系统用例设计全解析：从角色识别到场景建模

2026年1月20日 互联网

一、用例设计的基础：角色识别与边界定义

在系统设计初期，角色识别（Actor Identification）是构建用例模型的核心起点。角色分为两类：主动角色（Active Actor）与被动角色（Passive Actor），二者的交互方式直接影响用例图的箭头方向。

以ToDo系统为例，ToDo User作为主动角色，其操作直接触发系统行为。例如，当用户点击”添加任务”按钮时，系统执行Add Task用例；点击”删除任务”时，触发Remove Task用例。此时，用例图中的箭头从ToDo User指向用例，表示主动发起关系。

而FileSystem作为被动角色，仅在系统需要存储或删除数据时被调用。例如，Add Task用例执行成功后，系统会调用文件系统的写入接口。此时箭头方向反转，从用例指向FileSystem，表示被动服务关系。这种双向箭头的设计，清晰区分了控制流与数据流。

二、用例建模的实践方法论

1. 自然语言描述：降低理解门槛

用例的核心价值在于可读性。开发者可通过自然语言（中文/英文）描述用例的前置条件、执行步骤和后置状态。例如：

  1. 用例名称：Add Task
  2. 参与者：ToDo User
  3. 前置条件：用户已登录系统
  4. 主流程：
  5. 1. 用户输入任务标题和描述
  6. 2. 系统验证输入合法性
  7. 3. 系统生成唯一任务ID并存储
  8. 后置条件：任务列表更新，触发FileSystem写入
  9. 异常流程：输入为空时提示错误

这种结构化描述，即使非技术人员也能快速理解系统行为。

2. 形式化语言：提升精确性

对于复杂场景，形式化语言（如UML、状态机）可消除歧义。例如，使用UML活动图描述Remove Task的分支逻辑：

  1. @startuml
  2. start
  3. :用户选择任务;
  4. if (任务存在?) then (是)
  5.   :调用FileSystem删除;
  6.   if (删除成功?) then (是)
  7.     :更新任务列表;
  8.   else (否)
  9.     :抛出存储异常;
  10.   endif
  11. else (否)
  12.   :提示任务不存在;
  13. endif
  14. stop
  15. @enduml

通过图形化建模，开发者可直观分析边界条件和异常路径。

三、典型场景的用例设计实践

场景1：多角色协同系统

在电商订单系统中，存在三类角色：

  • 买家（Buyer）：主动发起Place Order用例
  • 支付系统（Payment Gateway）：被动响应Process Payment
  • 库存系统（Inventory）：被动响应Reserve Stock

用例图设计需体现异步交互：

  1. 买家提交订单后，系统同时触发两个并行用例
  2. Process Payment成功前，库存处于预留状态
  3. 支付失败时，触发Cancel Reservation补偿用例

这种设计通过用例依赖关系（<>/<>）确保事务一致性。

场景2：高并发任务系统

在分布式任务调度平台中，Worker Node作为主动角色定期拉取任务，而Task Queue作为被动角色提供任务分发。此时需注意：

  • 并发控制：用例需包含锁机制描述
  • 重试策略：定义Process Task失败后的最大重试次数
  • 死信队列：设计Move to Dead Letter异常处理用例

通过状态机建模可清晰表达这些复杂逻辑：

  1. @startuml
  2. [*] --> Pending
  3. Pending --> Processing : Worker拉取
  4. Processing --> Completed : 成功
  5. Processing --> Failed : 异常
  6. Failed --> Pending : 重试次数<3
  7. Failed --> DeadLetter : 重试次数≥3
  8. @enduml

四、进阶技巧：用例的扩展与重用

1. 扩展点设计

通过<<extend>>关系实现用例的模块化。例如在User Registration基础用例中：

  1. 扩展点：Verify Email
  2. 条件：用户选择邮箱验证
  3. 扩展用例：Send Verification Code

这种设计允许在不修改主用例的前提下，动态插入验证逻辑。

2. 参数化用例

对于相似操作，可通过参数化提升复用性。例如：

  1. 用例：Manage Resource
  2. 参数：ActionType (Create/Update/Delete)
  3. 主流程：
  4. 1. 验证用户权限
  5. 2. 根据ActionType执行对应操作
  6. 3. 记录操作日志

参数化设计可减少重复用例数量，提升模型维护性。

五、最佳实践与避坑指南

  1. 避免过度细化：单个用例应聚焦一个业务目标，如Generate Report不应包含Export to PDF等实现细节
  2. 慎用系统自演进：用例应描述用户可见行为，而非内部技术实现（如避免出现Update Database等实现层用例）
  3. 保持箭头语义清晰：主动角色到用例的箭头表示控制流，反向箭头表示数据流或服务调用
  4. 版本控制：用例模型需与系统迭代同步更新，建议采用Git进行版本管理

六、工具链推荐

  1. 建模工具：Enterprise Architect、Visual Paradigm（支持UML标准）
  2. 协作平台：PlantUML+GitHub（适合轻量级文档管理）
  3. 验证工具：JUnit+Cucumber（实现用例到测试用例的自动化转换）

通过系统化的用例设计，开发者可构建出高内聚、低耦合的系统模型。这种设计方法不仅适用于传统单体架构，在微服务、事件驱动等现代架构中同样具有重要价值。实践表明，规范的用例设计可使需求变更成本降低40%以上，是提升系统可维护性的关键实践。

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