很多做軟件開發(fā)同學的夢想都是成為一名架構(gòu)師，而架構(gòu)師的核心工作就是做好軟件設(shè)計。軟件設(shè)計是軟件開發(fā)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，那么如何進行軟件設(shè)計，其輸出標準又是什么呢？軟件設(shè)計過程中，如何和各個相關(guān)方溝通，使軟件設(shè)計能同時滿足用戶的功能需求和非功能需求，并降低公司的開發(fā)成本？前期思考
很多軟件開發(fā)同學的職業(yè)規(guī)劃都是架構(gòu)師，試想這樣一個場景，如果公司安排你做架構(gòu)師，讓你在項目開發(fā)前期進行了一些架構(gòu)設(shè)計。
你該如何開展你的工作？
應(yīng)該如何說出你的工作成果？
你如何確定你的設(shè)計是否滿足用戶需求的？
你是否有把握最后交付的軟件是滿足要求的？
是否有把握讓軟件團隊每個工程師清晰了解自己的職責范圍，并有效的完成開發(fā)工作?
架構(gòu)師的核心工作就是做好軟件架構(gòu)設(shè)計，軟件設(shè)計是軟件開發(fā)過程中一個重要的環(huán)節(jié)。
如何進行軟件設(shè)計？
軟件設(shè)計的輸出是什么？
軟件升級過程中如何和各個相關(guān)方溝通？
軟件設(shè)計如何既能滿足用戶的功能需求，又能滿足用戶的非功能需求，也能滿足用戶的成本要求？
如何能夠使開發(fā)工程師，測試工程師，運維工程師，理解軟件的整體架構(gòu)，主要模塊劃分，關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)，核心領(lǐng)域模型，使他們能夠做好自己的工作，從而使整個軟件開發(fā)過程，處于一個可控的范圍之內(nèi)，并在軟件開發(fā)之初，就對軟件未來的藍圖有個清晰的認識？
以上這些訴求可以說是軟件開發(fā)管理與技術(shù)的核心訴求，這些問題搞定了，軟件的開發(fā)過程和結(jié)果也就得到了保障。
核心關(guān)鍵點 兩個客觀存在
我們再來看看，解決這些問題你需要理解的核心關(guān)鍵點，也就是說究竟如何做軟件設(shè)計，解決方法就是軟件建模，就是軟件的抽象模型，這些模型之上配上文字說明，就形成了軟件的設(shè)計文檔。
模型是對客觀存在的抽象，在軟件開發(fā)中有兩個客觀存在：
一個是我們要解決的領(lǐng)域問題，比如我們要開發(fā)一個電子商務(wù)網(wǎng)站，那么客觀的領(lǐng)域問題就是如何做生意，賣家如何管理商品，管理訂單服務(wù)用戶，買家如何挑選商品，如何下單，如何支付等等，對于這些客觀領(lǐng)域問題的抽象就是各種功能及其關(guān)系，各種模型對象及其關(guān)系，各種業(yè)務(wù)處理流程。
另一個客觀存在就是最終開發(fā)出來的軟件系統(tǒng)，這個軟件系統(tǒng)也是客觀存在的。
軟件有哪些主要組成？
這些類如何組織成一個一個的組件？
這些內(nèi)核組件之間的依賴關(guān)系是如何的？
運行器如何調(diào)用，需要部署多少臺服務(wù)器？
服務(wù)器之間如何通信？
所以這兩方面的客觀存在的抽象就是我們的軟件模型。
一方面，我們要對領(lǐng)域問題和軟件系統(tǒng)進行分析，設(shè)計抽象，另一方面，我們根據(jù)抽象出來的模型，進行軟件開發(fā)，這就是軟件開發(fā)的主要過程。
而對領(lǐng)域問題和軟件系統(tǒng)進行分析，設(shè)計抽象，這個過程我們稱它為軟件建模與設(shè)計。
UML工具
軟件建模工具很多，目前主要是統(tǒng)一建模語言UML。
所謂的建模，就是對領(lǐng)域問題和軟件系統(tǒng)進行抽象設(shè)計，一個工具完成前述軟件開發(fā)過程中的兩個客觀存在的建模。
而所謂的語言，一則用于溝通，滿足設(shè)計階段和各個相關(guān)方溝通的目的，一則用于思考，即使軟件開發(fā)過程中不需要跟其他人溝通，或者還沒有到了溝通的時候，依然可以使用UML建模，幫助自己進行設(shè)計思考。
此外，語言還有個特點，就是有方言，就我觀察不同公司，不同團隊，都有自己的特點，并不需要拘泥于以往那樣規(guī)范和語法，只要不引起歧義，在使用過程中對語法元素適當變通，這是UML的最佳實踐。
軟件建模與設(shè)計過程又可以拆分成需求分析，概要設(shè)計，詳細設(shè)計三個階段，而軟件建模的主要工具是UML，下面我們看一下使用方法包含了哪些軟件模型，常用的有7種。
7種軟件模型
下面我們討論這7種模型圖，如何在三個階段使用。
類圖
類圖是最常見的UML圖形，用來描述類的特性和類之間的靜態(tài)關(guān)系，一個類包含三個部分，類的名稱，類的屬性列表，類的方法列表之間有6種靜態(tài)關(guān)系關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)，依賴，聚合，組合，繼承，泛化，而相關(guān)的一組類及其關(guān)系，用一張圖畫出來就是類圖，類圖主要是在詳細設(shè)計階段化，如果內(nèi)圖已經(jīng)設(shè)計出來了，那么開發(fā)工程師只需要按照內(nèi)圖實現(xiàn)代碼就可以了，只要類圖的方法邏輯不是太復(fù)雜，不同的工程師實現(xiàn)出來的代碼幾乎是一樣的，從而保證軟件的規(guī)范統(tǒng)一。
實踐中通常不需要把一個軟件所有的類都畫出來，把核心的有代表性的，有一定技術(shù)難度的類畫出來，一般就可以了，除了在詳細設(shè)計階段畫類圖，在需求分析階段，也可以將關(guān)鍵的領(lǐng)域模型對象圖，用例圖畫出來，這個階段，關(guān)注的是領(lǐng)域?qū)ο蟮淖R別及其關(guān)系，所以通常用簡化的類圖來描述。
序列圖
序列圖描述類之間的關(guān)系，描述參與者自己的動態(tài)調(diào)用關(guān)系，每個參與者有一條垂直向下的生命線，用虛線表示，而參與者之間的消息，也從上到下表示其調(diào)用的前后順序關(guān)系。
每個生命線都有個結(jié)果，只有在參與者活動的時候才是激活的，序列圖通常用于描述對象之間的交互，這個對象可以是類對象，也可以是更大粒度的參與者，比如組件，比如服務(wù)器，比如子系統(tǒng)。總之，只要描述不同參與者之間的交互的，都可以使用序列圖，也就是說，在軟件設(shè)計的各個階段，都可以畫序列圖。
組件圖
組件是更大粒度的設(shè)計元素，一個組件中通常包含多個類，組件圖有時候和包的用途比較接近，組件可以描述邏輯上的組件，也可以描述物理上的組件，比如一個JAR，一個DLL的，因此組件圖更靈活一點，實踐中，用組件圖而不是包圖進行模塊設(shè)計更常見一些。
組件圖描述中間之間的靜態(tài)關(guān)系，主要是依賴關(guān)系，如果想要描述組件之間的動態(tài)調(diào)用關(guān)系，可以使用組件序列圖，以組件作為參與者，描述組件之間的消息調(diào)用關(guān)系，因為組件的力度比較粗，通常用于描述設(shè)計軟件的模塊及其之間的關(guān)系，需要在設(shè)計早期階段就畫出來。
部署圖
他是描述軟件系統(tǒng)的最終部署情況，需要部署多少臺服務(wù)器？關(guān)鍵組件都部署在哪些服務(wù)器上？部署圖呈現(xiàn)的是系統(tǒng)最終物理呈現(xiàn)的藍圖。
根據(jù)部署圖，所有相關(guān)者，客戶，老板，工程師，都能夠清晰的了解到最終運行的系統(tǒng)，物理上是什么樣子？和現(xiàn)有系統(tǒng)服務(wù)器的關(guān)系，和第三方服務(wù)器的關(guān)系。
根據(jù)部署圖，還可以估算出服務(wù)器和第三方軟件的采購成本。
因此，部署圖是整個軟件設(shè)計模型中比較宏觀的一張圖，在設(shè)計早期就需要畫的一張模型圖。根據(jù)部署圖，各方可以討論是否對這個方案認可，只有對部署圖達成共識，才能夠繼續(xù)后面的細節(jié)設(shè)計，部署圖主要用在概要設(shè)計階段。
用例圖
主要在需求分析階段，通過反映用戶和軟件系統(tǒng)之間的交互，描述軟件的功能需求，圖中小人物被稱為角色，角色可以是人，也可以是其他的系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能可能會很復(fù)雜，所以一個用例圖，可能只包含其中一小部分功能，這些功能被一個巨型框框起來，這個巨型框被稱為用例的邊界，框里的橢圓，表示一個一個的功能，功能之間可以調(diào)用依賴，也可以進行功能擴展，因為用例圖中功能描述比較簡單，通常還需要對用例圖配以文字說明，形成需求文檔。
狀態(tài)圖
用來展示單個對象生命周期的狀態(tài)變更，業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，很多重要的領(lǐng)域?qū)ο髮τ诒容^復(fù)雜的狀態(tài)變遷，比如賬號，有創(chuàng)業(yè)狀態(tài)，激活狀態(tài)，凍結(jié)狀態(tài)，欠費狀態(tài)等等各種狀態(tài)，因此，用戶訂單商品紅包這些常見的領(lǐng)域模型，都有多種狀態(tài)，這些狀態(tài)的變遷描述，可以在用例圖中用文字描述，隨著角色的各種操作而改變，但是這種描述方式，狀態(tài)散落在各處，做開發(fā)的時候容易搞錯，就是產(chǎn)品經(jīng)理自己在設(shè)計的時候，也容易搞錯對象的狀態(tài)變遷，狀態(tài)圖可以很好的解決這一問題。
一張狀態(tài)圖描述一個對象生命周期的各種狀態(tài)及其變遷的關(guān)系。
活動圖
主要用來描述過程邏輯，業(yè)務(wù)流程。UML中沒有流程圖，很多時候人們用活動圖代替流程圖，活動圖和早期流程圖的圖形元素也很接近.
實心圓代表流程開始，空心圓代表流程結(jié)束，圓角矩形表示活動，菱形表示分支判斷，此外，引入了一個重要的概念，泳道。可以根據(jù)活動的范圍，將活動根據(jù)領(lǐng)域，系統(tǒng)的角色，劃分到不同的泳道中，使流程邊界更加清晰明了。
總結(jié)
模型圖本身并不復(fù)雜，幾分鐘的時間就可以學習一個模型圖的畫法。難的是如何在合適的場合下用正確的UML模型，表達自己的設(shè)計意圖，從而形成一套完整的軟件模型，進而組織起一個言之有物，層次分明，可以指導(dǎo)開發(fā)，在團隊內(nèi)部達成共識的設(shè)計文檔。
我們從軟件設(shè)計的不同階段這一維度重新梳理一下，如何使用正確的模型進行軟件建模。
需求分析
在需求分析階段，主要是通過用例圖描述系統(tǒng)的功能與使用場景；對于關(guān)鍵的業(yè)務(wù)流程，可以通過活動圖描述。如果在需求階段，就提出要和現(xiàn)有的某些子系統(tǒng)整合，可以通過時序圖，描述新系統(tǒng)和原來的子系統(tǒng)的調(diào)用關(guān)系。
核心領(lǐng)域?qū)ο螅梢酝ㄟ^簡化的類圖進行模型領(lǐng)域抽象，并描述核心領(lǐng)域?qū)ο笾g的關(guān)系。
如果某些對象內(nèi)部有復(fù)雜的狀態(tài)變化，比如用戶，訂單這些，可以用狀態(tài)圖進行描述。
概要設(shè)計
在概要設(shè)計階段，通過部署圖，描述系統(tǒng)最終的物理藍圖，通過組件圖以及組件時序圖，設(shè)計軟件主要模塊及其關(guān)系，還可以通過組件活動圖，描述組件之間的流程邏輯。
詳細設(shè)計
在詳細設(shè)計階段，主要輸出的就是類圖和類的時序圖，直到最終的代碼開發(fā)，如果某個類方法內(nèi)部，有比較復(fù)雜的邏輯，那么可以畫方法的活動圖進行描述，UML的工具可以是很復(fù)雜的，收費的，比如EA這樣的大型軟件工具。也可以使用processon在線的免費的工具。對于一般的開發(fā)者，建議從簡單的用起，因為那個建模可以很復(fù)雜，也可以很簡單，簡單掌握類圖，時序圖，組件圖，部署圖，用例圖，狀態(tài)圖，活動圖。在7種模型圖，靈活的在需求分析，概要設(shè)計詳細設(shè)計階段，根據(jù)場景的不同，繪制對應(yīng)的模型圖，可以實實在在的做好軟件建模，搞好系統(tǒng)設(shè)計，作為一個掌控局面，引領(lǐng)技術(shù)團隊的架構(gòu)師。
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