UML（统一建模语言）

一、UML 是什么？

UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）是一种标准化的建模语言，用于为软件系统进行可视化说明、构建和文档化。它就像是软件界的蓝图，让不同角色的人（产品、开发、测试）都能基于统一的图形语言进行高效沟通。

二、为什么要用UML？

1、促进沟通，减少歧义： 图形比文字更能清晰、无歧义地表达复杂的设计思路。
2、可视化系统结构： 帮助开发人员从宏观和微观两个层面理解系统，看清系统的组成部分以及它们之间的关系。
3、用于分析和设计： 在编码之前进行建模，可以提前发现设计缺陷，降低后期修改的成本（修复设计阶段的错误比修复代码阶段的错误要便宜得多）。
4、生成代码框架： 很多现代IDE（集成开发环境）可以根据UML图（尤其是类图）自动生成代码骨架，极大提高开发效率。
5、项目文档的核心部分： UML图本身就是最好的技术文档，它清晰地记录了系统的架构和设计决策。

三、UML图的分类（14种图）

UML 2.x 中定义了14种图形，根据其描述的侧重点不同，可以分为两大类和几个子类：

1、结构图：描述系统的静态结构（类、组件、部署等）。
2、行为图：描述系统的动态行为（交互、状态变化、活动流程等）。

下面是这14种图的分类概览，重点介绍其中最常用的几种：
（下图展示了UML图的分类体系）

quadrantCharttitle UML图分类图谱x-axis "静态结构" --> "动态行为"y-axis "系统状态" --> "交互逻辑""类图": [0.15, 0.8]"组件图": [0.1, 0.6]"部署图": [0.1, 0.4]"对象图": [0.15, 0.2]"复合结构图": [0.2, 0.5]"包图": [0.25, 0.7]"轮廓图": [0.3, 0.9]"用例图": [0.7, 0.9]"活动图": [0.9, 0.7]"状态机图": [0.9, 0.3]"时序图": [0.7, 0.1]"通信图": [0.6, 0.15]"交互概览图": [0.5, 0.25]"定时图": [0.8, 0.45]

四、常用 UML 图详解（含 Mermaid 实例）

下面我们挑选几种最常用、最重要的UML图进行详细说明。

1. 用例图

描述用户与系统之间的交互，是从用户角度看到的系统功能集合。

核心元素：

• 小人代表参与者（Actor），是系统外部的角色。
• 椭圆代表用例（Use Case），是系统提供的功能。
• 箭头表示关联关系。
• 虚线箭头<<include>>表示包含关系，指“下单”用例必然包含“支付”用例。

2. 类图

描述系统的静态结构，展示系统中的类、类的属性、方法以及类之间的关系。（如关联、依赖、泛化/继承、实现）。它是面向对象设计的核心，直接对应代码结构。

核心元素：

• Employee 是父类，SalariedEmployee 和 HourlyEmployee 继承自它（泛化/继承关系，空心三角箭头）。
• Car 和 Engine 是组合关系（实心菱形箭头），表示Car拥有Engine，且生命周期一致（车没了，引擎也没了）。
• + 表示 public，- 表示 private。

3. 时序图

描述对象之间传递消息的时间顺序，强调交互过程中的先后次序。

• 核心元素：
  • 垂直生命线表示对象随时间的存在。
  • 激活条（长条矩形）表示方法执行的时间段。
  • 带箭头实线表示同步消息（比如函数调用）。
  • 虚线表示返回消息。

4. 活动图

描述业务流程或算法的步骤流程，类似于流程图，支持并行行为。

• 核心元素：
  • 圆角矩形表示**活动v（Action）。
  • 菱形表示判断（Decision）。
  • 圆环表示开始和**结束v。
  • 分叉/汇合节点： 粗黑线，表示并发。

5. 状态机图

描述一个对象在其生命周期内所经历的各种状态，以及引起状态转移的事件。（如信号、操作条件变化）。对于具有复杂状态变化的对象（如订单、电梯、游戏角色）非常有用。

• 核心元素：
  • 圆角矩形表示对象的状态。
  • 箭头表示转移（Transition），箭头上的文字是触发转移的事件。
  • [*] 表示初始状态和终止状态。
  • 还可以包含子状态（如Cancelled状态下的两种不同类型）。

总结

图类型	核心用途	开发阶段
用例图	需求分析，界定系统范围	需求分析
类图	系统详细设计，定义核心类	系统设计
时序图	细化功能实现逻辑，明确对象交互	详细设计、编码
活动图	梳理复杂业务工作流	需求分析、系统设计
状态机图	管理有复杂状态变化的对象	系统设计

UML是一个强大的工具，但不必在项目中用完所有14种图。正确的做法是根据项目的实际需求，选择最合适的几种图来表达设计思想。通常，用例图（需求）、类图（设计）、时序图（逻辑） 三者组合，就能解决大部分问题。