OO第四单元总结——UML

刘笑鹏-22373183 学生 2024-06-12 11:09:30

OO第四单元总结——UML

Part1：正向建模与开发

在本单元，我们主要学习了模型化开发的重要工具——UML图。其中，我们在本单元主要掌握的有以下三类：

类图：这是最常见的uml模型，它围绕一个具体主题，展示相关的类、接口，它们之间的关系（依赖dependency、继承generalization、关联association、实现 realization），以及必要的注释说明。
状态图：描述某一个或某一类对象的存在状态以及状态转移的条件或情况。
顺序图：用来描述不同对象之间的通信关系以及因此而出现的生命周期。

而关于正向建模，实际上是通过如下流程实现：了解代码需求 -> 构建代码框架 -> 设计代码uml类图 -> 实现代码 -> 补充完善uml类图 -> 根据具体场景和需求设计状态图与顺序图。

具体在本单元的实例中，我们需要开发模拟一个小型图书馆管理系统，接下来按照上面给出的步骤模拟。

代码框架：实现一个具有书架(存放书籍)，借还处(存放借阅失败书籍和退还的书籍)，预约处(存放预约书籍)，用户(借阅书籍和预约书籍的对象)的图书管理系统。
uml类图：根据上述描述，我们可以在uml类图上构建类图框架，声明所需的类和方法。
代码实现：根据设计的uml类图实现代码，在实现代码的过程中很可能出现某个uml中的方法无法直接实现，需要我们建立中间方法来实现。
补充类图：代码实现的过程中，完善中间方法的uml类图内容
实现状态图和顺序图：比如通过代码注解来绘制Book的状态转移图，应当包含Shelf，Borrow，Appointment，Reader，等状态；针对图书预约的流程实现预约顺序图等。

以上就是一个比较完善的正向建模设计思路。

Part2：正向建模开发实例

首先给出初始类图：

在初始类图中，我们不需要设计非常完善的类图规格，初始设计类图的目的是为了正向帮助我们确定项目框架，比如主要的类有哪些，主要的服务函数是什么等等。在初始设计时，我对能够持有Book的类设计了addBook和backBook的方法，同时为Library类提供了各种需要满足的服务，在这样的框架下，正向建模能够为代码编写提供良好的框架指引。在完成hw13后，我的类图发生了如下的变化：

容易发现，初始类图和最终类图的基本框架相似，但是细节上有较大区别。首先，为了方便进行预约，我增加了容器类OrderInfo，负责提供预约请求；其次，为了同一管理各类请求，新增了方法processRequest方法，用于同一调用各类请求；对于tidy方法，在实现时我发现其实质上有三部分，因此将这三部分分开为独立的方法来降低耦合度；最后为一些需要的类增加了重载方法比如Shelf类增加的多种addBook方法。

关于项目的迭代，正向建模开发有利有弊，具体取决于每次开发的耦合度控制，如果耦合度低，则后续项目迭代只需要在原先基础上进行增加即可，反之则会更加复杂。下面是最终的项目类图：

最终类图中，随着项目迭代增加了如Drift类实现图书漂流角的功能，Reader增加了credit属性来记录信用积分等。总而言之，由于前两次作业的耦合度控制，第三次作业的迭代十分顺利，通过增加新增要求最终满足了设计需求。

Part3：具体场景下的状态图体现

在本单元的项目中，状态转移的对象是Book，可能存在许多容器中，因此我们需要通过所处位置定义并追踪其状态：

Book的初始化可能有两种，一种是通过init()产生的正式图书，直接存放在Shelf中；另一种是通过donateBook()产生的非正式图书，存放在Drift中。之后图书通过各个方法在不同状态之间转移，而状态转移图提供了一种清晰的方式展现了状态转移过程。需要注意的是状态转移需要在代码中提供注解对应，这一方面是本次课程组的要求，另一方面也是为了提供状态转移的对应，注解示例如下：

Part4：架构设计演进

OO课程一共有四个单元，第一单元是表达式解析，第二单元是电梯调度，第三单元是社交网络模拟，第四单元是图书管理系统，这四个单元分别对应java项目基本模式，多线程编程，基于JML的格式化要求，UML正向建模。我的架构设计思路经历了如下的变化

直接进行项目构建与模块化编程：在表达式求值单元中，我的代码编写风格基本是根据需求直接编写对应的类和方法。在之后遇到需要修改的内容时会导致复杂的代码逻辑重构，而第一单元在了解了接口化和模块化的设计后，通过接口规范类的行为，通过继承实现通用方法帮助我实现了更加简洁的控制项目的方法
基于设计模式的编程与线程安全问题：在电梯调度的单元，我学会了生产者消费者模式，单例模式等设计模式，通过模式设计能够帮助我构建行为更加清晰，职责更加明确的类和方法。如在满足reset需求时，通过bufferQueue托盘来缓存生产者的生产资源，延迟提供给消费者使用；另一方面，本单元我了解了多线程编程的原则，熟悉了通过synchronized互斥锁，读写锁等方法来安全使用共享资源的方法。
JML规格与算法性能优化：JML语法的学习单元中，我们的任务就是读懂JML规格语言以及编写简单的JML，JML通过对方法的前置条件，后置条件，副作用等的约束来规范方法的功能，通过对类的属性的约束来明确属性的含义，并综合规范了类的作用。这一单元实现的社交网络模拟还对我们的性能有较高要求，我也在学习中了解了并查集算法，脏位设置，维护式查询等性能优化方法，并且实际体验了规格和实现分离的原则。
UML模型与正向建模设计：最后一个单元我们的设计思路发生了最大的变化，从先写代码再总结架构到先设计架构再编写代码，这个过程刚开始并不适应，因为毫无头绪的设计架构还是很困难，但是在细致的了解了代码的架构需求后，通过分析设计模式能够通过UML类图设计出大体的结构框架，从而指导代码的编写过程；通过对指定情景的顺序图，状态图设计，能够清晰明确的体现对象的生命周期，信息传递和状态转移过程。

Part5：测试演进

OO的全部课程过程中，不可忽视的一部分就是代码的正确性与性能测试。在第一次实验中，我主要通过手搓数据，通过人工构造各种边界条件来测试代码的正确性与性能。第二单元中，通过构建密集时间输入的数据对多线程的安全性进行测试。第三单元我了解了单元测试的方法，通过对JML规格的逐条考察来测试每个方法的正确性。第四单元是UML，我通过UML一致性检测和代码的状态转移是否矛盾来对项目代码进行测试。