軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格論文

1、軟件體系結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)學(xué)院:班級(jí):學(xué)號(hào):姓名：指導(dǎo)教師:一.軟件體系結(jié)構(gòu)的定義：軟件體系結(jié)構(gòu)是具有一定形式的結(jié)構(gòu)化元素，即構(gòu)件的集合，包括處理構(gòu)件、數(shù)據(jù)構(gòu)件和連接構(gòu)件。處理構(gòu)件負(fù)責(zé)X®蝴進(jìn)行加工,數(shù)據(jù)構(gòu)件是被加工的信息,連接構(gòu)件把體系結(jié)構(gòu)的不同部分組組合連接起來(lái)。這一定義注重區(qū)分處理構(gòu)件、數(shù)據(jù)構(gòu)件和連接構(gòu)件，這一方法在其他的定義和方法中基本上得到保持。二.軟件體系結(jié)構(gòu)的分類一個(gè)小型的軟件可能具有一種軟件體系結(jié)構(gòu)，而大型的軟件一般由多種軟件體系結(jié)構(gòu)組成,軟件體系結(jié)構(gòu)沒(méi)有定性的說(shuō)只有幾種風(fēng)格，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的大型軟件設(shè)計(jì)與分析，人們總結(jié)出了一些最為常用的軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，分別是：(1).數(shù)據(jù)

2、流風(fēng)格：批處理風(fēng)格；管道過(guò)濾器。(2),調(diào)用返回風(fēng)格：主程序子程序；面向?qū)ο箫L(fēng)格；分層風(fēng)格。(3),獨(dú)立構(gòu)件風(fēng)格：進(jìn)程通訊；事件系統(tǒng)。(4).虛擬機(jī)風(fēng)格：解釋器；基于規(guī)則的系統(tǒng)。(5),倉(cāng)庫(kù)風(fēng)格：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；超文本系統(tǒng)；黑板系統(tǒng)。1 .數(shù)據(jù)流風(fēng)格：數(shù)據(jù)流風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)中，我們可以在系統(tǒng)中找到非常明顯的數(shù)據(jù)流，處理過(guò)程通常在數(shù)據(jù)流的路線上自頂向下、逐步求精”，并且，處理過(guò)程依賴于執(zhí)行過(guò)程，而不是數(shù)據(jù)到來(lái)的順序。1.1 批處理風(fēng)格:批處理風(fēng)格。批處理序列的每一步處理都是獨(dú)立的，并且每一步是順序執(zhí)行的，只有當(dāng)前一步處理完后，后一步處理才能開(kāi)始，數(shù)據(jù)傳送在步與步之間作為一個(gè)整體。批處理的典型應(yīng)用是經(jīng)典

3、數(shù)據(jù)處理和程序開(kāi)發(fā)。批處理風(fēng)格與管道過(guò)濾器風(fēng)格的共同點(diǎn)是把任務(wù)分解成一系列固定J順序的計(jì)算單元（組件），組件間只通過(guò)數(shù)據(jù)傳遞交互。區(qū)別表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：批處理是全部的、高潛伏性的、輸入時(shí)可隨機(jī)存取、無(wú)合作性、無(wú)交互性，管道過(guò)、濾器是遞增的、數(shù)據(jù)結(jié)果延遲小、輸入時(shí)處理局部化、有反饋、可交互。1.2 管道過(guò)濾器：在管道/過(guò)濾器風(fēng)格的軟件體系結(jié)構(gòu)中，每個(gè)組件都有一組輸入和輸出，組件讀輸入的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理，然后產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)流。這個(gè)過(guò)程通常通過(guò)對(duì)輸入流的變換及增吊計(jì)算來(lái)完成，所以在輸入被完全消費(fèi)之前，輸出便產(chǎn)生了。因此，這里的組件被稱為過(guò)濾器，這種風(fēng)格的連接器就象是數(shù)據(jù)流傳輸?shù)墓艿?將一個(gè)過(guò)濾器

4、的輸出傳到另濾器的輸入。此風(fēng)格特別重要的過(guò)濾器必須是獨(dú)立的實(shí)體，它不能與其它的過(guò)濾器共享數(shù)據(jù)，而且一個(gè)過(guò)濾器不知道它上游和下游的標(biāo)識(shí)。一個(gè)管道/過(guò)濾器網(wǎng)絡(luò)輸出的正確性并不依賴于過(guò)濾器進(jìn)行增吊計(jì)算過(guò)程的順序。編譯器系統(tǒng)就具備典型的管道系統(tǒng)風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中,一個(gè)階段（包括詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析和代碼生成）的輸出是另一個(gè)階段的輸入。管逾a濾器風(fēng)格的軟件體系結(jié)構(gòu)具有許多很好的特點(diǎn)：使得軟組件具有良好的隱蔽性和高內(nèi)聚、低耦合的特點(diǎn)；允許設(shè)乃將整個(gè)系統(tǒng)的輸入/輸出行為看成是多個(gè)過(guò)濾器的行為的簡(jiǎn)單合成；(3)支持軟件復(fù)用。(4)系統(tǒng)維護(hù)和增強(qiáng)系統(tǒng)性能簡(jiǎn)單。新的過(guò)濾器可以添加到現(xiàn)有系統(tǒng)中來(lái);舊

5、的可以被改進(jìn)的過(guò)濾器替換掉；(5)允許對(duì)一些如吞吐量、死鎖等屬性的分析；(6)支持并行執(zhí)行。每個(gè)過(guò)濾器是作為一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)完成，因此可與其它任務(wù)并行執(zhí)行。這比下面將要闡述的一種主-子程序風(fēng)格”的單線程操作要靈活得多。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)是：(1)通常導(dǎo)致進(jìn)程成為批處理的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)殡m然過(guò)濾器可增量式地處理數(shù)據(jù),但它們是獨(dú)立的，所以設(shè)計(jì)者必須將每個(gè)過(guò)濾器看成一個(gè)完整的從輸入到輸出的轉(zhuǎn)換。(2)不適合處理交互的應(yīng)用。當(dāng)需要增量地顯示改變時(shí)，這個(gè)問(wèn)題尤為嚴(yán)重。(3)因?yàn)樵跀?shù)據(jù)傳輸上沒(méi)有通用的標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)過(guò)濾器都增加了解析和合成數(shù)據(jù)的工作，這樣就導(dǎo)致了系統(tǒng)性能下降，并增加了編寫過(guò)濾器的復(fù)雜性。2.調(diào)用返

6、回風(fēng)格：調(diào)用/返回風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)在過(guò)去的30年之間占有重要的地位,是大型軟件開(kāi)發(fā)中的主流風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)。這類系統(tǒng)中呈現(xiàn)出比較明顯的調(diào)用感回的關(guān)系。主程序子程序主-子程序風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)典的編程范型,主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)當(dāng)中。這種風(fēng)格的主要目的是將程序劃分為若干個(gè)小片段，從而使程序的可更改性大大提高。主-子程序體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格有一定的層次性，主程序位于一層，下面可以再劃級(jí)子程序，二級(jí)子程序甚至更多。需要特別注意的是主-子程序體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是單線程控制的。同一時(shí)刻只有一個(gè)孩子結(jié)點(diǎn)的子程序可以得到父親結(jié)點(diǎn)的控制。其特點(diǎn)如下：(1)由于單線程控制，計(jì)算的順序得以保障。(2)并且有用的計(jì)算結(jié)果在同一

7、時(shí)刻只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)。(3)單線程的控制可以直接由程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)支持(4)分層推理機(jī)制：子程序的正確性與它調(diào)用的子程序的正確性有關(guān)。2.2面向?qū)ο箫L(fēng)格：目前軟件界已普遍轉(zhuǎn)向使用面向?qū)ο笙到y(tǒng)，抽象數(shù)據(jù)類型概念對(duì)軟件系統(tǒng)有著重要作用。這種風(fēng)格的構(gòu)件是對(duì)象，或者說(shuō)是抽象數(shù)據(jù)類型的實(shí)例。對(duì)象是一種被稱作管理者的構(gòu)件，因?yàn)樗?fù)責(zé)保持資源的完整性。對(duì)象是通過(guò)函數(shù)和過(guò)程的調(diào)用來(lái)交互的。對(duì)象風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)具有以下的特點(diǎn)：(1)對(duì)象抽象使得組件和組件之間的操作以黑箱的方式進(jìn)行。(2)封裝性使得細(xì)節(jié)內(nèi)容對(duì)外部環(huán)境得以良好的隱藏。對(duì)象之間的訪問(wèn)是通過(guò)方法調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。(3)考慮操作和屬性的關(guān)聯(lián)性，封裝完成了相關(guān)功能和屬

8、性的包裝，并由對(duì)象來(lái)對(duì)它們進(jìn)行管理。(4)使用某個(gè)對(duì)象提供的服務(wù)并不需要知道W務(wù)內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的。面向?qū)ο篌w系結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題：(1)對(duì)象之間的耦合度比較緊：為了使一個(gè)對(duì)象和另一個(gè)對(duì)象通過(guò)過(guò)程調(diào)用等進(jìn)行交互，必須知道對(duì)象的標(biāo)識(shí)。只要一個(gè)對(duì)象的標(biāo)識(shí)改變了，就必須修改所有其他明確調(diào)用它的對(duì)象。(2)必須修改所有顯式調(diào)用它的其它對(duì)象，并消除由此帶來(lái)的一些副作用。例如A使用了對(duì)象B,C也使用了對(duì)象B,那么，C對(duì)B的使用所造成的對(duì)A的影響可能是不可預(yù)測(cè)的。分層風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)是斗繇統(tǒng)組織成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，每一層為上層提供服務(wù)，并作為下層的客戶端。在分層風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)中，一般內(nèi)部的層只對(duì)相鄰的層可見(jiàn)。層之間的連

9、接器(conectOr通過(guò)決定層間如何交互的協(xié)議來(lái)定義。2.3分層風(fēng)格分層風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)：(1)支持基于抽象程度遞增的系統(tǒng)設(shè)計(jì)：使設(shè)出阿以把一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)按遞增的步驟進(jìn)行分解;(2)支持功能增強(qiáng)：因?yàn)槊恳粚又炼嗪拖噜彽纳舷聦咏换?，因此功能的改變最多影響相鄰的上下層?3)支持復(fù)用：只要提供的服務(wù)接口定義不變，同一層的不同實(shí)現(xiàn)可以交換使用。這樣，就可以定義一組標(biāo)準(zhǔn)的接口，而允許各種不同的實(shí)現(xiàn)方法。但是，分層風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)也有其不足之處：(1)并不是每個(gè)系統(tǒng)都可以很容易地劃分為分層風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)，甚至即使一個(gè)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)是層次化的，出于對(duì)系統(tǒng)性能的考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師不得不把一些低級(jí)或高級(jí)的功育線合起

10、來(lái)；(2)很難找到一個(gè)合適的、正確的層次抽象方法?？?、結(jié)一下調(diào)用/返回風(fēng)格的軟件體系結(jié)構(gòu)：這類架構(gòu)中的組件就是各種不同的操作單元(例如，子程序、對(duì)象、層次)，而連接器則是這些對(duì)象之間的調(diào)用關(guān)系(例如，主-子程序調(diào)用，或者對(duì)象的方法以及層次體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議)。調(diào)用-返回結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，容易將大的架構(gòu)分解為一種層次模型，在較高的層次，隱藏那些比較具體的細(xì)節(jié)，而在較低的層次，又能夠表現(xiàn)出實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。在這類體系結(jié)構(gòu)中，調(diào)用者和被調(diào)用者之間的關(guān)系往往比較緊密。在這樣的情況下，架構(gòu)的擴(kuò)充通常需要被調(diào)用者和所有調(diào)用者都進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?獨(dú)立構(gòu)件風(fēng)格：進(jìn)程通訊：進(jìn)程間通信就是在不同進(jìn)程之間通過(guò)共享內(nèi)存或其他外設(shè)

11、傳播或交換信凱事件系統(tǒng)：事件系統(tǒng)風(fēng)格是獨(dú)立組件風(fēng)格的一個(gè)子風(fēng)格。其中的每一個(gè)獨(dú)立組件在它們的相關(guān)環(huán)境中聲明它們希望共享的數(shù)據(jù)，這個(gè)環(huán)境便是未指定的參與項(xiàng)。事件系統(tǒng)會(huì)充分利用消息管理器（messagemana痢消息傳遞到消息管理器的時(shí)候來(lái)管理組件之間的交互，和調(diào)用組件。組件會(huì)注冊(cè)它們希望提供或者希望收到的信息的類型。隨后它們會(huì)發(fā)送這個(gè)注冊(cè)的類型給消息管理器,這個(gè)消息管理器可能是一個(gè)對(duì)象引用。通信處理風(fēng)格也是獨(dú)立組件風(fēng)格的一個(gè)子風(fēng)格。這是一個(gè)多處理系統(tǒng)。.虛擬機(jī)風(fēng)格：虛擬機(jī)風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初衷主要是考慮體系結(jié)構(gòu)的可移植性。這種體系結(jié)構(gòu)力圖模擬它運(yùn)行于其上的軟件或者硬件的功能。解釋器：解釋器是能

12、夠執(zhí)行用其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫的程序的系統(tǒng)軟件，它是一種翻譯程序。它的執(zhí)行方式是一邊翻譯一邊執(zhí)行，因此其執(zhí)行效率T殳偏低，但是解釋器的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。基于規(guī)則的系統(tǒng)：基于規(guī)則的系統(tǒng)或者成為專家系統(tǒng)、生產(chǎn)式系統(tǒng)，是一種重要的應(yīng)用系統(tǒng)，他廣泛用于醫(yī)療診斷、航空航天、實(shí)時(shí)監(jiān)控和輔助決策等領(lǐng)域中。.倉(cāng)庫(kù)風(fēng)格：在倉(cāng)庫(kù)風(fēng)格中，有兩種不同的組件：中央數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（用于說(shuō)明當(dāng)前狀態(tài)），和獨(dú)立組件（在中央數(shù)據(jù)存貯h執(zhí)行），倉(cāng)庫(kù)與外組件間的相互作用在系統(tǒng)中會(huì)有大的變化。倉(cāng)庫(kù)風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)控制原則的選取產(chǎn)生兩個(gè)主要的子類。若輸入流中某類時(shí)間觸發(fā)進(jìn)程執(zhí)行的選擇，則倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)庫(kù)；系統(tǒng)中的組件通常包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，以及與這

13、些存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行交流的進(jìn)程或處理單元，而連接器則是對(duì)于存儲(chǔ)區(qū)的訪問(wèn)。這類系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理進(jìn)程往往并不直接發(fā)生聯(lián)系，它們之間的聯(lián)系主要是通過(guò)共享的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)來(lái)完成的。這種現(xiàn)象非常類似于在獨(dú)立組件架構(gòu)中的情況。另一方面，若中央數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài)觸發(fā)進(jìn)程執(zhí)行的選擇，則倉(cāng)庫(kù)是一黑板系統(tǒng)。三.案例分析：這里以本學(xué)期的作業(yè)圖書(shū)管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)：我們的小組設(shè)計(jì)的圖書(shū)管理系統(tǒng)是把C/S和B/S模式綜合運(yùn)用的體系結(jié)構(gòu)。其中以C/S模式為主，輔助以B/S模式。C/S(Client/Server結(jié)構(gòu)，即客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到Client端和Serve

14、r端來(lái)實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開(kāi)銷。B/S(Browser/Server結(jié)構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是隨著Internet技術(shù)的興起，對(duì)C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過(guò)WWW瀏覽器(Browse。來(lái)實(shí)現(xiàn)，而主要事務(wù)邏輯放在服務(wù)器端(Server)去實(shí)現(xiàn)，形成所渭三層結(jié)構(gòu)(客戶層，應(yīng)用服務(wù)層，數(shù)據(jù)層)。這樣就大大簡(jiǎn)化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。學(xué)校圖書(shū)館使用B/S體系結(jié)構(gòu)，完成圖書(shū)借閱人員遠(yuǎn)程對(duì)借閱信息查詢。借書(shū)者通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)圖書(shū)管理系統(tǒng)，使用借書(shū)證號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，里面能查詢到讀者基本資料，未還圖書(shū)列表，查看我的借

15、閱歷史等等。由于在網(wǎng)上就能查詢，方便借閱者對(duì)自己所借圖書(shū)情況進(jìn)行了解。使用C/S體系結(jié)構(gòu)，如圖：客戶層用戶操作界面返回操作結(jié)果業(yè)務(wù)處理層執(zhí)行業(yè)務(wù)處理返回操作結(jié)果業(yè)務(wù)邏輯處理類執(zhí)行數(shù)據(jù)操作IZ數(shù)據(jù)訪問(wèn)層C/S模式的三層架構(gòu)通過(guò)C/S結(jié)構(gòu)，完成圖書(shū)的入庫(kù)，借閱，歸還，圖書(shū)信息查詢等功能。用戶通過(guò)客戶端進(jìn)入圖書(shū)管理系統(tǒng)，在此段完成“借書(shū)”、“還書(shū)”、“查詢借閱信息”等操作，發(fā)出相應(yīng)操作請(qǐng)求，即用戶界面層；連接組件將該操作請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯組件進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理，即業(yè)務(wù)處理層；業(yè)務(wù)處理完畢后，將處理更新后的信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，完成數(shù)據(jù)的存取過(guò)程，即數(shù)據(jù)訪問(wèn)層；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢后，系統(tǒng)返

16、回操作結(jié)果，直到用戶界面。完成用戶通過(guò)客戶端發(fā)送業(yè)務(wù)處理請(qǐng)求然后服務(wù)器端進(jìn)行相應(yīng)處理并最終把處理結(jié)果返回到客戶端的一次業(yè)務(wù)處理過(guò)程。圖書(shū)館采用以C/S模式為主，B/S模式為輔的體系結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)有下：1,應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行負(fù)荷輕。由于采用了C/S模式為主的體系結(jié)構(gòu)，在客戶端較少（只有圖書(shū)管理員安裝）的情況下，客戶端完成接受數(shù)據(jù)輸入，校驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性，向后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)請(qǐng)求，接受返回結(jié)果，處理應(yīng)用邏輯等的操作，把應(yīng)用邏輯主要放在客戶端，減少服務(wù)器的應(yīng)用邏輯操作，降低了服務(wù)器的運(yùn)行負(fù)荷。使系統(tǒng)運(yùn)行速度在低成本下也能大大提高。2成本低。T殳的以c/s模式為主的系統(tǒng)其成本都相對(duì)高，這是由于胖客戶端瘦W務(wù)器的緣故，由于客戶端安裝使用成本較高，當(dāng)客戶端多時(shí)，往往會(huì)造成成本的增加，而圖書(shū)管理系統(tǒng)卻不同，由于客戶端較少，用戶面相對(duì)固定，使得因?yàn)榭蛻舳说倪^(guò)多而造成的成本高昂不復(fù)存在，相應(yīng)的反而由于相XtB/S模式的瘦W務(wù)器，減少了服務(wù)器購(gòu)置的成本投入,反而比B/S模式成本更低。3相對(duì)于只用C/SJI式方便性大大提高。由于