UML 类图示例：为在线课程平台建模

大多数 UML 图只活在教科书里，而类图是工程师至今仍在画的那一种：它用一张图描绘系统所关心的事物、每样事物持有什么、能做什么，以及它们之间如何关联。画得好的类图，能在任何人动手写迁移脚本或 API 之前，就结束关于领域模型的争论。

本文为一个小型在线课程平台绘制 UML 类图，每次只做一个决定，并在用到时讲解相应的表示法：可见性、多重性、关联、组合、继承和接口。最后介绍会让类图失去价值的常见错误，并简单看看图如何映射到代码。

什么时候该用类图

UML 2.5.1 规范把图分为结构图和行为图两类。类图属于结构图：它展示类型、类型的属性和操作，以及类型之间的关系，不包含任何时间概念。

类图适合用来画领域模型、库的公开类型，或者你即将实现的设计。它不适合用来罗列一个仓库里的所有类：IDE 在这方面做得更好，而且下一次提交之后图就过时了。

用两张表看懂表示法

类是一个最多有三个分栏的方框：名称、属性和操作。任何一个分栏都可以省略。

关系是类之间的连线，而大部分含义都由线的两端承载：

组合是最严格的关系。按照规范，一个部分对象在同一时刻最多属于一个组合体，组合体被删除时，它的部分也随之删除。共享聚合（空心菱形）则比较含糊：规范本身就说，它的确切语义因应用领域和建模者而异。只有当团队对它的含义达成一致时才使用；普通的关联能表达同样的意思，争议也更少。

多重性

多重性表示关联的一端可以有多少个对象：1 表示恰好一个，0..1 表示可选，*（与 0..* 相同）表示任意数量，1..* 表示至少一个，也可以写 2..5 这样的范围。把它写在被计数的那个类旁边的一端。Course 1 — 1..* Module 读作：“一门课程有一个或多个模块，每个模块恰好属于一门课程。”

漏写多重性，是类图引发争论而不是终结争论的最常见原因。下面的例子中，每个关联的两端都写明了多重性。

示例：在线课程平台

先从朴素的句子开始，而不是从方框开始：

1. 讲师发布课程。一门课程有一位或多位讲师。
2. 课程由有序的模块组成，模块由有序的课时组成。
3. 课时可以是视频、测验或作业。
4. 测验和作业需要评分，视频不需要。
5. 学员选修课程。选课记录跟踪学习进度，并保存学员提交的作业。
6. 学完一门课程的学员，会为这次选课获得一张证书。
7. 课程按类别分组，一门课程可以属于多个类别。

用户：一个类，两个角色

第一反应往往是把 Student 和 Instructor 设计成 User 的子类。可一旦某位讲师去学别人的课程，这个设计就崩了：在大多数编程语言里，一个对象一生只有一个类，既不能同时是两者，之后也不能切换。应该把角色建模为关联：一个 User 讲授课程，一个 User 拥有选课记录。继承要留给那些终其一生都属于某一类的事物，比如测验是课时的一种。

生命周期绑定时使用组合

模块离开所属课程就没有意义，课时离开所属模块也一样。删除一门课程，两者都会被删除。这就是组合：在 Course 和 Module 一端画实心菱形，整体一端写 1。类别则不同。删除“数据工程”类别，不能把其中的课程也删掉，所以 Category 到 Course 是聚合，两端都是 *。

继承加接口

Lesson 是抽象类；VideoLesson、Quiz 和 Assignment 继承它的标题和位置。评分则横跨这棵继承树：测验和作业要评分，视频不用，而明年新增的同伴互评可能需要评分，却根本不是课时。这就是接口 Gradable，由 Quiz 和 Assignment 实现。GradingService 依赖 Gradable，而不是具体类，虚线依赖箭头表达的正是这一点。

带有自身数据的关联

Enrollment 位于 User 和 Course 之间。UML 为此提供了专门的表示法，即关联类，用一条虚线挂在关联线上。不过大多数团队会把它画成一个普通的类，带两条关联，因为它有自己的身份、数据和行为：选课日期、进度、提交的作业，以及最多一张证书。

这张图的读法如下：

• 左上，课程目录。 Course 由 Module 组成，模块又由 Lesson 组成，实心菱形位于整体一端。Category 用空心菱形把课程归组。
• 左下，课时类型。 Lesson 是抽象类。VideoLesson、Quiz 和 Assignment 用空心三角形指向它。
• 右侧，学习。 一个 User 讲授课程，每门课程有 1..* 位讲师；一个用户可以有任意数量的选课记录，每条记录恰好对应一门课程。一个 Enrollment 保存提交的作业，最多获得一张 Certificate。
• 右下，评分。 Quiz 和 Assignment 通过虚线和空心三角形实现 Gradable。每个 Submission 对应一个可评分项，GradingService 只依赖接口。

常见错误

• 把代码库里的每个类都画上。 每张图十到十五个类是个不错的上限。更大的模型可以按领域拆分，或者把其余的类只画成不带分栏的名称。
• 把 getter 和 setter 列为操作。 应该列出有领域含义的操作，比如 publish() 或 enroll()，而不是访问器。
• 把表画成类。 像 courseId 这样的属性应该放在 ER 图里。在类图中，关联线本身就是引用。
• 用继承表示角色。 如果一个对象可以获得或失去某个角色，那就是关联，而不是子类。
• 没有含义的菱形。 如果没人说得清删除整体会对部分产生什么影响，就用普通关联。
• 在领域层面暴露实现细节。 除非图本身就是讲这些，否则省略框架注解、DTO 和仓储类。

从图到代码

这张图可以直接映射到代码。用 TypeScript 写出来是这样：

interface Gradable {
  maxScore(): number;
  autoGrade(submission: Submission): Score | null;
}

abstract class Lesson {
  constructor(public title: string, public position: number) {}
}

class Quiz extends Lesson implements Gradable {
  questions: Question[] = [];
  maxScore(): number {
    return this.questions.length;
  }
  autoGrade(submission: Submission): Score | null {
    return submission.scoreAgainst(this.questions);
  }
}

class Course {
  private readonly modules: Module[] = []; // composition: owned and removed with the course
  categories: Category[] = []; // aggregation: categories exist on their own

  addModule(title: string): Module {
    const created = new Module(title, this.modules.length);
    this.modules.push(created);
    return created;
  }
}

组合变成了所有权：课程自己创建模块，课程消失后，没有任何东西会让模块继续存活。聚合则变成对一个拥有独立生命周期的对象的引用。代码和图不一致时，在同一个拉取请求里更新图；正如不会过时的架构图一文所说，当图是一个链接而不是截图时，这件事会容易得多。

在 Archboard 中构建

1. 使用 Google 或 GitHub 登录，并新建一张图。
2. 为每个概念添加一个 UML 节点包中的 类，属性和操作每行写一个。把 Lesson 的构造型设为 abstract。
3. 为 Gradable 添加一个 接口，写上它的两个操作。
4. 连接各个类。整体一端的箭头样式，组合设为 实心菱形，聚合设为 菱形；继承则在父类一端设为 三角。实现画成在接口一端带 三角 的虚线，依赖画成带 空心箭头 的虚线。
5. 把多重性作为文本放在每一端旁边，并在连线标签里写上关联名称，比如“teaches”。
6. 为设计决定添加一个 UML 注释，比如为什么把角色建模为关联。

这个示例共用 13 个图表节点，在 Free 套餐的限制之内。借助通过 MCP 连接的 AI 智能体，你可以描述需求，让它先起草这些类，再自己修正多重性。

常见问题

类图和对象图有什么区别？ 类图展示类型以及类型之间的规则。对象图展示某一时刻的具体实例，包括它们的值和链接，适合用真实的例子来检验类图。

聚合和组合有什么区别？ 在组合中，部分只属于一个整体，并随整体一起删除。在聚合中，部分可以独立存在，也可以被共享；它的确切含义由建模者决定，所以很多团队干脆改用普通关联。

类图必须和代码完全一致吗？ 领域模型应当与概念和关系保持一致，而不是与每个字段和方法一致。把它保持在产品经理和工程师都能读懂的层次。

类图和 C4 组件图有什么不同？ C4 组件图展示可部署的构建块及其职责。类图再往下深入一层，展示它们内部的类型；参见 C4 模型图示例。

可以从代码自动生成类图吗？ 很多 IDE 都可以，但生成的结果会列出所有类，很难阅读。领域模型最好手工绘制，或借助 AI 智能体绘制，并只保留重要的类。

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