 静态结构图：类图、对象图、包图、组件图、部署图。
3. 动态行为图：交互图（时序图与协作图）、状态图、活动图。

说明：

• 类图是描述类与类之间的关系，是UML图中最核心的。

下面着重介绍UML类图

UML类图

​ UML类图的介绍：

• 描述系统中类（对象）本身的组成（成员属性和成员方法）和类（对象）之间的各种静态关系。
• 类之间的关系：依赖、泛化、实现、关联、聚合与组合。

类图的依赖关系（Dependence）

​ 只要是在类中用到了对方，那么他们之间就存在依赖关系，如果没有对方，甚至连编译都过不了。依赖关系是类与类之间最广泛、最普遍也是最基础的关系。

​ 下面几条为判断类依赖关系的依据：

• 类中用到了对方

• 类的成员属性

• 方法中使用到

• 是方法的返回类型

• 是方法接收的参数类型

  ​ 就拿最简单的Person来举例。

  public class Person{
      private IDnumber id;  
      public void setIDnumber(IDnumber id){  
          this.IDnumber = id;
      }
      public IDnumber getIDnumber(){ 
          return this.id;
      }
  }
  class IDnumber{
  }

  ​ 每个人Person都有自己的身份证号，这里新建一个IDnumber类，使用到了IDnumber类，而id又是Peroson的成员变量，同时在setIDnumber方法传入参数类型也为IDnumber ，getIDnumber方法中返回的类型也为IDnumber，只要存在上述的任意一条出现，就可以说IDnumber类和Peroson类构成了依赖关系。

  ​ 在UML类图中，用带箭头的虚线表示，箭头指向被依赖方，比如说，这里Person类指向IDnumber类。如下图所示。

  

类图中的泛化关系（Generalization）

​ 泛化关系实际上就是继承关系，比如B类（子类）继承了A类（父类），二者构成了泛化关系。泛化关系是依赖关系的特例。前面已经提到依赖关系是最普遍的关系，而这里则是针对关系的特点再细分。

​ 这里就用Human和Person来举例，每个人都是人类，都要吃饭和睡觉。

public abstract class Human {
    public void eat() {}
    public void sleep() {}
}
class Person extends Human {
    private IDnumber idnumber;
   @Override
    public void eat(){
       System.out.println("人吃饭");
    }
    @Override
    public void sleep(){
        System.out.println("人睡觉");
    }
}

​ 在UML类图中，用带三角箭头的实线表示泛化关系，其箭头指向父类。如下图所示。

类图中的实现关系（Realization）

​ 实现关系就是A类实现B接口，表示类具备了某种能力，也是依赖关系的特例。

​ 这里就用Person类和Swimming接口来举例，并不是每个人都会游泳，就比如说我这只“旱鸭子”。

public interface Swimming {
    public void swim() {}
}
class Person implenment Swimming {
    private String name;
 	@override
    public void swim(){
        System.out.println("人游泳");
    }
}

​ 在UML类图中带三角箭头的虚线表示依赖关系，其箭头指向实现的接口。如下图所示。

类图中的关联关系（Association）

​ 一个类中的成员变量（成员属性）用到了其他类，则称二者构成关联关系。关联关系实际上就是类与类之间的联系，也是依赖关系的特例。

​ 关系具有导航性，即双向关系或单向关系，单向一对一关系，双向一对一关系。

​ 关系具有多重性，如“1”表示有且仅有一个，“0…”表示0个或者多个，“0，1”表示0个或1个，“i…j”表示i到j个都可以，“m…*”表示至少m个。

​ 这里依旧拿Person和IDnumber来举例。

/*
现在Person类和IDnumber类的关系就是关联关系，Person类的成员属性中用到了IDnumber类，此时是单向一对一的，Person对应IDnumber，而IDnumber并没对应Person。
*/
public class Person{
    private IDnumber id;  
    public void setIDnumber(IDnumber id){  
        this.IDnumber = id;
    }
    public IDnumber getIDnumber(){ 
        return this.id;
    }
}
class IDnumber{
}

UML类图如下：

/*
这段表示Person与IDnumber关系仍是关联关系，但与上面的单向一对一的不同，此时，Person对应IDnumber，而IDnumber也对应Person，是双向一对一关系。
*/
public class Person{
    private IDnumber id;  
    public void setIDnumber(IDnumber id){  
        this.IDnumber = id;
    }
    public IDnumber getIDnumber(){ 
        return this.id;
    }
}
class IDnumber{
    private Person person;
}

​ UML类图如下：

​ 在UML类图中带箭头的实线表示关联关系，箭头指向关联类。

类图中的聚合关系（Aggregation）

​ 聚合关系表示的是整体和部分的关系，整体与部分可以分离，部分具有一定的独立性。整体和部分具有各自的生命周期，部分可以属于多个对象，也可以被多个对象共享；比如计算机和CPU、鼠标、键盘，公司与员工的关系。

​ 在代码层面来讲，聚合与关联是一致的，只能从语义上来区分。聚合关系是关联关系的特例，具有关联的导航性与多重性。

​ 这里拿Computer类和Mouse类、Keyboard类来举例，电脑有鼠标、键盘等组成，但鼠标、键盘都可以拔下来，电脑损害不会损坏到鼠标、键盘，鼠标、键盘损坏也不会损坏电脑，换个新鼠标、键盘就是了。

public class Computer
    private Mouse mouse;
	private Keyboard keyboard;
    public void setMouse(Mouse mouse){  
        this.mouse = mouse;
    }
    public void setKeyboard(Keyboard keyboard){  
        this.keyboard= keyboard;
    }
}
class Mouse{  
}
class Keyboard{
}

​ 在UML类图中用带空心菱形的实线表示，菱形指向整体。如图所示。

类图中的组合关系（Composition ）

​ 组合关系表示的也是整体和部分的关系，但是聚合关系的升级，整体和部分不可以分开，部分不能从整体中分离出来，创建了整体的同时，部分也随之创立，共诞生、共灭亡。同样是关联关系的特例。

​ 这里依旧拿Person和Heart类举例，每个人都有心脏，自一出生下来，心脏无时无刻不跳动，当然不跳动了，人就die了，同生共死。

public class Person{
    private IDnumber id;   //聚合关系
    private Heart heart = new Heart();
    public void setIDnumber(IDnumber id){  
        this.IDnumber = id;
    }
    public IDnumber getIDnumber(){ 
        return this.id;
    }
}
class IDnumber{
}
class Heart{   
}

UML类图如下：

​ 此外，还有一种特例，会将聚合关系升级成组合关系，即级联删除。其前提是：类A与类B是聚合关系，A是整体，B是部分；当销毁删除A的同时，连同B一块销毁删除，这就是级联删除。当定义了级联删除时，那么A与B由原来的聚合关系升级为组合关系。就比如说上面举的Person和IDnumber的例子，删除Person时连同IDnumber一块删除，那么IDnumber和Person就是组合关系了。

​ 在UML类图中用带实心菱形的实线表示，菱形指向整体。

类图关系小结

​ 类图的6种关系中，其中依赖关系是最普遍、最基础、最广泛的一类关系，再根据关系的特点细分，可以划分出泛型、实现、关联、组合、聚合关系，其都是依赖关系的特例。就像人类社会一般，每个人都与他人之间有着依赖关系，维持着人际关系，再根据人际关系特点或身份等等，分成各种关系，诸如父子、师生、朋友等等关系。

IDEA中UML插件的安装与使用

UML的安装

​ 第一步：打开IDEA，选中左上角的文件（File）—>设置（Settings）—>插件（Plugins），搜索UML，这里推荐PlantUML，然后安装，安装完成后需要重新启动IDEA。

​ 第二步：重启IDEA完成后，选中左上角的文件（File）—>新建（new），可以发现一个PlantUML File，说明可以创建UML文件了

​ 点击出现文件创建，输入文件名，以及选择UML图的类型，这里选择class，即我们最常用的UML类图。

​ 下面是初次创建其给我们的示例：

​ 如想了解更多有关其类图的信息可以到其官网。

​ 传送门：https://plantuml.com/class-diagram

​ 若要学习绘制UML图的语法，可以到PlantUML的github上获取资源。

​ 传送门：https://github.com/plantuml/plantuml

PlantUML语法

​ 这里给出常用语法：

符号	含义	示例	示例含义
–	UML图中体现为实线	无	无
..	UML图中体现为虚线	无	无
..>	依赖	A..>B	类A依赖于B
–>	关联	A..>B	类A关联于B
–|>	继承	A–|>B	类A继承于B
..|>	实现	A..|>B	类A实现接口B
–o	聚合	A–oB	类A聚合了B
–*	组合	A–*B	类A组合了B

​ 注：

• 这里给符号>, o, *指向那一侧，在UML图中会如实体现。
• 还支持双向箭头>、o、*，比如说关联关系中的双向单一关系，可以用A<–>B，其效果如前面所展示的Person和IDnumber的双向单一关系的UML类图一致。
• 在左侧的类一般在UML图的上侧，如Human–|>Person，Person..>IDnumber，其UML图如前面所说类图中泛化关系的类图所示。

​ 然后是权限修饰符：

符号	含义	示例	示例含义
-	private	-id: IDnumber	private IDnumber id;
+	public	+id: IDnumber	public IDnumber id;
#	protected	#id: IDnumber	protected IDnumber id;

​ 再是抽象类和接口：

​ 可直接用抽象类和接口对应关键词即可，abstract和interface来声明即可。

​ 建议：根据第一次新建UML类图文件其官方给出的示例，照猫画虎，稍加研究，很快就可以上手，需要时间不到半小时，而且一旦熟练掌握后，效率十分之高，比拖拽画类图方便很多，同时plantUML做到了所见即所得，就是实时预览，十分方便。

参考资料

[1] 尚硅谷UML介绍：https://www.bilibili.com/video/BV1G4411c7N4?p=23&spm_id_from=pageDriver

[2] PlantUML语法：https://www.cnblogs.com/liruilong/p/11506280.html