UML建模實(shí)例教程（第3版）課件 第9章 物理建模

第9章物理建模19.1物理建模概述9.2組件圖9.3部署圖2本章將向讀者詳細(xì)介紹UML物理建模的基本內(nèi)容。主要包括：物理建模概述、組件圖及其繪制、部署圖及其繪制等。本章的學(xué)習(xí)要點(diǎn)包括：組件圖的功能及組成；繪制組件圖；部署圖的功能及組成；繪制部署圖。39.1物理建模概述49.1物理建模概述5任務(wù)1了解物理建模的基本任務(wù)和主要內(nèi)容。任務(wù)描述

6軟件系統(tǒng)的物理架構(gòu)詳細(xì)描述系統(tǒng)的軟件和硬件組成。其中的硬件結(jié)構(gòu)包括不同的節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)間如何連接；軟件結(jié)構(gòu)包括軟件運(yùn)行時(shí)，組件、進(jìn)程、線程和對(duì)象的分布。物理架構(gòu)還說明實(shí)現(xiàn)邏輯架構(gòu)中定義的概念的代碼模塊的物理結(jié)構(gòu)和相關(guān)性，通過科學(xué)、合理的物理設(shè)計(jì)有效地利用系統(tǒng)中的軟、硬件資源。進(jìn)行物理建模的主要目的是解決以下問題：類和對(duì)象物理上分布在哪一個(gè)程序或進(jìn)程中？程序和進(jìn)程在哪臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行？系統(tǒng)中有哪些計(jì)算機(jī)和其他的硬件設(shè)備？它們是如何連接在一起的？不同的代碼文件之間有何關(guān)聯(lián)？如果某一文件被改變，其他的文件是否需要重新編譯？9.1物理建模概述7在建模過程中，將邏輯架構(gòu)映射到物理架構(gòu)，邏輯架構(gòu)中的類和對(duì)象被映射到物理架構(gòu)中的組件、進(jìn)程和計(jì)算機(jī)。這種映射允許開發(fā)者根據(jù)邏輯架構(gòu)中的類找到它的物理實(shí)現(xiàn)。反之，也可以跟蹤程序或組件的描述找到它在邏輯架構(gòu)中的設(shè)計(jì)。如前所述，物理架構(gòu)關(guān)心的是實(shí)現(xiàn)，因而在軟件系統(tǒng)建模時(shí)可以使用實(shí)現(xiàn)圖。UML中的實(shí)現(xiàn)圖是組件圖和部署圖。其中組件圖包括軟件組件，即代碼單元和真正的文件（源代碼和二進(jìn)制代碼等）的結(jié)構(gòu)；部署圖顯示系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu)，包括物理設(shè)備和軟件。9.1物理建模概述8物理架構(gòu)中的硬件概念可以分為以下幾種。1．處理器處理器是指執(zhí)行系統(tǒng)中的程序的計(jì)算機(jī)。處理器可以是任意大小和類型，從嵌入式系統(tǒng)中的微處理器到超級(jí)計(jì)算機(jī)，從桌面計(jì)算機(jī)到便攜式計(jì)算機(jī)，都稱為處理器。一般來說，需要借助處理器運(yùn)行系統(tǒng)中的軟件。2．設(shè)備設(shè)備指的是目標(biāo)系統(tǒng)所支持的設(shè)備，如打印機(jī)、路由器、讀卡機(jī)等。它們一般被連接到控制它們的處理器上，提供輸入/輸出或網(wǎng)絡(luò)連接功能。3．連接處理器之間有連接，處理器與設(shè)備之間也有連接。連接表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通信機(jī)制，可以用物理媒體（如光纖）和軟件協(xié)議（如TCP/IP）來描述。

9.1.1硬件9.1物理建模概述9在軟件系統(tǒng)的物理架構(gòu)中，一般將軟件定義為：軟件由“部件”組成，這里的“部件”可以是包、模塊、組件、名稱空間或子系統(tǒng)。在架構(gòu)中處理的模塊的公共名字是子系統(tǒng)，子系統(tǒng)有一個(gè)接口，可以將其內(nèi)部分解成更詳細(xì)的子系統(tǒng)或類和對(duì)象?？梢詫⒆酉到y(tǒng)分派給進(jìn)程執(zhí)行，再將進(jìn)程指派給計(jì)算機(jī)執(zhí)行。在UML中，將子系統(tǒng)抽象為類包。一個(gè)包將許多類組合成一個(gè)邏輯組，但沒有定義語義。在設(shè)計(jì)中，通常定義一個(gè)或多個(gè)組件作為子系統(tǒng)的外觀，外觀組件提供訪問子系統(tǒng)（包）的接口，是系統(tǒng)中的其余部分唯一可見的組件。通過外觀組件的使用，包成為一個(gè)非常模塊化的單元，其內(nèi)部設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)被隱藏起來，只有外觀組件與系統(tǒng)中的其他模塊有關(guān)系。在查看包時(shí)，對(duì)于那些想利用包提供的服務(wù)的人來說，只對(duì)外觀組件感興趣。有的時(shí)候，在圖中只顯示外觀組件。

9.1.2軟件9.1物理建模概述10描述軟件的主要概念是組件、進(jìn)程、線程和對(duì)象。1．組件在UML中，組件是指“在一組模型元素實(shí)例的物理打包時(shí)可重用的部分”。意思是說，組件是系統(tǒng)功能的物理實(shí)現(xiàn)（如源代碼文件），它實(shí)現(xiàn)類圖或交互圖中定義的邏輯模型元素。組件可以看作開發(fā)的不同階段（編譯時(shí)、鏈接時(shí)和運(yùn)行時(shí)）的成果。2．進(jìn)程和線程進(jìn)程表示重量控制流，而線程則代表輕量控制流。它們都被用來描述活動(dòng)類，該活動(dòng)類創(chuàng)建的活動(dòng)對(duì)象被分配給一個(gè)可執(zhí)行的組件執(zhí)行。3．對(duì)象對(duì)象沒有自己的執(zhí)行線程。只有當(dāng)其他東西發(fā)送消息給它們時(shí)（調(diào)用它們的操作）它們才運(yùn)行。它們可被指派給一個(gè)進(jìn)程或線程（一個(gè)可執(zhí)行的對(duì)象）或直接指派給一個(gè)可執(zhí)行的組件。

9.1.2軟件9.1物理建模概述9.2組件圖119.2組件圖12任務(wù)2了解組件圖的基本功能和繪制方法，并繪制WebShop電子商城系統(tǒng)的組件圖。任務(wù)描述

13組件圖（ComponentDiagram）描述軟件組件及組件之間的關(guān)系，顯示代碼的結(jié)構(gòu)。組件是邏輯架構(gòu)中定義的概念和功能（類、對(duì)象及它們之間的關(guān)系、協(xié)作）在物理架構(gòu)中的實(shí)現(xiàn)。也可以理解為：組件就是開發(fā)環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)文件。借助組件圖，可以了解各軟件組件（如源代碼文件或動(dòng)態(tài)鏈接庫）之間的編譯器和運(yùn)行時(shí)的依賴關(guān)系，也可以將系統(tǒng)劃分為內(nèi)聚組件并顯示代碼自身的結(jié)構(gòu)。

9.2.1組件圖概述9.2組件圖典型組件圖14組件圖中通常包含的元素有組件、接口和依賴關(guān)系等。每個(gè)組件實(shí)現(xiàn)一些接口，并使用另外的接口。如果組件間的依賴關(guān)系與接口有關(guān)，那么可被具有同樣接口的其他組件替代。在UML中，組件符號(hào)用矩形來表示，如“”，右上角標(biāo)注組件圖標(biāo)。組件圖標(biāo)由一個(gè)大矩形和兩個(gè)小矩形組成。組件名放在組件符號(hào)的大矩形內(nèi)。組件間的相關(guān)性連接，用一條帶箭頭的虛線來表示，表示一個(gè)組件只有同另一個(gè)組件在一起才有一個(gè)完整的定義。從源代碼組件A到另一個(gè)組件B的相關(guān)性是指從A到B之間有一個(gè)與語言有關(guān)的相關(guān)性。在編譯化語言中，可能意味著B的改變可能需要重新編譯A，因?yàn)榫幾gA時(shí)需要用到組件B中的定義。如果組件是可執(zhí)行的，相關(guān)性連接可以用來描述一個(gè)可執(zhí)行的程序需要哪些動(dòng)態(tài)鏈接庫才能運(yùn)行。

9.2.1組件圖概述9.2組件圖15

組件圖中的組件是定義了良好接口的物理實(shí)現(xiàn)單元，是系統(tǒng)中可替換的物理部件。組件表示將類、接口等邏輯元素打包而成的物理模塊。如前所述，組件可以是編譯時(shí)的組件、鏈接時(shí)的組件或可執(zhí)行組件。組件使一個(gè)系統(tǒng)更具靈活性、可擴(kuò)展性和可重要性。為了實(shí)現(xiàn)組件的靈活性，它必須符合下列標(biāo)準(zhǔn)：組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)必須隱藏，組件的內(nèi)部對(duì)象和外部對(duì)象之間不能有依賴關(guān)系；組件必須提供接口，這樣外部的對(duì)象才能和組件進(jìn)行交互；組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)必須獨(dú)立，內(nèi)部的對(duì)象不應(yīng)該知道外部的對(duì)象；組件必須指定需要的接口，這樣它們才能訪問外部的對(duì)象。

9.2.2組件圖組成——1.組件9.2組件圖16

組件圖在繪制組件圖時(shí)，需要給出組件的名稱和組件的種類。（1）名稱。每個(gè)組件都必須有一個(gè)不同于其他組件的名稱。組件的名稱是一個(gè)字符串，位于組件圖標(biāo)的內(nèi)部。在實(shí)際應(yīng)用中，組件名稱通常是從現(xiàn)實(shí)的詞匯中抽取出來的短名詞或名詞短語，并根據(jù)目標(biāo)操作系統(tǒng)添加相應(yīng)的擴(kuò)展名。（2）組件的種類。組件通常包括編譯時(shí)的源組件、鏈接時(shí)的二進(jìn)制組件和運(yùn)行時(shí)的可執(zhí)行組件三種類型：源組件：源組件只在編譯時(shí)有意義。通常指實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)類的源代碼文件。二進(jìn)制組件：通常指對(duì)象代碼，它是源組件的編譯結(jié)果。它應(yīng)該是一個(gè)對(duì)象代碼文件、一個(gè)靜態(tài)庫文件或一個(gè)動(dòng)態(tài)庫文件?？蓤?zhí)行組件：可執(zhí)行組件是一個(gè)可執(zhí)行的程序文件，它是鏈接（靜態(tài)鏈接或動(dòng)態(tài)鏈接）所有二進(jìn)制組件所得到的結(jié)果。9.2組件圖

9.2.2組件圖組成——1.組件17工件代表的是軟件系統(tǒng)中的物理實(shí)體，如可執(zhí)行文件、庫、軟件組件、文檔及數(shù)據(jù)庫等。一般來說，工件用在部署圖中，但是也可以用在組件圖中來展示建模元素，如組件或者類，建模元素可以以多種不同的工件來顯示。工件部署在節(jié)點(diǎn)上，并且指定了部署和系統(tǒng)使用的或者提供的操作的物理信息。在工件圖標(biāo)中，展示了它的屬性和操作的一些信息。一個(gè)工件有一個(gè)唯一的名字，它描述了所代表的文件或者軟件組件。Umbrello中表示文件、庫、數(shù)據(jù)表及默認(rèn)情況的工件如圖所示：9.2組件圖

9.2.2組件圖組成——2.工件默認(rèn)工件表示文件/庫的工件表示數(shù)據(jù)表的工件183．接口在組件圖中，組件可以通過其他組件的接口來使用其他組件中定義的操作。通過給接口命名，可以避免在系統(tǒng)中各個(gè)組件之間直接發(fā)生依賴關(guān)系，有利于組件的維護(hù)。組件圖中的接口表示方法與組件類似。組件的接口分為兩種：提供的接口和需要的接口。提供的接口描述了類或組件提供給客戶的服務(wù)，需要的接口指定了要調(diào)用這個(gè)類或組件所需要的接口。9.2組件圖

9.2.2組件圖組成4．接口和組件的關(guān)系接口和組件的關(guān)系分為兩種：實(shí)現(xiàn)關(guān)系和依賴關(guān)系。接口和組件之間用實(shí)線連接表示實(shí)現(xiàn)關(guān)系，接口和組件之間用虛線箭頭表示依賴關(guān)系。組件圖中的接口199.2組件圖

9.2.3繪制WebShop電子商城組件圖按鈕按鈕名稱功能Selection選擇工具Note添加注釋Anchor將圖中的元素與注釋相連Label添加文本標(biāo)簽Box繪制盒子，將某些元素框在一起Subsystem繪制子系統(tǒng)Interfacerequired繪制接口需求Component繪制組件Port繪制端口Artifact繪制工件Association繪制雙向關(guān)聯(lián)關(guān)系DirectionalAssociation繪制單向關(guān)聯(lián)關(guān)系Dependency繪制依賴關(guān)系Generalization繪制泛化關(guān)系組件圖工具欄按鈕209.2組件圖

9.2.3繪制WebShop電子商城組件圖繪制WebShop電子商城組件圖。詳見教學(xué)視頻《繪制組件圖》WebShop電子商城前臺(tái)系統(tǒng)的組件圖（1）閱讀右圖所示的C++系統(tǒng)的組件圖，嘗試描述該系統(tǒng)中各組件之間的關(guān)系。

（2）繪制圖書管理系統(tǒng)的組件圖。

1.操作要求

2.操作提示

（1）通過學(xué)習(xí)小組討論和上網(wǎng)查詢資料形式完成。（2）注意組件圖和程序功能模塊圖之間的異同。C++系統(tǒng)的組件圖9.3部署圖22239.3部署圖

9.3.1部署圖部署圖（DeploymentDiagram）描述處理器、設(shè)備、軟件組件在運(yùn)行時(shí)的架構(gòu)。它是系統(tǒng)拓?fù)涞淖罱K的物理描述，即描述硬件單元和運(yùn)行在硬件單元上的軟件的結(jié)構(gòu)。通過部署圖，可以尋找一個(gè)指定的節(jié)點(diǎn)，從而了解哪一個(gè)組件正在該節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，哪些邏輯元素（類、對(duì)象和協(xié)作等）是在本組件中實(shí)現(xiàn)的，并且最終可以跟蹤到這些元素在系統(tǒng)的初始需求說明（在需求建模中完成的）中的位置。部署圖可以顯示實(shí)際的計(jì)算機(jī)和設(shè)備以及它們之間的必要連接，也可以顯示連接的類型。此外，部署圖也可以包含包或子系統(tǒng)，它們可以將系統(tǒng)中的模型元素組織成較大的模塊。249.3部署圖

9.3.1部署圖

典型的部署圖如下圖所示：UML部署圖也經(jīng)常被認(rèn)為是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖或技術(shù)架構(gòu)圖，它可以用來描述一個(gè)簡單組織的技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，如右圖所示：典型的部署圖簡單組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署圖259.3部署圖

9.3.2部署圖組成部署圖一般在開發(fā)的實(shí)現(xiàn)階段開始準(zhǔn)備，它展示了在分布式系統(tǒng)中所有的物理節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上保存的工件和組件，以及其他元素等。節(jié)點(diǎn)指的是物理設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、傳感器、打印機(jī)，以及其他支持系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。通信路徑和部署關(guān)系對(duì)系統(tǒng)的連接進(jìn)行建模。因?yàn)椴渴饒D關(guān)注的是運(yùn)行時(shí)處理節(jié)點(diǎn)的配置和它們的組件及工件，通過這種圖可以評(píng)估分布式的復(fù)雜性和資源的分配情況。1．節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)是擁有某些計(jì)算資源的物理對(duì)象。這些資源包括：帶處理器的計(jì)算機(jī)，外部設(shè)備如打印機(jī)、讀卡機(jī)、通信設(shè)備等。在UML中，節(jié)點(diǎn)用一個(gè)立方體表示。部署圖中節(jié)點(diǎn)示例269.3部署圖

9.3.2部署圖組成2．部署圖中的關(guān)系（1）關(guān)聯(lián)關(guān)系：部署圖節(jié)點(diǎn)間通過通信關(guān)聯(lián)在一起。在UML中，這種通信關(guān)聯(lián)用一條直線表示，說明在節(jié)點(diǎn)間存在某類通信路徑，節(jié)點(diǎn)通過這條通信路徑交換對(duì)象或發(fā)送消息。在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)系的表示方法相同，都是一條直線。節(jié)點(diǎn)間的通信關(guān)聯(lián)（2）依賴關(guān)系：依賴關(guān)系在類圖中已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，可參見類圖中對(duì)依賴關(guān)系的介紹。（3）泛化關(guān)系：泛化關(guān)系在類圖中已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，可參見類圖中對(duì)泛化關(guān)系的介紹。279.3部署圖

9.3.2部署圖組成3．組件在部署圖中，可以將可執(zhí)行組件的實(shí)例包含在節(jié)點(diǎn)實(shí)例符號(hào)中，表示它們處在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)例上，且在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)例上執(zhí)行。從節(jié)點(diǎn)類型可以畫一條帶有構(gòu)造型<<support>>的相關(guān)性箭頭線到運(yùn)行時(shí)的組件類型，說明該節(jié)點(diǎn)支持指定組件。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)類型支持一個(gè)組件類型時(shí)，允許在該節(jié)點(diǎn)類型實(shí)例上執(zhí)行它所支持的組件的實(shí)例。289.3部署圖

9.3.3繪制WebShop電子商城部署圖按鈕按鈕名稱功能Selection選擇工具Note添加注釋Anchor將圖中的元素與注釋相連Label添加文本標(biāo)簽Box繪制盒子，將某些元素框在一起Object繪制類對(duì)象Interf