面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)
自從面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言在軟件開(kāi)發(fā)中成為主流之后，遵循面向?qū)ο蠹夹g(shù)特點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)工作，也一并發(fā)展了起來(lái)。
首先要提出一個(gè)問(wèn)題，就是設(shè)計(jì)的工作是要做什么？
它包括的范圍其實(shí)是很廣泛的，從搜集用戶需求，進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，到繪制系統(tǒng)流程圖等。可以說(shuō)，在動(dòng)手編寫(xiě)代碼之前，程序員要做的都屬于設(shè)計(jì)工作。
就像建造房屋一樣，先確定要造的房屋類(lèi)型，然后是選址，設(shè)計(jì)樣式。最后工程師帶領(lǐng)施工隊(duì)按照設(shè)計(jì)圖紙將房子造出來(lái)。
而面向?qū)ο蠹夹g(shù)，因?yàn)槠浞庋b、繼承、多態(tài)等特點(diǎn)，在對(duì)現(xiàn)實(shí)世界建模時(shí)，可以方便地以自然思維將事物抽象為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)據(jù)。關(guān)于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的詳細(xì)說(shuō)明，可參看往期文章學(xué)好面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言的關(guān)鍵，在于掌握它們的共通結(jié)構(gòu)與特性 。
要做的事情清楚了，思維工具也有了，接下來(lái)就是如何將工作成果表述出來(lái)。一個(gè)相當(dāng)有力的工具就是統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unified Modeling Language，簡(jiǎn)稱UML），下一節(jié)會(huì)對(duì)其進(jìn)行入門(mén)級(jí)的介紹。
最后會(huì)以一個(gè)示例講述在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，如何應(yīng)用UML來(lái)完成建模工作。
UML概述
UML雖然也是一門(mén)“語(yǔ)言”，但它其實(shí)是一套圖形化的符號(hào)系統(tǒng)。UML最主要的作用，就是在現(xiàn)實(shí)世界與程序代碼之間建起一座橋梁。
這就是UML的“統(tǒng)一”所要求的，所以它的各種圖形都有著嚴(yán)格的定義。包括形狀、連接線的方向、方法與屬性的標(biāo)明等。
遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的好處，就是方便了溝通。當(dāng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段的成果繪制成UML圖保存下來(lái)時(shí)，那么無(wú)論是團(tuán)隊(duì)內(nèi)部協(xié)作，還是對(duì)外交流，大家都省去了學(xué)習(xí)符號(hào)表示法的時(shí)間，可以直接掌握設(shè)計(jì)意圖。
UML 2 定義了13種圖形，我們可以了解一下，對(duì)于重要的圖形，會(huì)給出圖示。所有圖形采用bouml工具繪制。
用例圖：表示系統(tǒng)提供的功能和使用者之間的關(guān)系。
用例圖
類(lèi)圖：表示類(lèi)的規(guī)格和類(lèi)之間的關(guān)系。
類(lèi)圖
對(duì)象圖：表示實(shí)例之間的關(guān)系。
對(duì)象圖
時(shí)序圖：將實(shí)例之間的相互作用表示為時(shí)間序列。
時(shí)序圖
活動(dòng)圖：表示一系列處理中的控制流程。
活動(dòng)圖
通信圖：將實(shí)例之間的相互作用表示為組織結(jié)構(gòu)。
通信圖
狀態(tài)機(jī)圖：表示實(shí)例的狀態(tài)變化。
狀態(tài)機(jī)圖
組件圖：表示文件和數(shù)據(jù)庫(kù)、進(jìn)程和線程等軟件的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
組件圖
部署圖：表示硬件、網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)。
部署圖
復(fù)合結(jié)構(gòu)圖：表示具有整體-部分結(jié)構(gòu)的類(lèi)的運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)。
包圖：表示包之間的關(guān)系。
交互概覽圖：將根據(jù)不同條件執(zhí)行不同動(dòng)作的時(shí)序圖放到活動(dòng)圖中進(jìn)行表示。
定時(shí)圖：采用帶數(shù)字刻度的時(shí)間軸來(lái)表示實(shí)例之間的狀態(tài)遷移和相互作用。
建模
什么是統(tǒng)一說(shuō)了，用到的圖形語(yǔ)言也說(shuō)了，最后就得說(shuō)一說(shuō)怎么建模了。我們進(jìn)行面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)工作，終歸是要讓計(jì)算機(jī)來(lái)幫助我們處理那些繁瑣、重復(fù)性的工作。
那么，接下來(lái)我們就以一個(gè)租車(chē)業(yè)務(wù)為示例，使用UML工具進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程吧。我們模仿實(shí)現(xiàn)一個(gè)線上租車(chē)應(yīng)用，為了簡(jiǎn)化討論，只提及最關(guān)鍵的幾個(gè)功能點(diǎn)。
業(yè)務(wù)分析階段
用戶想要租一輛車(chē)開(kāi)，第一步是要先挑選合適的車(chē)。例如是城市代步，還是郊游遠(yuǎn)行等。選好車(chē)之后，就是預(yù)約下單。用戶辦理好手續(xù)，將車(chē)開(kāi)走使用，最后完成歸還手續(xù)。
那么，對(duì)以上場(chǎng)景分析之后，可以通過(guò)活動(dòng)圖把整體流程畫(huà)出來(lái)。
租車(chē)業(yè)務(wù)整體流程
需求定義階段
從上述業(yè)務(wù)分析可知，這個(gè)線上租車(chē)系統(tǒng)可以承擔(dān)的自動(dòng)化工作，包括展示車(chē)輛信息，處理預(yù)訂訂單，車(chē)輛出庫(kù)，跟蹤車(chē)輛行駛情況，以及車(chē)輛歸還入庫(kù)這些功能。
使用用例圖展示客戶與服務(wù)提供商可以使用的功能。
租車(chē)業(yè)務(wù)功能用例
系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段
系統(tǒng)功能點(diǎn)梳理出來(lái)之后，就是對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)關(guān)鍵對(duì)象進(jìn)行定義。車(chē)輛對(duì)象（Car）是基本單元，所有的租賃業(yè)務(wù)都要圍繞它展開(kāi)。接下來(lái)是汽車(chē)展示對(duì)象（ShowCar），它可以從車(chē)輛對(duì)象取得可供展示的信息，例如車(chē)型、廠商、顏色等。
當(dāng)用戶選定車(chē)輛之后，就可以執(zhí)行預(yù)訂功能。租賃管理對(duì)象（RentServer）將會(huì)接受訂單、收取押金和預(yù)付款。用戶取車(chē)時(shí)RentServer則進(jìn)行出庫(kù)處理，并通知車(chē)輛跟蹤對(duì)象（TraceCar）持續(xù)監(jiān)控車(chē)輛運(yùn)行情況。
用戶使用完，歸還車(chē)輛時(shí)，RentServer則從TraceCar查詢車(chē)況，確認(rèn)無(wú)誤后則執(zhí)行入庫(kù)處理，退還用戶押金。
據(jù)以上描述，我們可以先畫(huà)出類(lèi)圖。
租車(chē)業(yè)務(wù)類(lèi)圖
從上圖可以看到，Car作為系統(tǒng)的基本單元，被其他類(lèi)聚合使用。關(guān)于聚合，這是一種整體與個(gè)體之間的關(guān)系，即has-a關(guān)系。而組合則要更高一級(jí)，是包含關(guān)系。例如汽車(chē)與發(fā)動(dòng)機(jī)就是組合關(guān)系，因?yàn)殡x開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車(chē)就不可用了。
關(guān)聯(lián)關(guān)系則比聚合還要弱一級(jí)，但需要注意的是，在程序代碼中，關(guān)聯(lián)與聚合的語(yǔ)法是一樣的，它們的差異是存在于語(yǔ)義上的。這也是UML設(shè)計(jì)能比代碼包含更多信息的優(yōu)勢(shì)。
類(lèi)圖表示的是類(lèi)之間的靜態(tài)關(guān)系，要看到對(duì)象實(shí)例之間的消息調(diào)用，則還要使用時(shí)序圖。下面分步驟繪制，先看預(yù)訂流程的時(shí)序圖。
租車(chē)預(yù)訂時(shí)序圖
接下來(lái)是用戶歸還車(chē)輛的時(shí)序圖。
歸還車(chē)輛時(shí)序圖
對(duì)象間的交互已經(jīng)有了，接下來(lái)就是具體方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。說(shuō)明方法的執(zhí)行過(guò)程，使用活動(dòng)圖比較適合。下面選取CheckOut方法，對(duì)其繪制活動(dòng)圖進(jìn)行說(shuō)明。
CheckOut流程活動(dòng)圖
至于其他功能，有興趣的同學(xué)們可以自行繪制。實(shí)際項(xiàng)目所產(chǎn)出的UML設(shè)計(jì)，則會(huì)復(fù)雜得多，但只要掌握好面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的理念，以及UML工具的圖形細(xì)節(jié)，那么無(wú)論是閱讀既有設(shè)計(jì)，還是自己通過(guò)繪圖表達(dá)設(shè)計(jì)想法，都能夠做到得心應(yīng)手。
