第11章：互動圖 – 循序、通訊、互動概觀與時序圖

第 11 章

互動圖

– 循序、通訊、時序與互動概觀 圖  _{11-1 互動圖的基礎}  _{11-2 循序圖}  _{11-3 通訊圖}  _{11-4 時序圖}  _{11-5 互動概觀圖}  _{11-6 繪製互動圖}  _{11-7 綜合練習}

11-1 互動圖的基礎 - 說明

 _{互動圖（ Interaction Diagrams ）如同其名是用來描述模型} 中不同元素之間的互動，即描述系統的動態行為，可以清 楚呈現系統與使用者操作之間的互動；一組物件之間如何 使用訊息互動來合作完成指定的行為。  _{互動圖可以用來呈現 4+1 觀點軟體系統模型的邏輯觀點，} 如下圖所示：

11-1 互動圖的基礎 - 種類

 _{循序圖（ Sequence Diagrams ）：使用時間軸方式描述物} 件之間的互動，強調物件之間訊息傳遞的時間順序。  _{通訊圖（ Communication Diagrams ）：描述物件的互動，} 強調物件之間的關係、訊息流向和控制流程，在 1.x 版稱 為合作圖（ Collaboration Diagrams ）。

 _{時序圖（ Timing Diagrams ）： UML 2.0 版支援的圖形，描}

述詳細的時間資訊，互動元素之間的條件資訊和狀態改變 。

 _{互動概觀圖（ Interaction Overview Diagrams ）： UML 2.0}

版支援的圖形，使用循序、通訊和時序圖以高階方式描述 系統發生的重要互動。

11-1 互動圖的基礎 - 目的

 互動圖的主要目的是使用視覺化方式顯示系統的 互動行為，因為視覺化顯示互動是一件困難的工 作，所以我們需要建立不同觀點的互動圖來描述 系統的行為。基本上，互動圖的主要目的為： • 捕捉系統的動態行為。 • 描述系統物件之間的訊息流程。 • 描述系統物件的結構化組織。 • 描述一組物件之間訊息傳遞的互動。

11-2

循序圖

 _{11-2-1 循序圖的基本符號}  _{11-2-2 循序圖的訊息}

 _{11-2-3 框架}

11-2 循序圖 - 說明

 _{循序圖（ Sequence Diagram ）是使用時間軸來描} 述物件之間的互動，強調物件之間訊息傳遞的時 間順序，請注意是時間順序，而不是花費的時間 ，關於花費時間部分可以使用時序圖來描述。  在循序圖的垂直軸是時間，可以顯示時間順序的 訊息傳送；水平軸是隨著訊息傳送，從一個參與 者物件旅行至另一個參與者物件的互動過程。

11-2 循序圖 - 範例

 _{例如：圖書銷售系統（ Book Sales System ）產生圖書銷售}

11-2-1 循序圖的基本符號 - 參與者

 _{參與者（ Participants ）簡單的說就是物件，它是使用方框} 表示，也可以使用演員符號，參與者是位在循序圖上方且 從左至右依序排列，在方框中是參與者名稱，其基本語法 如下所示： 名稱 : 類別名稱  _{上述語法的「 : 」分號前是物件名稱；之後是類別名稱，} 如下圖所示：

11-2-1 循序圖的基本符號 - 時間與生命線

 在參與者下方垂直的虛線 稱為「生命線」（ Lifeline ），代表互動發生順序的 時間軸，時間是由上而下 增加，如右圖所示：

11-2-1 循序圖的基本符號 - 訊息 ( 說明 )

 _{訊息（ Messages ）是從來源參與者（或稱送出參與者）}

的生命線送到目的參與者（或稱接收參與者）的生命線， 可以讓接收訊息的參與者進入啟動棒來執行所需操作，如 下圖所示：

11-2-1 循序圖的基本符號 - 訊息 ( 種類 )

 在循序圖的訊息可以分為兩種，如下所示： • 同步訊息（ Synchronous Messages ）：當參與者送出同 步訊息，必須等到回應後才會繼續執行，同步訊息是 使用實心三角形箭頭線來表示，例如：上述循序圖的 第 1 個訊息和前述 gen: 報表產生器物件送給 report: 圖 書報表物件的 setCreateDate() 就是同步訊息。 • 非同步訊息（ Asynchronous Messages ）：參與者送出 非同步訊息，並不需要等到回應就可以繼續執行。非 同步訊息是使用箭頭來表示，例如：上述循序圖的第 2 個訊息。

11-2-1 循序圖的基本符號 - 訊息 ( 語法 )

 循序圖的訊息基本語法，如下所示： 傳回值 = 訊息名稱 ( 參數列 ) : 傳回型態  上述訊息語法依序是傳回值、訊息名稱（通常是 類別的方法名稱）、參數列和傳回型態。一些訊 息的範例，如下所示： 送出訂單 () setCreateDate(date) d = getReportDescription(id) d = getReportDescription(id) : ReportDescription

11-2-2 循序圖的訊息 - 呼叫訊息

 _{呼叫訊息（ Call Message ）是循序圖最常用的訊息，它是}

呼叫目標參與者的操作，例如：客人（ Customer ）在自 動販賣機面板投錢操作的循序圖，如下圖所示：

11-2-2 循序圖的訊息 - 回傳訊息

 回傳訊息是表示呼叫訊息的傳回值，一般來說，它並非必 須符號，因為可以使用啟動棒結束來隱含代表。循序圖的 回傳訊息是使用虛線→表示呼叫訊息的操作結束，在上方 是傳回值的描述。  例如：客戶在自動販賣機的面板投錢後，操作面板送出檢 查金額 () 訊息至記錄器物件，可以傳回可選擇產品的清單 ，如下圖所示：

11-2-2 循序圖的訊息 - 巢狀訊息

 _{巢狀訊息（ Nested Message ）就是當呼叫訊息送至目的參} 與者後，就會進一步觸發目的參與者送出更多的訊息，這 些訊息稱為原觸發訊息的巢狀訊息。  例如：當客戶在自動販賣機的面板投錢後，在操作面板可 以顯示可購買的產品，以便讓客戶選擇購買的產品，如下 圖所示：

11-2-2 循序圖的訊息 - 自身訊息

 _{自身訊息（ Self Message} ）就是送出呼叫訊息給 自己，以 Java 語言來說 ，就是呼叫同一個物件 的方法（通常是一些宣 告成 private 的工具方法 ）。例如：旅館 aHotel 物件送出自身訊息檢查 指定日期是否有空房間 ，如右圖所示：

11-2-2 循序圖的訊息 - 遞迴訊息

 訊息還可以遞迴將訊 息傳送至物件自己的 同一個操作，稱為遞 迴訊息（ Recursion Messages ）。例如： 計算階層 N! _的 Factorial 物件 f ，如 右圖所示：

11-2-2 循序圖的訊息 - 產生訊息與消滅訊息

 _{在循序圖的物件可以送出產生訊息 <<create>> 建立其他實}

例（ Instances ）；或送出消滅訊息 <<destroy>> 表示物件 生命周期的結束。例如：從購物車新增和刪除訂單項目的 循序圖，如下圖所示：

11-2-3 框架

 _{UML 2.x 版的框架（ Frame ）提供 UML 圖形一個}

圖形邊界，它是一個大型的長方形框，在框架左 上角顯示框架名稱，實際 UML 圖形是位在長方形 框的範圍之內，如下圖所示：

1124 複雜互動的互動片斷

-說明

 _{對於循序圖複雜互動的條件與迴圈，舊版 UML 1.x}

版在此部分並沒有明確的定義，所以可以使用多 種表示方法來呈現。

 _{UML 2.0 版是使用組合片斷（ Combined Fragment}

）來處理複雜互動，它是由一至多個互動片斷 （ Interaction Fragment ）組成，通常我們是將組 合片斷置於一個框架中。

1124 複雜互動的互動片斷

1124 複雜互動的互動片斷

-互動運算子

 _{UML 2.x 版常用的互動運算子，如下表所示：}

互動運算子 說明

opt 當防衛條件為真 true 時才執行；偽 false 就不執行此框架的互 動，相當於 Java 語言的 if 條件

alt 指防衛條件為互斥選擇條件（ Mutually Exclusive Choice ）， 相當於 Java 語言的 if/else 、 if/else if 或 switch 的二選一或多選

一條件敘述

loop 當防衛條件為真 true 時就重複執行此片斷的互動，我們可以 指明 loop(n) 表示執行 n 次迴圈，相當於 Java 語言的 for 迴圈

ref 參考其他互動的 sd 互動片斷（即循序圖片斷） par 並行執行的互動片斷

1124 複雜互動的互動片斷

-Opt 片斷

 _{Opt 片斷是建立條件訊息，只有當防衛條件為真}

true 時，才執行互動運算元。例如：使用者從 ATM 自動櫃員機提款的循序圖，如下圖所示：

1124 複雜互動的互動片斷

-Alt 片斷

 _{Alt 片斷是互斥條件的訊息，可以依據防衛條件，執行其} 中之一的互動運算元，例如：繼續之前的 ATM 提款範例 ，如果通過驗證，就可以送出現金；反之顯示錯誤訊息， 如下圖所示：

1124 複雜互動的互動片斷

-Loop 片斷

 _{Loop 片斷就是迴圈，可以重複執行片斷的互動運算元，例} 如：繼續之前的 ATM 提款範例， ATM 會重複送出 3 次驗 證請求，如果都無法通過驗證，才會顯示錯誤訊息，如下 圖所示：

1124 複雜互動的互動片斷

-Ref 片斷 ( 說明 )

 _{Ref 片斷可以參考其他互動的 sd 框架，以便在複} 雜循序圖中，簡化部分循序圖來強調所需的互動 ，另一種 Ref 片斷的應用如同函數，可以讓我們 在循序圖重複使用 sd 框架。

1124 複雜互動的互動片斷

-Ref 片斷 ( 範例 1)

 例如：在網站選擇建立不同種類帳戶的循序圖， 此循序圖分為兩部分，如下所示： • Ref 片斷：在循序圖參考名為選擇帳戶種類的循序圖， 如下圖所示：

1124 複雜互動的互動片斷

-Ref 片斷 ( 範例 2)

• Sd 框架：一個框架的循序圖，它是被 Ref 片斷參考的 循序圖，如下圖所示：

11-3 通訊圖

 _{11-3-1 通訊圖的基本符號}  _{11-3-2 通訊圖的訊息}

11-3 通訊圖 - 說明

 _{通訊圖（ Communication Diagrams ）可以描述物} 件之間的互動，不過，通訊圖強調的是物件之間 的關係和訊息流向，可以顯示多個物件如何一起 合作來完成指定工作的行為。  通訊圖和循序圖的主要差異，在於循序圖是以時 間軸顯示物件之間的訊息傳遞；通訊圖則是以空 間角度顯示物件之間訊息傳遞的路徑，換句話說 ，相同資訊的循序圖可以轉換成通訊圖。

11-3 通訊圖 - 範例

 _{將第 11-2-1 節循序圖轉換成通訊圖，如下圖所示}

11-3-1 通訊圖的基本符號 - 參與者

 _{通訊圖的參與者（ Participants ）符號是長方形，} 中間是名稱，其基本語法如下所示： 名稱 : 類別名稱  _{上述語法的「 : 」分號前是物件名稱；之後是類} 別名稱，和循序圖相同，我們也可以省略之前的 名稱來建立匿名物件。

11-3-1 通訊圖的基本符號 - 連接

 _{在通訊圖的連接（ Links ）是一條沒有箭頭的直線}

，可以連接 2 位參與者，表示之間擁有傳送訊息 的管道，可以傳送訊息；反之如果沒有建立連接 ，就表示這 2 位參與者之間不允許傳送訊息。

11-3-1 通訊圖的基本符號 - 訊息

 通訊圖的訊息格式和循序圖相似，其基本語法如下所示： 循序編號 : 訊息名稱 ( 參數列 ): 傳回型態  _{在第一層的第 1 個訊息編號是 1 ，第 2 個是 2 、 3 、 4 ，} 依序增加代表其時間順序，如下所示： 1: 2: 3: 4:  _{下一層訊息擁有相同字首編號，訊息編號 1 的下一層循序} 編號擁有字首 1. ，每一個 . 小數點代表一個階層，依序為 1.1 、…、 1.4 ，如下所示： 1.1: 1.2: 1.3: 1.4:

1132 通訊圖的訊息

-建立物件實例的訊息

 _{在通訊圖建立物件實例的訊息是 create() ，當訊息名稱為}

create 時，就表示它是建立物件實例的訊息，我們也可以 使用模版 <<create>> 來表示，如下圖所示：

1132 通訊圖的訊息

-同步訊息

 _{同步訊息在循序圖需要使用 Par 片斷來建立，通}

訊圖就只需在循序編號加上英文字母的字尾來表 示是同步訊息，如下圖所示：

1132 通訊圖的訊息

-重複訊息

 在通訊圖的訊息後方可以加上防衛條件表示當條 件成立時，就重複送出訊息，如下圖所示：

1132 通訊圖的訊息

-條件訊息

 _{在通訊圖的訊息後加上防衛條件（ Guard}

Condition ）就成為條件訊息，只有當防衛條件為 真 true 時才送出訊息，如下圖所示：

1132 通訊圖的訊息

-將訊息送給自己

 如同循序圖，通訊圖也可以將訊息傳送給自己， 如下圖所示：

11-3-3 將循序圖轉換成通訊圖 - 循序圖

 _{將第 11-2 節範例的循序圖一步一步轉換成通訊圖}

。例如： Loop 片斷洗車服務的循序圖，如下圖所 示：

11-3-3 將循序圖轉換成通訊圖 - 步驟一

 _{Step 1 ：將循序圖的}

參與者一一新增至通 訊圖，如右圖所示：

11-3-3 將循序圖轉換成通訊圖 - 步驟二

 _{Step 2 ：建立參與者}

之間的連接，如右圖 所示：

11-3-3 將循序圖轉換成通訊圖 - 步驟三 ( 訊

息 )

 _{Step 3 ：新增參與者之間傳送的訊息，如下表所示：} 參與者 層數 訊息 說明 使用者 -> 洗車服務 1 1: 洗車 ( 方式 ) 第 1 層只有 1 個訊息所以是 1 ，如有 2 個，就是 1 _{和 2 ，} 以此類推 洗車服務 -> 車 2 1.1: 洗車 ( 方式 ) 在第 2 層也只有 1 個訊息， 所以是 1.1 ，如有 2 個，就是 1.1 和 1.2 ，以此類推 車 -> 水洗 3 1.1.1a 洗車 ( 車 ) 在第三層有 2 個訊息，正常 的編號是 1.1.1 和 1.1.2 ，不 過因為是互斥選擇條件，所 以是同步訊息 1.1.1a 和 1.1.1b 車 -> 泡沫洗 3 1.1.1b 洗車 ( 車 ) 其說明同上

11-3-3 將循序圖轉換成通訊圖 - 步驟三 ( 圖

11-3-3 將循序圖轉換成通訊圖 - 步驟四

 _{Step 4 ：最後在訊息}

上加上重複和互斥選 擇條件訊息的防衛條 件，如右圖所示：

11-4 時序圖 - 說明

 _{時序圖（ Timing Diagrams ）是 UML 2.x 版新增的}

圖形，可以顯示一段時間內，參與者狀態或值的 改變，和進一步標示互動的持續限制與什麼事件 驅動狀態的改變。  當使用循序圖和通訊圖描述的互動有時間限制時 ，例如：互動需要在 5 秒之內完成，和訊息需要 在不超過互動時間 1/3 來回傳等，我們就可以使 用時序圖來進一步描述互動的時間限制。

11-4 時序圖 - 生命線與時間刻記

 時序圖的生命線 （ Lifeline ）和循序 圖相同，它是參與者 參與互動的時間軸， 通常是從左至右增加 ，在時序圖是使用長 方形框架來表示，同 一個框架中允許多個 參與者的生命線，如 右圖所示：

11-4 時序圖 - 狀態生命線

 _{狀態生命線（ State Lifeline ）顯示生命線的狀態因時間而} 改變，在時序圖的 Y 軸是狀態清單， X 軸顯示時間，以時 間刻記為單位來增加。例如：洗衣機洗衣服時有 4 個狀態 ：浸泡、洗滌、洗淨和脫水，使用狀態生命線建立的時序 圖，如下圖所示：

11-4 時序圖 - 值生命線

 _{值生命線（ Value Lifeline ）顯示項目值因時間而改變， X} 軸顯示的時間如同狀態生命線，它是使用一對水平線交叉 來表示值的改變。例如：洗衣機洗衣服時有 4 個狀態：浸 泡、洗滌、洗淨和脫水，使用值生命線建立的時序圖，如 下圖所示：

11-4 時序圖 - 持續限制與事件

 _{持續限制（ Duration Constraints ）是在描述這部分的互動}

會持續多久，我們也可以延著時間線（ Timeline ）上，標 示驅動狀態改變的事件（ Event ），如下圖所示：

11-5 互動概觀圖

 _{11-5-1 互動概觀圖的基本符號}  _{11-5-2 互動概觀圖的範例}

11-5 互動概觀圖

 _{互動概觀圖（ Interaction Overview Diagram ）可以}

描述高階控制流程和之間的互動，它是一種活動 圖的特殊版本，只是將活動圖中的動作改為互動 圖來呈現。  互動概觀圖類似活動圖都可以視覺化呈現活動的 流程，只不過互動概觀圖的每一個動作是一個互 動圖，包含：循序、通訊、時序和互動概觀圖。

11-5-1 互動概觀圖的基本符號 - 互動使用

 _{互動使用（ Interaction Use ）如同觸發動作，它是}

參考已經存在的互動圖，使用名為 ref 的框架，在 中間顯示名稱，這就是對應的互動圖名稱，如下 圖所示：

11-5-1 互動概觀圖的基本符號 - 內建互動

 _{內建互動（ Inline Interaction ）或稱為互動元素}

（ Interaction Element ），也可以直接稱為互動， 它是一個使用框架包圍的互動圖，我們可以替框 架命名或使用匿名，如下圖所示：

11-5-2 互動概觀圖的範例

 學生選課的互動概 觀圖是從選擇科系 開始，然後選擇課 程且檢查是否擋修 ，如果允許選課， 就可以選擇哪一位 老師開的課，和檢 查開課是否已經額 滿，如果沒有，就 建立選課資料；否 則加入等待清單， 如右圖所示：

11-6 繪製互動圖

 _{11-6-1 繪製循序圖}  _{11-6-2 繪製通訊圖}  _{11-6-3 繪製時序圖}

11-6-1 繪製循序圖 - 新增參與者

 _{SIM 的生命線代表循序圖中參與互動的參與者，}

請從「工具箱」視窗拖拉【生命線】至編輯區域 來新增參與者，如下圖所示：

11-6-1 繪製循序圖 - 建立訊息

 在循序圖新增生命線且調整生命線長度後，就可以在生命 線之間建立訊息。請在「工具箱」視窗選擇訊息種類，然 後從開始的生命線按一下，拖拉至結束生命線且放開滑鼠 按鍵，就可以建立訊息，如下圖所示：

11-6-1 繪製循序圖 - 輸入訊息內容

 在循序圖上按二下訊息的箭頭線，可以輸入訊息內容，因 為 SIM 預設靠左對齊，基於編排考量，可以在之前加上一 些空白字元。另一種方式是選訊息，開啟「屬性」對話方 塊來輸入訊息，如下圖所示：

11-6-1 繪製循序圖 - 產生與消滅訊息

 _{在 SIM 建立產生訊息仍然需要先建立欲建立物件的生命線} ，然後在「工具箱」視窗選【產生訊息】，即可拖拉建立 產生訊息，消滅訊息的建立稍有不同，請先選【消滅訊 息】，然後拖拉至欲消滅物件生命線上，可以建立一個大 X 符號，如下圖所示：

11-6-1 繪製循序圖 - 組合片斷

 _{循序圖的組合片斷是由互動運算子和運算元組成，在 SIM}

是先從「工具箱」視窗拖拉長方形的片斷框，例如： Alt 片斷，如下圖所示：

11-6-2 繪製通訊圖 - 參與者

 在通訊圖新增參與者是從「工具箱」視窗拖拉【 生命線】至編輯區域，如下圖所示：

11-6-2 繪製通訊圖 - 連接

 在通訊圖的參與者之間建立連接，就是在「工具 箱」視窗選【連接】，如果訊息是從參與者 A 傳 遞至參與者 B ，在建立連接時請從參與者 A 拖拉 至參與者 B ，如下圖所示：

11-6-2 繪製通訊圖 - 訊息

 在通訊圖的連接新增訊息有兩種方式，一是按下 方【新增循序訊息】鈕，如下圖所示：

1163 繪製時序圖

-建立時序圖框架

 在「工具箱」視窗拖拉【框架】項目，就可以建 立時序圖的框架，如下圖所示：

1163 繪製時序圖

-建立時間刻記

 按二下框架，可以在「屬性」對話方塊【一般】 標籤的名稱欄輸入名稱，選【時間刻記值】標籤 可以輸入時間刻記的標籤值，如下圖所示：

1163 繪製時序圖

-新增生命線

 _{選框架，按下方第 1 個按鈕可以建立狀態生命線}

1163 繪製時序圖

-輸入持續限制與事件

 在「屬性」對話方塊選【事件】標籤，可以在【 持續限制】和【事件】欄輸入持續限制與事件。

1164 繪製互動概觀圖

-新增互動使用

 在「工具箱」視窗拖拉【互動使用】項目，可以 建立名為 ref 的框架，按二下就可以更改名稱和調 整尺寸，如下圖所示：

1164 繪製互動概觀圖

-新增內建互動

 在「工具箱」視窗拖拉【內建互動】項目，就可 以建立名為 sd 的框架，按二下可以更改名稱和調 整尺寸，如下圖所示：