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# 第5章 顺序图与协作图
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> **考试重要度**：★★★★
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> **核心内容**：顺序图的四个核心元素、六种消息类型、调用消息vs异步消息、顺序图与协作图的对比
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## 📢 从打电话理解交互图
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💬 你打电话给朋友借钱，整个对话过程是这样的：
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```
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你 → 拨号 → 朋友接电话 → 你说"借我500" → 朋友说"好" → 你挂电话
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```
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这就是一个**交互过程**——两个对象之间按时间顺序传递消息。在UML中，我们用**顺序图**和**协作图**来描述这个过程。
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## 💡 一、顺序图的四个核心元素
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```
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┌─────────────────────────────────────────────┐
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│ 对象 生命线 控制焦点(激活期) │
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│ ┌───┐ │ ┌──┐ │
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│ │obj│ │ │ │ │
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│ └─┬─┘ │ └──┘ │
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│ │- - - - - │- - - - - - - - - - - │
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│ │ │ 消息→ │
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│ │ │ ┌──┐ │
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│ │ │ │ │ │
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│ │ │ └──┘ │
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└─────────────────────────────────────────────┘
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```
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| 元素 | 说明 | 画法 |
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|------|------|------|
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| **对象** | 类的实例，参与交互的实体 | 矩形，顶部放置 |
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| **生命线** | 对象存在的时间线 | 从对象向下延伸的虚线 |
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| **控制焦点**（激活期） | 对象正在执行操作的时间段 | 生命线上的细长矩形条 |
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| **消息** | 对象之间的一次通信 | 带箭头的直线 |
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## 💡 二、消息的语法格式
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消息的完整格式：
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```
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[前置条件] [警戒条件] [序号] [返回值:=] 消息名([参数列表])
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```
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例子：
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2: display(x, y) → 简单消息，序号2
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1.3.1: p := find(specs) → 嵌套消息，有返回值
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[x<0] 4: invert(x, color) → 条件消息
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3.1*: update() → 循环消息
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```
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### 消息序号的含义
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- `1, 2, 3` — 顺序发送的消息
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- `1.1, 1.2, 1.3` — 消息1内部的嵌套调用（1.1必须在1完成之前完成）
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- `A1, B1` — 并发线程中的消息
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## 💡 三、六种消息类型
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| 消息类型 | 说明 | 画法 |
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|----------|------|------|
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| **调用消息** (同步) | 发送者等待接收者完成才继续 | 实线实心箭头 → |
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| **异步消息** | 发送者不等待，继续执行 | 实线开放箭头 ⇢ |
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| **返回消息** | 从调用返回 | 虚线开放箭头 ⇢ |
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| **反身消息** | 发给自己 | 绕回自己的箭头 |
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| **阻止消息** | 接收者不能立即接收就放弃 | 特殊标记 |
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| **超时消息** | 等待指定时间，超时就放弃 | 特殊标记 |
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### 📌 消息类型的画法速查
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> 这一节把六种消息类型的**实际画法**用字符画的形式画出来，光看箭头符号记不住的话，照着画就行。
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#### ① 调用消息（同步）—— 实线 + 实心三角箭头
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```
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┌───┐ ┌───┐
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│ A │ ──────────────────▶│ B │ ← 实线 + 实心三角
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└───┘ └───┘
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同步：等B做完再回来
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```
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#### ② 异步消息 —— 实线 + 开放箭头（V形）
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```
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┌───┐ ┌───┐
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│ A │ ─────────────────⇨ │ B │ ← 实线 + 开放箭头
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└───┘ └───┘
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异步：发完就接着干自己的事
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```
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#### ③ 返回消息 —— 虚线 + 开放箭头
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```
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┌───┐ ┌───┐
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│ A │ ◀─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ │ B │ ← 虚线 + 开放箭头
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└───┘ └───┘
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返回值（可省略不画）
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```
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#### ④ 反身消息 —— 自己绕回来
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```
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┌───┐
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│ A │ ───┐
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└───┘ │
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│ │
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◀─────┘
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（即"对象调用自己的方法"）
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```
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#### ⑤ 阻止消息 —— 实线 + 叉 ✕
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> 接收方当时忙，**直接放弃**这次调用。
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```
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┌───┐ ┌───┐
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│ A │ ─────────────────╳ │ B │ ← 实线 + 叉
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└───┘ └───┘
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B没空，A立刻放弃不等
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```
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#### ⑥ 超时消息 —— 实线 + 倒三角 ⏳
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> 等待指定时间，**超时就放弃**。
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```
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┌───┐ ┌───┐
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│ A │ ─────────────────⏳ │ B │ ← 实线 + 倒三角
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└───┘ └───┘
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等一段时间后超时
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```
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### 📌 完整顺序图示例
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把所有消息类型都画在一张图里看效果：
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```
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客户 ATM界面 账户
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┌───┐ ┌───┐ ┌───┐
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│ │ │ │ │ │
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╱│╲ │ ╱│╲ │ ╱│╲ │
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╱ ╲ │ ╱ ╲ │ ╱ ╲ │
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┌───┐ ┌───┐ ┌───┐
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│ │ │ │ │ │
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│ │ 1: 取款(500) │ │ │ │ ← ① 调用消息
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│ ├──────────────▶│ │ │ │
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│ │ │ │ 2: 查询余额() │ │ ← ① 调用消息
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│ │ │ ├───────────────▶│ │
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│ │ │ │ │ │
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│ │ │ │ ◀─ 3: 余额 ─── │ │ ← ③ 返回消息
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│ │ │ │ │ │
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│ │ │ │ 4: 扣款(500) │ │ ← ① 调用消息
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│ │ │ ├───────────────▶│ │
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│ │ │ │ │ │
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│ │ 5: 出钞 │ │ │ │ ← ② 异步消息
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│ │◀─ ─ ─ ─ ─ ─ ─│ │ │ │
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│ │ │ │ │ │
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```
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### 📌 组合片段（Combined Fragment）速查
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> 当顺序图比较复杂时，可以用**框选区域**的方式来表达条件、循环、并行等逻辑。
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```
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┌────────────── alt: 余额判断 ──────────────┐
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│ │
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│ │ 条件A: │
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│ │ 4.1: 扣款(amount) ──▶ │
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│ │ │
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├────────────────────────────────────────────┤
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│ │
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│ │ 条件B: │
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│ │ 4.2: 显示"余额不足" ──▶ │
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│ │
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└────────────────────────────────────────────┘
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```
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常用组合片段关键字：
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| 关键字 | 含义 | 用途 |
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|--------|------|------|
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| `alt` | 抉择（多选一） | 相当于 if-else |
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| `opt` | 可选（满足才执行） | 相当于单分支 if |
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| `loop` | 循环 | 相当于 for/while |
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| `par` | 并行 | 多个事件流同时进行 |
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| `neg` | 非法 | 描述不允许发生的场景 |
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| `critical` | 关键 | 必须原子执行的区域 |
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### 📌 协作图（Communication Diagram）的画法
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> 协作图 = 顺序图的"空间版"——**没有生命线**，但消息必须**带完整序号**。
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```
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1: 输入金额
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客户 ──────────────▶ ATM界面
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○ │
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╱│╲ │ 2: 查询余额
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╱ ╲ ▼
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账户
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╱│╲
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╱ ╲
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▲
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│ 3: 返回余额
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◀───── 4.1*: 出钞 ─────┘
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(出钞多次循环)
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```
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**协作图的关键特征**：
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- 对象之间的**连线**（关联）作为消息传递的路径
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- 消息的**前缀序号**必须完整（`1`, `1.1`, `1.1.1`）
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- `{new}` 标签表示对象在交互中被创建
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- `{destroy}` 标签表示对象在交互中被销毁
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||
```
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┌──────────┐ ┌──────────┐
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│ :Order │ │ :Payment │
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│{new} │ 1: 创建支付 │ │
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└──────────┘ ────────────────▶ └──────────┘
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||
│
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│ {destroy}
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||
▼
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||
（被销毁）
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```
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🔑 **一句话记忆口诀**：实心三角是同步，开放箭头是异步；返回用虚线开放箭头，反身消息自己绕；alt/loop/par 框选区域，条件循环并行都能搞。
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## 🔑 调用消息 vs 异步消息（必考！）
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| 对比维度 | 调用消息 | 异步消息 |
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|----------|----------|----------|
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| **发送者行为** | 发出后**停下来等** | 发出后**继续干活** |
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| **控制焦点** | 发送者出现等待（重叠矩形条） | 发送者不等待 |
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| **典型场景** | 查询数据库（必须等结果） | 写日志文件（可以后台进行） |
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| **返回消息** | 必有返回，可以省略不画 | 如果是过程调用必有返回 |
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💬 **比喻**：
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- 调用消息像**打电话**——你说一句，等对方回一句。
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- 异步消息像**发微信**——你发一条，继续干自己的事，对方看到再回。
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## 💡 四、顺序图的两种形式
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| 形式 | 说明 |
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|------|------|
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| **一般形式** | 包含条件、分支、循环，描述所有可能的场景 |
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| **实例形式** | 只有一个具体的场景，没有任何分支和循环 |
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💬 例：取款的一般形式包含"余额够"和"余额不够"两个分支；而某次具体取款（余额够）就是实例形式。
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### 条件消息和循环消息的表达
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**两种方法**：
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1. 在消息上直接标注：`[x>0] 3: doSomething()` 或 `2.1*: update()`
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2. 使用交互架构（框选一个区域，标注`loop`或`alt`）
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## 💡 五、协作图
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### 协作图 vs 顺序图
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| 维度 | 顺序图 | 协作图 |
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|------|--------|--------|
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| **强调** | **时间顺序** | **空间位置关系** |
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| **生命线** | 有（从上到下） | 无 |
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| **控制焦点** | 有（矩形条） | 无 |
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| **消息序号** | 通常简化 | 必须完整标注 |
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| **多对象** | 不直观 | 可以表达 |
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| **主动对象** | 不直观 | 可以表达 |
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🔑 **核心区别**：顺序图强调"什么时间谁调用了谁"，协作图强调"谁跟谁有连接关系"。
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### 协作图的特殊元素
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| 元素 | 说明 |
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|------|------|
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| **多对象** | 代表一组对象，发给它的消息是发给整个集合 |
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| **主动对象** | 拥有自己控制线程的对象，可以主动发起消息 |
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| **{new}** | 标记对象在交互中被创建 |
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| **{destroy}** | 标记对象在交互中被销毁 |
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## ✍️ 边学边练（一）
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**题目**：ATM取款的基本流程如下，请画出分析阶段的顺序图。
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1. 用户输入取款金额
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2. 系统判断账户余额是否足额
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3. 若足额，则出钞并修改账户余额
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4. 若不足额，则取款失败
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**答案：**
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顺序图包含对象：`:客户`、`:ATM界面`、`:账户`
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消息序列：
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1. 客户 → ATM界面: 输入金额(amount)
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2. ATM界面 → 账户: 查询余额()
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3. 账户 → ATM界面: 返回余额(balance)
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4. ATM界面 → 自己: [balance>=amount]判断
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5a. ATM界面 → 账户: 扣款(amount) [金额足够]
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5b. ATM界面 → 客户: 显示"余额不足" [金额不足]
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```
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⚠️ 关键：步骤4的判断是ATM界面对象自己的处理，用反身消息或不画都可以。
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## ✍️ 边学边练（二）
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**题目**：判断以下场景应该用调用消息还是异步消息。
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1. 用户点击"登录"按钮，系统验证用户名密码
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2. 用户上传文件后，系统后台写入日志
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3. 用户查询订单列表，系统返回查询结果
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4. 系统给所有订阅用户发送邮件通知
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**答案：**
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1. **调用消息（同步）**—— 必须等验证结果，用户才能进入下一步
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2. **异步消息**—— 写日志不阻塞用户操作
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3. **调用消息（同步）**—— 必须等返回结果才能显示
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4. **异步消息**—— 发邮件是批量后台操作，不需要等待
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🔑 **判断标准**：发送者是否**必须等待**结果才能继续。必须等=调用消息，不必等=异步消息。
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## 💡 六、交互建模的步骤
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1. 根据一个用例的用例描述，找出**基本事件流**和**可选事件流**
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2. 确定参与交互的**对象**（参考类图）
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3. 按事件流的**先后次序**确定消息发送次序
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4. 标注需要**创建**和**撤销**的对象
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5. 处理**循环**和**分支**消息
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## 📝 章末自测
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**1. 填空题**
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- 顺序图的四个核心元素是：（ ____ ）、（ ____ ）、（ ____ ）、（ ___ _ ）
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- 发送后等待返回的消息叫（ ____ ）消息，发送后继续执行的消息叫（ ____ ）消息
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- 顺序图强调（ _____ ）顺序，协作图强调（ ____ ）关系
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**2. 判断题**
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- ( ) 调用消息的返回消息必须画出来
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- ( ) 顺序图可以表示对象的创建和销毁
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- ( ) 协作图中消息序号1.1表示它在消息1完成后才开始
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**3. 简答题**
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- 顺序图和协作图各有什么优势和适用场景？
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**答案：**
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**填空题**：对象、生命线、控制焦点、消息；调用（同步）、异步；时间、空间位置
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**判断题**：
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- ❌ 调用消息的返回消息可以省略不画（隐式）
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- ✅ 对象顶部放置={new}，虚线末端×={destroy}
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- ❌ 消息1.1在消息1**完成之前**就必须完成（嵌套含义）
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**简答题**：
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- 顺序图：适合展示按时间顺序发生的消息交互，直观易懂，适合分析单个用例的执行流程
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- 协作图：适合展示对象之间的静态连接关系，能表达多对象和并发，适合整体架构分析
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