引言
UML（统一建模语言）时序图是一种交互图，用于对对象随时间的行为进行建模。它们特别适用于实时系统，其中时间约束和生命线至关重要。本指南将介绍时序图的两种形式：状态/条件生命线和通用值生命线。我们将探讨关键概念，提供示例，并比较这两种形式。
关键概念
生命线
生命线表示交互中的一个独立参与者。它以一条垂直线表示，显示对象在时间上的存在。
状态/条件
状态或条件是对象可能处于的不同模式或情况。它们以生命线上的水平线段表示。
持续时间约束
持续时间约束指定了某些状态或转换的时间持续时间。它们以带注释的水平线表示，标注时间跨度。
时间消息
时间消息是发生在特定时间点的生命线之间的交互。它们以连接生命线的水平箭头表示。
时序框
时序框是一个矩形框，包围整个时序图，为时间约束和交互提供上下文。
状态/条件生命线
描述
状态/条件生命线表示法将状态以列表形式显示在相关参与者的旁边。然后需要一条状态线来显示参与者在某一时刻所处的状态。这种形式适用于状态数量有限的系统。
时序图示例
完整视图与紧凑视图
说明
- 参与者1:
- 状态/条件1：初始状态。
- 状态/条件2：1秒后转换。
- 状态/条件3：再过1秒后转换。
- 状态/条件4：持续时间约束之前的最终状态。
- 参与者2:
- 状态/条件1: 初始状态。
- 状态/条件2: 接收到后转换
消息1. - 状态/条件3: 最终状态。
- 持续时间约束: 整个交互必须在5秒内完成。
- 时间消息:
消息1从参与者1发送到参与者2。
优点
- 清晰度: 对于状态较少的系统，易于理解。
- 精确性: 清晰地展示了随时间变化的状态序列。
缺点
- 空间: 随着状态数量增加，需要更多空间。
- 复杂性: 当参与者和状态较多时，可能变得复杂。
通用值生命线
描述
通用值生命线符号将参与者的状态直接放置在该参与者处于该状态的时刻。这种形式消除了对状态线的需求，允许所有状态在图中的一条线上排列。
示例
说明
- 参与者1:
- 状态/条件4: 初始状态。
- 状态/条件3: 1秒后转换。
- 状态/条件2: 又过1秒后转换。
- 状态/条件1: 持续时间约束之前的最终状态。
- 参与者2:
- 状态/条件1: 初始状态。
- 状态/条件2: 接收到后转换
消息1. - 状态/条件3: 最终状态。
- 持续时间约束: 整个交互必须在5秒内完成。
- 时间消息:
消息1从参与者1发送到参与者2。
优势
- 空间效率: 所需空间更少，尤其是在状态较多时。
- 简单性: 在复杂系统中更容易管理。
缺点
- 可读性: 对于刚接触时序图的人来说可能不够直观。
- 细节: 在展示随时间变化的状态序列方面细节较少。
比较
空间效率
- 状态/条件生命线: 随着状态数量增加，需要更多空间。
- 通用值生命线: 更节省空间，尤其是在状态较多时。
可读性
- 状态/条件生命线: 对于状态较少的系统更容易理解。
- 通用值生命线: 可能不够直观，但在复杂系统中更易于管理。
复杂性
- 状态/条件生命线: 当参与者和状态较多时可能变得复杂。
- 通用值生命线: 在复杂系统中更容易管理。
精确性
- 状态/条件生命线: 清晰地展示了随时间变化的状态序列。
- 通用值生命线: 在展示状态序列方面细节较少。
下表总结了UML时序图中状态/条件生命线与通用值生命线之间的比较：
| 特性 | 状态/条件生命线 | 通用值生命线 |
|---|---|---|
| 状态表示 | 状态列在参与者旁边，通过状态线表示。 | 状态直接放置在时间点的单条线上。 |
| 空间效率 | 随着状态数量增加，需要更多空间。 | 空间效率更高，尤其是在状态较多时。 |
| 可读性 | 对于状态较少的系统更容易理解。 | 可能不够直观，但在复杂系统中更易于管理。 |
| 复杂性管理 | 当参与者和状态较多时，可能变得复杂。 | 在复杂系统中更易于管理。 |
| 精确性 | 清晰地展示了状态随时间的顺序。 | 在展示状态顺序方面细节较少。 |
| 使用场景 | 适用于状态数量有限的系统。 | 适用于状态众多且交互复杂的系统。 |
| 视觉清晰度 | 提供了状态转换的清晰视觉序列。 | 提供了状态随时间的紧凑视觉表示。 |
| 注释 | 每个状态转换都需要注释。 | 需要较少的注释，重点关注关键交互。 |
| 可扩展性 | 随着状态数量增加，可扩展性较差。 | 随着状态数量增加，可扩展性更强。 |
此表格为理解UML时序图中每种生命线的关键差异和使用场景提供了快速参考。
技巧与窍门
- 清晰度: 确保图表清晰易懂。使用一致的符号和标注。
- 精确性: 在持续时间约束和时间消息方面要精确。使用注释来指定确切的时间和条件。
- 简洁性: 保持图表简洁。专注于与场景相关的关键交互和状态。
- 一致性: 保持与项目中其他UML图表的一致性。使用相同的命名规范和风格。
- 验证: 与利益相关者一起验证时序图，以确保其准确反映系统的行为。
结论
UML时序图是建模实时系统行为的强大工具。通过理解状态/条件生命线与通用值生命线之间的关键概念和区别，您可以创建有效的时序图，以帮助复杂系统的设计与验证。选择最适合您系统复杂程度和所需详细程度的形式。
参考文献
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- UML 实用指南 – 了解 UML 建模所需的一切
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