第1页：第七章基于UML的分析与设计封面
第七章 Analysis and Design with UML（基于 UML 的分析与设计）：本章讲解可视化建模的价值、如何用 UML 进行可视化建模，以及迭代式开发过程。
第2页：本章议程
Agenda（本章议程）：
- 7.1 Benefits of Visual Modeling（可视化建模的好处）
- 7.2 Visual Modeling with UML（用 UML 进行可视化建模）
- 7.3 The Iterative Development Process（迭代式开发过程）
第3页：什么是可视化建模
7.1 可视化建模的好处 —— 什么是可视化建模：
- Visual Modeling is modeling using standard graphical notations（可视化建模是使用标准图形符号进行建模）
- 示例：以 Computer System 表示 Business Process 中的 Order、Item、Ship via 等要素
- Dr. James Rumbaugh：Modeling captures essential parts of the system（建模捕捉系统的本质部分）
第4页：可视化建模捕捉业务过程
可视化建模捕捉业务过程：Use Case Analysis is a technique to capture business process from user's perspective（用例分析是一种从用户视角捕捉业务过程的技术）。
第5页：可视化建模是沟通工具
Visual Modeling is a Communication Tool（可视化建模是沟通工具）：
- Use visual modeling to capture business objects and logic（用可视化建模捕捉业务对象与逻辑）
- Use visual modeling to analyze and design your application（用可视化建模分析和设计你的应用）
第6页：可视化建模管理复杂性
Visual Modeling Manages Complexity（可视化建模管理复杂性）：通过分层、分视图的模型表达，把复杂的系统分解为可理解、可管理的部分。
第7页：可视化建模定义软件架构
Visual Modeling Defines Software Architecture（可视化建模定义软件架构）：
- User Interface（Visual Basic、Java）
- Business Logic（C++、Java）
- Database Server（C++ & SQL）
- Model your system independent of implementation language（对系统建模独立于实现语言）
第8页：可视化建模促进复用
Visual Modeling Promotes Reuse（可视化建模促进复用）：多个系统 Multiple Systems 可以共用同一批可复用构件 Reusable Components。
第9页：UML的概念与用途
7.2 用 UML 进行可视化建模 —— UML Concepts（UML 概念）：UML 可用于：
- Display the boundary of a system & its major functions using use cases and actors（用用例和执行者显示系统边界与主要功能）
- Illustrate use case realizations with interaction diagrams（用交互图说明用例实现）
- Represent a static structure of a system using class diagrams（用类图表示系统的静态结构）
- Model the behavior of objects with state transition diagrams（用状态转移图建模对象行为）
- Reveal the physical implementation architecture with component & deployment diagrams（用构件图和配置图揭示物理实现架构）
- Extend your functionality with stereotypes（用版类扩充功能）
第10页：课程注册系统需求描述
Putting the UML to Work（把 UML 用起来）—— ESU University 课程注册系统需求：
- The Registrar sets up the curriculum for a semester；One course may have multiple course offerings（教务员为一学期设置课程，一门课可有多个课程班）
- Students select 4 primary courses and 2 alternate courses（学生选 4 门主修课和 2 门备选课）
- Once a student registers for a semester, the billing system is notified so the student may be billed（注册后通知计费系统以便学生缴费）
- Students may use the system to add/drop courses for a period of time after registration（注册后一段时间内学生可增删课程）
- Professors use the system to receive their course offering rosters（教师通过系统获取课程班名单）
- Users of the registration system are assigned passwords which are used at logon validation（用户分配口令用于登录校验）
第11页：执行者
Actors（执行者）：An actor is someone or some thing that must interact with the system under development（执行者是与待开发系统必须交互的人或事物）。课程注册系统中的执行者包括 Student（学生）、Registrar（教务员）、Professor（教师）、Billing System（计费系统）。
第12页：用例
Use Cases（用例）：A use case is a pattern of behavior the system exhibits，each use case is a sequence of related transactions performed by an actor and the system in a dialogue（用例是系统展现的行为模式，是执行者与系统在对话中执行的一系列相关事务）。
- Registrar — maintain the curriculum（维护课程）
- Professor — request roster（请求名单）
- Student — maintain schedule（维护课表）
- Billing System — receive billing information from registration（接收计费信息）
第13页：记录用例：事件流文档
Documenting Use Cases（记录用例）：A flow of events document is created for each use case，written from an actor point of view，details what the system must provide to the actor when the use case is executed（为每个用例创建事件流文档，从执行者视角编写，说明用例执行时系统必须向执行者提供什么）。典型内容包括：
- How the use case starts and ends（用例如何开始与结束）
- Normal flow of events（正常事件流）
- Alternate flow of events（备选事件流）
- Exceptional flow of events（异常事件流）
第14页：维护课程用例的事件流
Maintain Curriculum Flow of Events（维护课程用例的事件流）：
- 用例始于教务员登录注册系统并输入口令，系统校验口令有效（E-1）并提示选择当前或未来学期（E-2）
- 系统提示教务员选择活动：ADD、DELETE、REVIEW 或 QUIT
- 选择 ADD 则执行 S-1：Add a Course 子流；选择 DELETE 则执行 S-2：Delete a Course 子流
- 选择 REVIEW 则执行 S-3：Review Curriculum 子流；选择 QUIT 则用例结束
第15页：课程注册系统用例图
Use Case Diagram（用例图）：用例图用来可视化执行者与用例之间的关系。图中 Student、Registrar、Professor、Billing System 四个执行者分别与 Maintain Schedule、Maintain Curriculum、Request Course Roster 等用例相关联。
第16页：用例的uses与extends关系
Uses and Extends Use Case Relationships（用例的使用与扩展关系）：
- A uses relationship shows behavior that is common to one or more use cases（使用关系表示一个或多个用例共有的行为）
- An extends relationship shows optional behavior（扩展关系表示可选行为）
- 示例：Register for courses 与 Maintain curriculum 均《uses》Logon validation（登录校验）
第17页：用例实现
Use Case Realizations（用例实现）：
- The use case diagram presents an outside view of the system（用例图呈现系统的外部视图）
- Interaction diagrams describe how use cases are realized as interactions among societies of objects（交互图描述用例如何由对象群体之间的交互实现）
- 两类交互图：Sequence diagrams（顺序图）、Collaboration diagrams（合作图）
第18页：选课顺序图
Sequence Diagram（顺序图）：顺序图按时间顺序展示对象之间的交互。示例给出 student、registration form、registration manager、math 101、math 101 section 1 之间的消息序列：1: fill in info、2: submit、3: add course(joe, math 101)、4: are you open?、5: are you open?、6: add (joe)、7: add (joe)。
第19页：选课合作图
Collaboration Diagram（合作图）：合作图围绕对象及其之间的链接组织对象交互。示例给出 : Registrar、course form : CourseForm、theManager : CurriculumManager、aCourse : Course 之间的消息：1: set course info、2: process、3: add course、4: new course。
第20页：类图概述
Class Diagrams（类图）：类图展示系统逻辑视图中类的存在及其关系。类图中的 UML 建模元素包括：
- Classes and their structure and behavior（类及其结构与行为）
- Association、aggregation、dependency 与 inheritance 关系
- Multiplicity and navigation indicators（多重性与导航指示）
- Role names（角色名）
第21页：类的概念与命名
Classes（类）：
- A class is a collection of objects with common structure, common behavior, common relationships and common semantics（类是具有共同结构、行为、关系和语义的对象集合）
- Classes are found by examining the objects in sequence and collaboration diagram（通过考察顺序图与协作图中的对象发现类）
- A class is drawn as a rectangle with three compartments（类画成含三个分栏的矩形）
- 类应使用领域词汇命名：命名规范建议所有类为首字母大写的单数名词
第22页：课程注册系统的候选类
Classes（类）：课程注册系统中识别出的类包括 RegistrationForm、RegistrationManager、Course、Student、CourseOffering、Professor、ScheduleAlgorithm。
第23页：操作
Operations（操作）：The behavior of a class is represented by its operations；operations may be found by examining interaction diagrams（类的行为由其操作表示，可通过考察交互图发现操作）。示例：交互图中消息 3: add course(joe, math 01) 对应 RegistrationManager 的 addCourse(Student, Course) 操作。
第24页：属性
Attributes（属性）：The structure of a class is represented by its attributes；attributes may be found by examining class definitions, the problem requirements, and by applying domain knowledge（类的结构由其属性表示，可通过考察类定义、问题需求并应用领域知识发现属性）。示例：Each course offering has a number, location and time，故 CourseOffering 含 number、location、time 三个属性。
第25页：类图：属性与操作
Classes（类图：属性与操作）：图中给出 RegistrationForm、RegistrationManager（addStudent(Course, StudentInfo)）、Course（name、numberCredits、open()、addStudent(StudentInfo)）、Student（name、major）、CourseOffering（location、open()、addStudent(StudentInfo)）、Professor（name、tenureStatus）、ScheduleAlgorithm 等类。
第26页：关系概述
Relationships（关系）：
- Relationships provide a pathway for communication between objects（关系为对象之间的通信提供通路）
- 考察顺序图和／或协作图以确定对象之间需要哪些链接：if two objects need to talk，there must be a link between them
- 三类关系：Association（关联）、Aggregation（聚集）、Dependency（依赖）
第27页：关联、聚集与依赖
Relationships（关系详解）：
- 关联：类之间的双向连接，用连接相关类的实线表示
- 聚集：整体与其部分之间更强的关系，用带菱形的线表示，菱形靠近表示整体的类
- 依赖：更弱的关系，表示客户与供应者之间的关系，客户对供应者没有语义知识，用从客户指向供应者的虚线表示
第28页：从交互图发现关系
Finding Relationships（发现关系）：通过考察交互图发现关系——If two objects must talk，there must be a pathway for communication。示例：RegistrationManager 向 Math 101:Course 发送 3: add student(joe) 消息，故 RegistrationManager 与 Course 之间存在关联。
第29页：课程注册系统类图
Relationships（关系图）：图中给出 RegistrationForm、RegistrationManager、Course、Student、CourseOffering、Professor、ScheduleAlgorithm 之间的关联连线，并标注各类的属性与操作。
第30页：多重性与导航
Multiplicity and Navigation（多重性与导航）：
- Multiplicity defines how many objects participate in a relationship（多重性定义参与关系的对象数量），是一个类的实例相对于另一个类的一个实例的数量
- 对于每个关联和聚集，关系两端各有一个多重性决策
- 关联与聚集默认双向，但通常需要限制导航为单向，此时加箭头指示导航方向
第31页：多重性标注示例
Multiplicity and Navigation（多重性标注示例）：图中在 RegistrationForm、RegistrationManager、Course、Student、CourseOffering、Professor、ScheduleAlgorithm 之间的关联两端标注多重性，如 1、0..*、1..*、4、3..10、0..4 等。
第32页：继承
Inheritance（继承）：
- Inheritance is a relationship between a superclass and its subclasses（继承是父类与其子类之间的关系）
- 发现继承的两种途径：Generalization（泛化）与 Specialization（特化）
- Common attributes, operations, and/or relationships are shown at the highest applicable level in the hierarchy（公共属性、操作和／或关系显示在层次结构中最合适的上层）
第33页：继承示例
Inheritance（继承示例）：图中将 Student、Professor 的公共部分上提，引入父类 RegistrationUser（含 name 属性），Course、CourseOffering、RegistrationForm、RegistrationManager、ScheduleAlgorithm 等类保持原有关系。
第34页：对象的状态
The State of an Object（对象的状态）：状态转移图展示：
- The life history of a given class（给定类的生命历史）
- The events that cause a transition from one state to another（导致状态转移的事件）
- The actions that result from a state change（状态改变引发的动作）
- 状态转移图仅为具有显著动态行为的对象创建
第35页：课程班状态转移图
State Transition Diagram（状态转移图）：示例给出课程班的 Initialization、Open、Closed、Canceled 四个状态：
- Open：entry: Register student、exit: Increment count
- Closed：do: Finalize course；Canceled：do: Notify registered students；Initialization：do: Initialize course
- 转移：Add Student / Set count = 0；Add student [count < 10]、[count = 10]；Cancel 分别转移至 Canceled 与 Closed
第36页：构件图
The Physical World（物理世界）：
- Component diagrams illustrate the organizations and dependencies among software components（构件图说明软件构件之间的组织与依赖）
- 构件可以是：A source code component（源代码构件）、A run time component（运行时构件）或 An executable component（可执行构件）
第37页：课程注册系统构件图
Component Diagram（构件图）：示例给出 Course.dll（含 Course、CourseOffering）、People.dll（含 Student、Professor）、CourseUser、Register.exe、Billing.exe、BillingSystem 等构件及其依赖关系。
第38页：部署系统
Deploying the System（部署系统）：
- The deployment diagram shows the configuration of run-time processing elements and the software processes living on them（配置图展示运行时处理元素的配置及运行其上的软件进程）
- The deployment diagram visualizes the distribution of components across the enterprise（配置图可视化构件在企业范围内的分布）
第39页：课程注册系统配置图
Deployment Diagram（配置图）：示例给出 Registration Server、Database Server 两个服务器节点，以及 Client for Library、Client for Dorm、Client for Main Building 三个客户端节点及其连接。
第40页：用版类扩展UML
Extending the UML（扩展 UML）：
- Stereotypes can be used to extend the UML notational elements（版类可用于扩展 UML 的表示元素）
- 版类可用于分类和扩展关联、继承关系、类和构件
- 示例：类版类 boundary、control、entity、utility、exception；继承版类 uses 和 extends；构件版类 subsystem
第41页：迭代生命周期不是什么
7.3 迭代式开发过程 —— What the Iterative LifeCycle Is Not（迭代生命周期不是什么）：
- It is not hacking（不是蛮干）
- It is not a playpen for developers（不是开发人员的游乐场）
- It is not unpredictable（不是不可预测的）
- It is not redesigning the same thing over and over until it is perfect（不是反复重做同一件事直到完美）
- It is not an excuse for not planning and managing a project（不是不做计划与项目管理的借口）
- It is not something that affects only the developers on a project（不只是影响开发人员）
第42页：迭代生命周期是什么
What the Iterative LifeCycle Is（迭代生命周期是什么）：
- It is planned and managed（有计划并被管理）
- It is predictable（可预测）
- It accommodates changes to requirements with less disruption（以较小的扰动适应需求变更）
- It is based on evolving executable prototypes, not documentation（基于不断演进的可执行原型，而非文档）
- It involves the user/customer throughout the process（用户／客户全程参与）
- It is risk driven（风险驱动）
第43页：迭代方法的三个重要特征
Three Important Features of the Iterative Approach（迭代方法的三个重要特征）：
- Continuous integration（持续集成）——不是临近交付时一次性集成
- Frequent, executable releases（频繁的可执行发布）——部分内部发布，部分对外交付
- Attack risks through demonstrable progress（通过可验证的进展化解风险）——进展以产品衡量，而非文档或工程估算
第44页：迭代带来的收益
Resulting Benefits（迭代带来的收益）：
- Releases are a forcing function that drives the development team to closure at regular intervals（发布是推动团队按固定节奏收口的强制机制）
- Can incorporate problems/issues/changes into future iterations rather than disrupting ongoing production（问题与变更可在后续迭代中吸收，而不打断正在进行的生产）
- 项目的支撑角色（测试人员、文档人员、QA 等）可以更好地安排自己的工作
第45页：迭代开发的风险剖面
Risk Profile of an Iterative Development（迭代开发的风险剖面）：对比 Waterfall（瀑布）与迭代方式的时间—风险曲线。迭代过程分为 Inception、Elaboration、Construction、Transition 与 Post-deployment 各阶段，含 Preliminary Iteration、Architectural Iteration、Development Iteration、Transition Iteration 等，风险随迭代推进持续下降。
第46页：分阶段的风险管理
Risk Management Phase-by-Phase（分阶段的风险管理）：
- Inception（初始）：通过构建概念验证（proof of concept）框定项目风险
- Elaboration（精化）：通过与最终用户和领域专家探讨场景，形成对系统范围与期望行为的共识；建立系统架构；设计处理全局性问题的公共机制
第47页：分阶段的风险管理（续）
Risk Management Phase-by-Phase (cont.)（分阶段的风险管理续）：
- Construction（构造）：精化架构、风险驱动的迭代、持续集成
- Transition（交付）：促进用户验收、度量用户满意度
- Post-deployment cycles（部署后周期）：继续演进式方法、保持架构完整性
第48页：风险降低驱动迭代
Risk Reduction Drives Iterations（风险降低驱动迭代）：初始项目风险与初始项目范围出发，经过 Plan Iteration N（成本、进度）、Develop Iteration N（定义针对最高风险的场景、收集成本与质量度量）、Assess Iteration N，消除部分风险后修订项目风险并重新排序，再修订总体项目计划（成本、进度、范围／内容），形成闭环。
第49页：用例驱动迭代过程
Use Cases Drive the Iteration Process（用例驱动迭代过程）：在 Inception、Elaboration、Construction、Transition 四个阶段中依次安排 Iteration 1、Iteration 2、Iteration 3，每个迭代内部按 Rqmts Capture、Analysis & Design、Implementation、Test、Prepare Release 组织为迷你瀑布（mini-Waterfall）过程，并由 Iteration Planning 启动。
第50页：迭代生命周期：迷你瀑布
The Iteration Life Cycle: A Mini-Waterfall（迭代生命周期：迷你瀑布）：
- 输入：Results of previous iterations（前一迭代的结果）、Up-to-date risk assessment（最新风险评估）、Controlled libraries of models, code, and tests（受控的模型、代码与测试库）、Selected scenarios（选定的场景）
- 活动：Iteration Planning、Requirements Capture、Analysis & Design、Implementation、Test、Prepare Release
- 输出：Release description（发布说明）、Updated risk assessment（更新的风险评估）、Controlled libraries（受控库）
第51页：迭代计划活动
Detailed Iteration LifeCycle Activities —— Iteration planning（迭代计划）：
- 迭代开始前应基于前一迭代的结果（若有）与项目最新风险评估确定本次迭代的总体目标
- 确定本次迭代的评价准则
- 编制详细的迭代计划并纳入开发计划：包含用于监控进展的中间里程碑，包含走查与评审
第52页：需求捕获活动
Detailed Iteration LifeCycle Activities (cont.) —— Requirements Capture（需求捕获）：
- 选择／定义本次迭代要实现的用例
- 更新对象模型以反映新发现的领域类与关联
- 编制本次迭代的测试计划
第53页：分析设计与实现活动
Analysis & Design 与 Implementation（分析与设计、实现）：
- 分析与设计：确定本次迭代要开发或更新的类；更新对象模型以反映新发现的设计类与关联；必要时更新架构文档；开始编写测试规程
- 实现：由设计模型自动生成代码；手工编写操作代码；完成测试规程；进行单元测试与集成测试
第54页：测试与发布准备活动
Test 与 Prepare the release description（测试与发布准备）：
- 测试：将本次开发的代码与系统其余部分（先前发布）集成并测试；捕获并评审测试结果；对照评价准则评估测试结果；进行迭代评估
- 准备发布说明：同步代码与设计模型；将本次迭代的产品放入受控库
第55页：迭代内的工作分配
Work Allocation Within an Iteration（迭代内的工作分配）：
- 迭代内要完成的工作由（新的）待实现用例与需要返工的部分决定
- 包是方便开发人员使用的工作包：高层包可分配给团队，低层包可分配给个人
- 用例是方便测试与评估团队使用的工作包
- 包还可用于确定配置管理的粒度，例如以单个包为单位签入签出
第56页：迭代评估
Iteration Assessment（迭代评估）：
- 对照迭代计划阶段确立的评价准则评估迭代结果：Functionality（功能）、Performance（性能）、Capacity（容量）、Quality measures（质量度量）
- 考虑本次迭代期间发生的外部变化，例如需求、用户需要、竞争对手计划的变化
- 确定需要哪些返工，并将其分配到剩余的迭代中
第57页：迭代次数与长度的选择
Selecting Iterations（选择迭代）：
- How many iterations do I need?（需要多少次迭代）在 18 个月以内的项目中，通常 3 到 6 次迭代
- 所有迭代的长度是否相同？通常相同；迭代长度可按阶段变化，例如精化阶段的迭代可能比构造阶段的迭代更短
第58页：第一次迭代
The First Iteration（第一次迭代）：
- 第一次迭代通常是最困难的：需要整个开发环境和大部分开发团队到位，许多工具集成、团队建设、人员配备问题必须解决
- 初次采用迭代方式的团队往往过于乐观
- 对第一次迭代可完成的功能量应保守估计，否则首次迭代将延期、迭代总数减少、迭代方法的收益降低
第59页：没有银弹
There Is No Silver Bullet（没有银弹）：
- 采用迭代生命周期的主要原因：你不可能一开始掌握全部信息，开发期间事物会发生变化
- 必须预期到：部分风险不会按计划消除；中途会发现新的风险；需要一些返工，某些为迭代编写的代码会被丢弃；需求会沿途变化
第60页：本章小结
Summary（本章小结）：Analysis and Design Process with UML（使用 UML 的分析与设计过程）：
- 1. Identify actors and use cases（识别执行者与用例）
- 2. Realize use cases with sequence and/or collaboration diagrams（用顺序图和／或合作图实现用例）
- 3. Describe classes and their relationships in the logical view（在逻辑视图中描述类及其关系）
- 4. Create state diagrams for objects（为对象创建状态图）
- 5. Illustrate the organizations and dependencies among software components with component diagrams（用构件图说明软件构件的组织与依赖）
- 6. Visualize configuration and distribution with deployment diagrams（用配置图可视化配置与分布）
