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看网上有很多关于 UML 图的介绍，但都不完整，于是参考了一些 UML 书籍、博客、视频、官网，并基于最新的 UML 2.5 版本（涵盖了 UML 14 种图），总结了这篇文章，希望能给系统分析设计的同学一点参考。
本文分为上下两篇，主要讲解 UML 核心图的结构和一些案例，偏向于操作介绍，如果发现本篇文章有任何问题，或在使用 UML 画图过程中遇到问题，欢迎留言评论。
UML 全称 Unified Modeling Language，即统一建模语言，是软件工程领域中一种通用的、开发性的建模语言，它不是一种程序设计语言，旨在提供一种标准的方法来可视化系统的设计。它比 C++、Java 这样的程序设计语言抽象层次更高，可以适用于任何面向对象的程序设计语言。这种建模语言已经得到了工业界的广泛支持和应用，并已被 ISO 确立为国际标准。统一建模语言是由对象管理组织（Object Management Group, OMG）制定的一个通用的、可视化的建模语言标准，可以用来可视化、描述、构造和文档化软件密集型系统的各种工件。它是由信息系统和面向对象领域的 3 位著名的方法学家 Grady Booch、James Rumbaugh 和 Ivar Jacobson（threeAmigos，三友）提出的。在面向对象的软件开发中，选择 UML 已经成了必然的趋势。面向对象专家 Martin Flower 曾经这样说过：“如果正在使用其他的旧技术建模，我强烈建议您马上转用 UML，因为它明显地将成为符号系统的统一标准。如果正在考虑开始使用设计符号来工作，UML 是一个好的选择，因为它已经统治业界了。”在很多情况下，开发人员都应该选择 UML 作为建模语言。作为一种统一建模语言，UML 的统一并不仅仅是三大面向对象方法的统一，还合并了许多面向对象方法中被普遍接受的概念，对每一种概念，UML 都给出了清晰的定义、表示法和有关术语。
UML 的诞生经历了一个漫长的历程。从 20 世纪 80 年代初期开始，众多的方法学家都在尝试用不同的方法进行面向对象的分析与设计。当时，许多方法开始在一些项目中发挥作用，如 Booch、OMT、Shlaer/Mellor、Odell/Martin、RDD、Objectory 等方法。到了 20 世纪 90 年代中期出现了比较完善的面向对象方法，知名的有 Booch 94、OMT 2、OOSE、Fusion 等方法，那时面向对象方法已经成为软件分析和设计方法的主流。
目前，UML 主要存在 UML 1.x 和 UML 2 两个大的版本系列。UML 1.x 主要是指 UML 1.0～UML 1.5 的这几个版本，版本之间有一些差别，但总体差别不大。而 UML 2 则是指从 2005 年正式发布的 UML 2 之后的各个版本。相比 UML 1.x，UML 2 的变化很大，首先是结构的调整，从 UML 2 开始，UML 标准被划分为两个相对独立的部分：基础结构和上层结构；其次内容上也有很大的变化，包括底层概念的统一、各种图形的改进和增加等。目前，UML 2 已经成为发展趋势。早期的 UML 1.x 只提供了 9 种图形。包图、组合结构图、外廓图、交互概览图、时间图这 5 种是在 UML 2 中新增的（外廓图是在 UML 2.3 之后才有的）；而通信图则是由 UML 1.x 的协作图改名而来，其他的一些图形也做了适当的调整和扩充。本篇文章的核心图介绍采用最新的 UML 2.5 作为建模语言。UML 即然是一种语言，那么它必然有语义结构，下图来自 UML 2.5 规范，列出了 UML 语义域分层的详细分解结构。
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按照 UML 的语义结构，可以将 UML 划分为三大类，结构建模（Structural Modeling）、行为建模（Behavioral Modeling）、补充建模（Supplemental Modeling）动作（Actions）是 UML 中的基本行为单元，用于定义细粒度的行为；在此基础上形成高层次的行为机制，包括状态机（StateMachines）、活动（Activities）和交互（Interactions）等。既有结构化又有行为的辅助建模结构，包括用例（Use Cases）、部署（Deployments）和信息流（Information Flows）。
目前最新的UML 2 中有 14 种图，相比 UML 1.x 新增了 5 种图（包图、组合结构图、外廓图、交互概览图、时间图），按照静态结构和动态行为划分如下：
动态行为图的主元素是动态元素，如活动图的主元素是用例的动作从对象、事物、包、系统、构件维度来看 这 14 种图的差异点
- 交互图（顺序图、通信图、交互概览图、时间图）侧重描述事物间的交互过程
- 行为图（活动图、状态机图）侧重描述事物本身的行为特征
- 交互图（顺序图、通信图）：适合描述单个用例中多个对象之间的协作行为。
- 交互概览图：用于描述复杂用例多个顺序图间的控制流程。
- 时间图：用于描述时间受控的单个或多个对象间状态交互。
- 状态机图：适合描述跨越多个用例的单个对象的行为如何影响该对象的状态。
（1）业务建模：采用软件建模方法分析和理解待开发的业务，描述业务流程；其目标是认识业务本质，该业务本质是后续用例建模的基础。
（2）用例建模：采用 UML 用例建模技术描述软件需求，该需求模型将为后续用例分析提供输入。（3）用例分析：采用 UML 用例分析技术分析软件需求，建立软件系统的分析模型。（4）架构设计：在系统的全局范围内，以分析模型为基础，设计系统的架构。（5）构件设计：根据架构设计的成果，将分析模型细化，设计系统构件的实现细节。下面将从“作用”、“组成元素”、“示例”三个维度介绍每个 UML 图用法![]()
1、类图
1.1、作用
类图（Class Diagram）是软件的蓝图，用于详细描述系统内各个对象的相关类，以及这些类之间的静态关系；
1.2、组成元素
组成元素 | 符号 |
类 | ![]( "image")
例子： ![]( "image")
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接口 | ![]( "image")
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对象 | ![]( "image")
|
关系 | 依赖（Dependency） ![]( "image")
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关联（Association） ![]( "image")
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聚合（Aggregation） ![]( "image")
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组合（Composition） ![]( "image")
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泛化（Generalization） ![]( "image")
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实现（Realization） ![]( "image")
|
1.3、示例
2、包图
2.1、作用
包图（Package Diagram）用于展现由模型本身分解而成的组织单元（包）及它们的依赖关系2.2、组成元素
组成元素 | 符号 |
包（Package） | ![]( "image")
|
关系 | 依赖（Dependency） ![]( "image")
|
关联（Association） ![]( "image")
|
聚合（Aggregation） ![]( "image")
|
组合（Composition） ![]( "image")
|
泛化（Generalization） ![]( "image")
|
实现（Realization） ![]( "image")
|
2.3、示例
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在图书馆管理系统中，如上图所示，系统高层分为 3 层，其中界面层负责用户交互；数据访问层负责访问底层信息；业务逻辑层负责协调界面层和数据访问层间的访问逻辑。此外，对于数据访问层内部，又可以采用分包的方式进行逻辑划分，如图右半部分所示，分为借阅包、读者包、图书包。
3、对象图
3.1、作用
对象图（Object Diagram）用于表示在某一时刻，类的对象的静态结构和行为；
3.2、组成元素
组成元素 | 符号 |
对象（Object） | ![]( "image")
|
关系 | 依赖（Dependency） ![]( "image")
|
关联（Association） ![]( "image")
|
聚合（Aggregation） ![]( "image")
|
组合（Composition） ![]( "image")
|
泛化（Generalization） ![]( "image")
|
实现（Realization） ![]( "image")
|
3.3、示例
（1）某教职工借阅信息对象图
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4、组合结构图
4.1、作用
组合结构图（Composite Structure Diagram）用于描述系统中某一部分（组合结构）的内部结构，包括该部分与系统其他部分的交互点。
4.2、组成元素
组成元素 | 符号 |
部件（Part） | ![]( "image")
|
端口（Port） | ![]( "image")
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协作（Collaboration） | ![]( "image")
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连接（Connector） | ![]( "image")
|
角色绑定（Role binding） | ![]( "image")
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4.3、示例
（1）借书过程的组合结构图
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为了完成系统所需的某些功能（如借书），需要几个类之间进行相互协作，而这几个类就构成了一个组合结构。为了完成借书的功能，这些类之间存在着一定的接口（组合结构图中称为端口）和连接，这些信息即可通过组合结构图来反映。上图展示了借书过程的组合结构图，为了完成借书的过程，在该图中需要设置借阅用户界面类（BorrowUI）、借阅控制类（BorrowCtrl）、借阅信息类（BorrowInfo）、读者类（Reader）和图书类（Book）。
5、构件图
5.1、作用
构件图（Component Diagram）将封装类作为构件，描述在系统实现环境中的软件构件和它们之间的关系。推荐场景：系统设计（系统依赖、边界）、实现、部署等
5.2、组成元素
组成元素 | 符号 |
构件（Component） | ![]( "image")
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所供接口（Shallow History） | ![]( "image")
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所需接口（Required Interface） | ![]( "image")
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装配连接（Assembly Connector） | ![]( "image")
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委托连接（Delegate Connector） | ![]( "image")
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依赖（Dependency） | ![]( "image")
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PS：所供接口和所需接口是 UML 2 中提出的概念，UML 1.x 只有接口的概念，特指所供接口5.3、示例
（1）图书馆管理系统构件图
UML 1.x 中的构件图
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UML 2 中的构件图（新增了所供接口和所需接口图标）（2）ACI 调度系统构件图
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（3）Policy Admin Components Wiring
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6、部署图
6.1、作用
部署图（Deployment Diagram）描述系统所需的硬件环境的物理结构，以及软件资源在硬件环境中的部署方案。部署图中的主要概念包括以下几个。
6.2、组成元素
组成元素 | 符号 |
节点（Node） | ![]( "image")
|
工件（Artifacts） | ![]( "image")
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部署规范（Deployment） | ![]( "image")
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通信路径 （Communication Path） | ![]( "image")
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依赖（Dependency） | ![]( "image")
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部署（Deploy） | ![]( "image")
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承载（Manifestation） | ![]( "image")
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6.3、示例
（1）图书馆管理系统部署图
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从图中可以看到，该系统共有 4 类不同的节点。其中“读者客户端”面向普通读者提供查询、预约等功能；“工作人员前置机”面向工作人员用于实现具体的借书、还书业务；“后台数据库”用于运行系统数据库环境；“管理员后台”用于帮助管理员实现各种系统维护功能。
（2）deployment 物理部署图
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7、外廓图
7.1、作用
外廓（Profile）是基于 UML 元素的子集为特定领域定义 UML 的一个特定版本，即定义了一组对 UML 已有模型的扩展和限定机制，以用于某个特定领域，自 UML 2.3 起，UML标准新增了外廓图。即如果目前所有的 UML 图如果满足不了业务建模诉求的时候，就可以用外廓图在已有的模型上扩展或减少一些 UML 元模型元素，“创造”出一种新的建模图。这些扩展和限定机制包括：预定义的构造型、标记值、约束、基类等。针对一些常用的应用领域，OMG推出了一些标准的扩展，如用于实时嵌入式建模的MARTE（UML Profile for Modeling and Analysis of Real-time and EmbeddedSystems）、用于测试的UML Testing Profile、用于硬件设计的UML Profile for System on a Chip等。
7.2、组成元素
组成元素 | 符号 | 作用 |
构造型 | ![]( "image")
| 定义了针对已存在元模型的扩展，可定义属性 |
元类 | ![]( "image")
| 定义了该 profile 中的基本元模型 |
外阔 | ![]( "image")
| 定义了一个 profile 包结构，其内部可 以包括构造型、元类等 |
扩展 | ![]( "image")
| 构造型到元类之间的关系，表名该构造 型可以针对哪些元类进行扩展 |
外廓应用 | ![]( "image")
| 用户模型到外廓包之间的依赖关系，表明用户模型可以应用外廓包中的扩展 |
引用 | ![]( "image")
| 外廓包和外部其他包之间的关系，表明该外廓包引用了外部元素 |
7.3、示例
（1）用于数据库建模的外廓图
数据库建模的核心概念是表、字段和关系等，这些概念在 UML 标准规范中并没有定义，无法直接利用 UML 建模。为此，我们需要通过扩展 UML 类图中的相关概念，如可以利用 UML 类建模表，利用类的属性建模表的字段，利用类之间的关联关系来建模实体间的关系。这里，我们利用外廓图定义了 3 个构造型 MyTable、MyColumn 和 MyRelationship，分别表示数据库表、字段和关系，它们各自从 UML 元类中的类（Class）、属性（Attribute）和关联关系（Association）上扩展而来；此外，对于 MyColumn 构造型，我们还添加了两个布尔类型的标记值PK和IsNULL，分别表示该字段是否为主键（默认值为false）、是否可以为空（默认值为 true）。需要说明的是，该图采用 Enterprise Architect 绘制，图中 3 个扩展的构造型没有采用组成元素好表的标准表示形式（即名称前面加“<<stereotype>>”的方式），而是采用右上角添加“《》”的方式表示，这是该建模工具所提供的特定图形符号。篇幅有限，下篇会讲到另外7种动态行为图及其设计示例。