軟件體系結(jié)構(gòu)概述課件

軟件體系結(jié)構(gòu)概述軟件體系結(jié)構(gòu)概述提綱背景與發(fā)展歷史軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)的作用體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格體系結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)模式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法體系結(jié)構(gòu)描述語言提綱背景與發(fā)展歷史3/83背景軟件危機(jī)的表現(xiàn)成本、進(jìn)度、質(zhì)量軟件危機(jī)的原因需求、規(guī)模、復(fù)雜度如何克服軟件危機(jī)軟件工程：過程、方法與工具3/83背景軟件危機(jī)的表現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)的新概念軟件工程中一個(gè)新興的研究課題為了應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造問題，描述大型復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要對(duì)于大規(guī)模的復(fù)雜軟件系統(tǒng)來說，對(duì)總體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)格說明比起對(duì)計(jì)算的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇已變得明顯重要得多為了理解、構(gòu)造大型、復(fù)雜的軟件系統(tǒng)的更有效的方法，作為設(shè)計(jì)抽象的自然演化而出現(xiàn)并發(fā)展的。軟件體系結(jié)構(gòu)在軟件開發(fā)過程中的位置：需求分析之后，軟件設(shè)計(jì)之前。軟件體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)是5/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義許多專家學(xué)者從不同角度和不同側(cè)面對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了刻畫；軟件體系結(jié)構(gòu)（SoftwareArchitecture）對(duì)子系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組件以及他們之間關(guān)系的描述。子系統(tǒng)和組件一般定義在不同的視圖內(nèi)，以顯示軟件系統(tǒng)的相關(guān)功能屬性和非功能屬性。5/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義許多專家學(xué)者從不同角度和不同側(cè)面對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的定義WiKiThesoftwarearchitectureofaprogramorcomputingsystemisthestructureorstructuresofthesystem,whichcomprisesoftwarecomponents,theexternallyvisiblepropertiesofthosecomponents,andtherelationshipsbetweenthem.Thetermalsoreferstodocumentationofasystem'ssoftwarearchitecture.Documentingsoftwarearchitecturefacilitatescommunicationbetweenstakeholders,documentsearlydecisionsabouthigh-leveldesign,andallowsreuseofdesigncomponentsandpatternsbetweenprojects./wiki/Software_architecture軟件體系結(jié)構(gòu)的定義WiKihttp://en.wikiped7/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義PerryandWolf,1992:Asetofarchitectural(or,ifyouwill,design)elementsthathaveaparticularform.PerryandWolfdistinguishbetweenprocessingelements,dataelements,andconnectingelements,andthistaxonomybyandlargepersiststhroughmostotherdefinitionsandapproaches.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)對(duì)數(shù)據(jù)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。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。7/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義PerryandWolf,18/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義GarlanandShaw,1993:...beyondthealgorithmsanddatastructuresofthecomputation;designingandspecifyingtheoverallsystemstructureemergesasanewkindofproblem.Structuralissuesincludegrossorganizationandglobalcontrolstructure;protocolsforcommunication,synchronization,anddataaccess;assignmentoffunctionalitytodesignelements;physicaldistribution;compositionofdesignelements;scalingandperformance;andselectionamongdesignalternatives."軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)層次，這一層次超越計(jì)算過程中的算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)問題包括總體組織和全局控制、通訊協(xié)議、同步、數(shù)據(jù)存取，給設(shè)計(jì)元素分配特定功能，設(shè)計(jì)元素的組織，規(guī)模和性能，在各設(shè)計(jì)方案間進(jìn)行選擇等。軟件體系結(jié)構(gòu)處理算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上關(guān)于整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和描述方面的一些問題，如全局組織和全局控制結(jié)構(gòu)、關(guān)于通訊、同步與數(shù)據(jù)存取的協(xié)議，設(shè)計(jì)構(gòu)件功能定義，物理分布與合成，設(shè)計(jì)方案的選擇、評(píng)估與實(shí)現(xiàn)等。8/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義GarlanandShaw,9/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義西門子的Soni、Nord和Hofmeister指出，軟件體系結(jié)構(gòu)有四個(gè)角度，它們從不同方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述：概念角度描述系統(tǒng)的主要構(gòu)件及它們之間的關(guān)系；模塊角度包含功能分解與層次結(jié)構(gòu)；運(yùn)行角度描述了一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)；代碼角度描述了各種代碼和庫函數(shù)在開發(fā)環(huán)境中的組織。概念體系結(jié)構(gòu)ConceptualArchitecture組件、連接器、性能應(yīng)用問題的分解和劃分。模塊體系結(jié)構(gòu)ModuleArchitecture子系統(tǒng)、模塊、引入（Import）、引出（Exports）、模塊的界面、管理、控制和一致性等代碼體系結(jié)構(gòu)CodeArchitecture文件、目錄、庫、包含（includes）、軟件的配置管理、系統(tǒng)建造等運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)ExecutionArchitecture任務(wù)、線程、進(jìn)程、性能、調(diào)度、動(dòng)態(tài)分配和不同執(zhí)行系統(tǒng)之間的接口等9/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義西門子的Soni、Nord和Hof10/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義HayesRoth則認(rèn)為軟件體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)抽象的系統(tǒng)規(guī)范，主要包括用其行為來描述的功能構(gòu)件和構(gòu)件之間的相互連接、接口和關(guān)系。DavidGarlan和DewnePerry于1995年在IEEE軟件工程學(xué)報(bào)上又采用如下的定義：軟件體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)程序／系統(tǒng)各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、它們之間的相互關(guān)系以及進(jìn)行設(shè)計(jì)的原則和隨時(shí)間進(jìn)化的指導(dǎo)方針。1997年，Bass，Ctements和Kazman在《軟件構(gòu)架實(shí)踐》一書中給出如下的定義：一個(gè)程序或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或一組軟件構(gòu)件、軟件構(gòu)件的外部的可見特性及其相互關(guān)系。其中，"軟件外部的可見特性"是指軟件構(gòu)件提供的服務(wù)、性能、特性、錯(cuò)誤處理、共享資源使用等。10/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義HayesRoth則認(rèn)為軟件體11/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的研究正在發(fā)展，軟件體系結(jié)構(gòu)的定義不斷演化精簡(jiǎn)GarlanandShaw的定義為：體系結(jié)構(gòu)=組件+連接（件）+設(shè)計(jì)約束Architecture=Components+Relationship(Connectors)+Constrains11/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的研究正在發(fā)展，軟件組件組件（component)組件可以理解為軟件系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。組件通過一定接口組成復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。從系統(tǒng)構(gòu)成角度：在系統(tǒng)運(yùn)行中承擔(dān)一定功能、發(fā)揮一定作用的軟件體從程序設(shè)計(jì)角度：模塊、類、對(duì)象、函數(shù)或者一個(gè)相關(guān)功能集合組件組件（component)組件組件分類（作用）控制組件：負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行管理協(xié)調(diào)組件：負(fù)責(zé)組件間協(xié)作關(guān)系連接組件：負(fù)責(zé)組件間鏈接作用和轉(zhuǎn)換服務(wù)提供組件：為其他組件提供特定服務(wù)功能信息控制組件 ：負(fù)責(zé)安全檢查和信息轉(zhuǎn)接傳遞構(gòu)造組件：完成對(duì)象的產(chǎn)生和撤銷組件組件分類（作用）14/83組件的實(shí)現(xiàn)形式組件無行為能力 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)有行為能力 內(nèi)部結(jié)構(gòu)＋操作行為組件的基本實(shí)現(xiàn)形式就是對(duì)象層次模型中組件的概念是在基本的組件形式上經(jīng)過復(fù)合和概念提升而產(chǎn)生的e.g.數(shù)組、樹；注冊(cè)表；瀏覽器14/83組件的實(shí)現(xiàn)形式組件15/83組件的表達(dá)形式具有操作接口定義的抽象數(shù)據(jù)類型描述組成內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其操作對(duì)外提供的操作方法集合按照訪問目的對(duì)操作方法進(jìn)行劃分，得到組件的多個(gè)操作接口接口：Interface（Java）15/83組件的表達(dá)形式具有操作接口定義的抽象數(shù)據(jù)類型描述16/83組件的類別概念層次基礎(chǔ)組件、中層組件、高層組件應(yīng)用

通用組件、專用組件功能

數(shù)據(jù)服務(wù)組件、功能服務(wù)組件、邏輯處理組件、界面組件、控制組件、連接組件、體系結(jié)構(gòu)組件等運(yùn)行特性

調(diào)度和非調(diào)度組件、中斷和非中斷組件、多客戶服務(wù)組件。16/83組件的類別概念層次17/83組件的特性組件的接口特性完備性 使用者可以用它完成組件應(yīng)該能夠完成的一切工作。最小性 組件接口或界面中任一操作，都不能由其他操作組合而實(shí)現(xiàn)。正交性 設(shè)法使兩個(gè)不同的操作交叉重復(fù)部分達(dá)到最小。方便性 提供用戶歡迎的操作。可能會(huì)破壞最小性和正交性要求效率 接口操作的執(zhí)行效率17/83組件的特性組件的接口特性18/83組件的特性組件的運(yùn)行特性中斷處理 實(shí)時(shí)系統(tǒng)：消息機(jī)制/中斷處理并行調(diào)度 考慮進(jìn)程的產(chǎn)生、撤銷、通信和調(diào)度管理多用戶服務(wù) 組件具有事件觸發(fā)和多線程運(yùn)行的能力18/83組件的特性組件的運(yùn)行特性19/83組件的特性組件的遠(yuǎn)程服務(wù)特性提供數(shù)據(jù)和功能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的分布計(jì)算環(huán)境的要求19/83組件的特性組件的遠(yuǎn)程服務(wù)特性20/83組件的特性組件的關(guān)聯(lián)特性：組件與相關(guān)聯(lián)組件所建立的聯(lián)系和聯(lián)系的方式

e.g.向其他組件請(qǐng)求信息或服務(wù)動(dòng)態(tài)/靜態(tài)處理聯(lián)系連接的實(shí)現(xiàn)形式影響組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)e.g.同步調(diào)用/異步調(diào)用20/83組件的特性組件的關(guān)聯(lián)特性：組件與相關(guān)聯(lián)組件所建立的21/83組件的特性組件的動(dòng)態(tài)特性運(yùn)行調(diào)度 運(yùn)行環(huán)境資源的分配和多任務(wù)的并行執(zhí)行生存期管理 組件運(yùn)行實(shí)例的產(chǎn)生和撤銷，包括由組件負(fù)責(zé)的其他類型組件的產(chǎn)生和撤銷。21/83組件的特性組件的動(dòng)態(tài)特性22/83連接連接(Relationship)組件與組件之間建立和維持行為關(guān)聯(lián)和信息傳遞的途徑連接的本質(zhì)在于： 實(shí)現(xiàn)機(jī)制和信息交換協(xié)議，簡(jiǎn)稱機(jī)制和協(xié)議機(jī)制 連接得以發(fā)生和維持的機(jī)制

e.g.參數(shù)調(diào)用方式/串口通訊協(xié)議 連接的規(guī)約，是正確進(jìn)行信息交換的規(guī)則，是實(shí)現(xiàn)有意義連接的保證22/83連接連接(Relationship)23/83連接的特性連接的方向性連接的角色 連接雙方的地位（調(diào)用方和被調(diào)用方）連接的激發(fā) 引起連接行為的方式連接的響應(yīng)特性

“從動(dòng)方”對(duì)連接請(qǐng)求的處理特性。 實(shí)時(shí)性、時(shí)間、方式（同步/異步）、并發(fā)處理的能力。23/83連接的特性連接的方向性24/83連接件（Connector）實(shí)現(xiàn)組件之間聯(lián)系的特殊機(jī)制或特殊組件。連接組件與一般組件一般組件：軟件功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的承載體連接件：負(fù)責(zé)完成組件之間信息交換和行為聯(lián)系的專用組件24/83連接件（Connector）實(shí)現(xiàn)組件之間聯(lián)系的特殊屬性約束功能屬性(functionalproperty)用來處理系統(tǒng)功能性的特定方面，并且通常與特定的功能需求相關(guān)。非功能屬性(non-functionalproperty)定義了沒有被功能屬性描述覆蓋的系統(tǒng)特征。包括：易修改性，互操作性，效率，可靠性，可測(cè)試性，可重用性屬性約束功能屬性(functionalproperty)26/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)便于涉眾交流

涉眾包括客戶、用戶、項(xiàng)目經(jīng)理、系統(tǒng)構(gòu)架師、程序員、測(cè)試人員等；涉眾分別關(guān)注應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的不同特征；軟件體系結(jié)構(gòu)便成為涉眾表述自己的需求，協(xié)商找尋一個(gè)合理開方案的研究對(duì)象，并進(jìn)行交流的手段。26/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)便于涉眾交流27/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件開發(fā)過程中的管理明確了對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的約束條件，能夠支持系統(tǒng)的質(zhì)量屬性實(shí)現(xiàn)?？尚行苑治鰰r(shí)避免方向性錯(cuò)誤制定工程進(jìn)度和投資計(jì)劃的依據(jù)，決定了開發(fā)組織的組織結(jié)構(gòu)，保障項(xiàng)目順利進(jìn)行的關(guān)鍵軟件開發(fā)過程的關(guān)鍵里程碑27/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件開發(fā)過程中的軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)支持復(fù)用產(chǎn)品線構(gòu)件（庫）軟件框架軟件體系結(jié)構(gòu)是需求和代碼之間的橋梁，為開發(fā)提供了建設(shè)的藍(lán)圖，也是測(cè)試、維護(hù)和升級(jí)的依據(jù)。軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)支持復(fù)用軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格(architecturalstyle)定義了avocabularyofcomponentsandconnectortypesasetofconstraintsonhowtheycanbecombined.Maybeoneormoresemanticmodelsthatspecifyhowtodetermineasystem’soverallpropertiesfromthepropertiesofitsparts.e.g.

Client/Server軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格(architectural軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格主程序與子過程（MainProgram/Subroutine）數(shù)據(jù)抽象與面向?qū)ο蠼M織（DataAbstractionandObject-OrientedOrganization）管道-過濾器（PipesandFilters）事件驅(qū)動(dòng)與隱式調(diào)用（Event-Based,ImplicitInvocation）層次系統(tǒng)（LayeredSystems）黑板系統(tǒng)（Blackboard）過程控制（ProcessControl）解釋器/虛擬機(jī)（Interpreters）客戶/服務(wù)器（Client/Server）微核（MicroKernal）COM/DCOM組件軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格主程序與子過程（MainProgram/S軟件體系結(jié)構(gòu)模式軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抽象出了許多常見的系統(tǒng)構(gòu)建模式（Pattern），這些系統(tǒng)構(gòu)建模式（也稱為體系結(jié)構(gòu)模式），是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，在長(zhǎng)期開發(fā)某類型軟件過程中，摸索到該類軟件的一些規(guī)律性的東西，經(jīng)過提煉總結(jié)，得到的具有普遍性的構(gòu)建模式。通過對(duì)這些模式的分析討論可以比較它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從而在開發(fā)軟件系統(tǒng)時(shí)選擇合適的體系結(jié)構(gòu)。

軟件體系結(jié)構(gòu)模式軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抽象出了許多常見的系統(tǒng)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)模式MVC模式管道過濾器模式PAC模式層次模式元層次模式軟件體系結(jié)構(gòu)模式MVC模式33/83軟件體系結(jié)構(gòu)的風(fēng)格與模式相同點(diǎn)：一個(gè)體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格定義了一個(gè)由組件和連接類型描述的詞匯集合，和一個(gè)如何將這些組件和連接類型結(jié)合的約束集合。體系結(jié)構(gòu)模式也認(rèn)為軟件體系結(jié)構(gòu)是由組件及它們之間的連接構(gòu)成的，但更強(qiáng)調(diào)它是軟件設(shè)計(jì)活動(dòng)的產(chǎn)物。設(shè)計(jì)模式通常更關(guān)注兩方面的問題：一是每個(gè)模式規(guī)定了一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)，即構(gòu)成組件的空間配置，也就是組件和它們關(guān)系的靜態(tài)約束；二是每個(gè)模式規(guī)定了它運(yùn)行時(shí)的行為，即模式的參與者是如何協(xié)作、如何組織和如何通信的，它反映了模式的動(dòng)態(tài)行為。

33/83軟件體系結(jié)構(gòu)的風(fēng)格與模式相同點(diǎn)：34/83軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格與模式不同點(diǎn)：體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格只描述應(yīng)用系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框架，而軟件體系結(jié)構(gòu)模式存在于規(guī)模不同的范疇中。體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之間相互獨(dú)立，但模式依賴于它所包含的更小的模式，依賴于相互作用的模式以及包含它的更大的模式。和體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格相比，模式更加面向具體問題。體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格一般以不依賴于實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)境的觀點(diǎn)來表現(xiàn)設(shè)計(jì)技巧；而模式則非常具體地表示了設(shè)計(jì)問題，并針對(duì)設(shè)計(jì)問題提出解決方案。34/83軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格與模式不同點(diǎn)：設(shè)計(jì)模式（designpattern）Descriptionofcommunicatingobjectsandclassesthatarecustomizedtosolveageneraldesignprobleminaparticularcontext.設(shè)計(jì)模式（designpattern）Descripti設(shè)計(jì)模式Command模式Bridge模式Composite模式Decorator模式Strategy模式設(shè)計(jì)模式Command模式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法框架(framework)可以看作是部分完整的子系統(tǒng)。為一個(gè)系統(tǒng)族定義體系結(jié)構(gòu)并提供創(chuàng)建它們的基本構(gòu)造塊。它也定義了具體功能特性需要改進(jìn)的地方。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法框架(framework)軟件體系結(jié)構(gòu)視圖(view)代表一個(gè)軟件體系結(jié)構(gòu)的某個(gè)方面，用以強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的特定屬性。如：全局視圖，概念視圖，模塊視圖，代碼視圖，執(zhí)行視圖軟件體系結(jié)構(gòu)視圖(view)代表一個(gè)軟件體系結(jié)構(gòu)的某個(gè)方面，39/83體系結(jié)構(gòu)描述語言ADL（ArchitectureDescriptionLanguage）早期主要使用非形式化的、用方框和連線描述體系結(jié)構(gòu)的方法，不能清楚地表述設(shè)計(jì)的含義【即：沒有通過理論抽象與統(tǒng)一的形式化描述】，因此不能形式化地分析一致性、完整性和正確性。

對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述和規(guī)范的方法；對(duì)體系結(jié)構(gòu)的理論認(rèn)識(shí)的形式化描述。形式化理論的重點(diǎn):通過形式化語言，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給出準(zhǔn)確的描述。ADL為軟件體系結(jié)構(gòu)特征既提供了概念性框架，也提供了描述的具體語法，同時(shí)提供解析、顯示、編譯、分析或者仿真體系結(jié)構(gòu)描述的工具。39/83體系結(jié)構(gòu)描述語言ADL（Architecture40/83體系結(jié)構(gòu)文檔化只有對(duì)體系結(jié)構(gòu)文檔化，程序員和系統(tǒng)分析員等才能更好地理解體系結(jié)構(gòu)，從而完成對(duì)體系結(jié)構(gòu)地設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)文檔化的過程就是用一個(gè)或者多個(gè)視圖來描述一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的過程。文檔化的好處：軟件開發(fā)過程中各種角色之間交流設(shè)計(jì)思想的媒介進(jìn)行上層分析的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上可以驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，精煉或改變必要的方案讓別人理解系統(tǒng)的第一手資料40/83體系結(jié)構(gòu)文檔化只有對(duì)體系結(jié)構(gòu)文檔化，程序員和系統(tǒng)分41/83小結(jié)軟件體系結(jié)構(gòu)概念軟件開發(fā)過程中的作用及重要性軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格軟件體系結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)模式軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言41/83小結(jié)軟件體系結(jié)構(gòu)概念軟件體系結(jié)構(gòu)概述軟件體系結(jié)構(gòu)概述提綱背景與發(fā)展歷史軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)的作用體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格體系結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)模式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法體系結(jié)構(gòu)描述語言提綱背景與發(fā)展歷史44/83背景軟件危機(jī)的表現(xiàn)成本、進(jìn)度、質(zhì)量軟件危機(jī)的原因需求、規(guī)模、復(fù)雜度如何克服軟件危機(jī)軟件工程：過程、方法與工具3/83背景軟件危機(jī)的表現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)的新概念軟件工程中一個(gè)新興的研究課題為了應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造問題，描述大型復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要對(duì)于大規(guī)模的復(fù)雜軟件系統(tǒng)來說，對(duì)總體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)格說明比起對(duì)計(jì)算的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇已變得明顯重要得多為了理解、構(gòu)造大型、復(fù)雜的軟件系統(tǒng)的更有效的方法，作為設(shè)計(jì)抽象的自然演化而出現(xiàn)并發(fā)展的。軟件體系結(jié)構(gòu)在軟件開發(fā)過程中的位置：需求分析之后，軟件設(shè)計(jì)之前。軟件體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)是46/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義許多專家學(xué)者從不同角度和不同側(cè)面對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了刻畫；軟件體系結(jié)構(gòu)（SoftwareArchitecture）對(duì)子系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組件以及他們之間關(guān)系的描述。子系統(tǒng)和組件一般定義在不同的視圖內(nèi)，以顯示軟件系統(tǒng)的相關(guān)功能屬性和非功能屬性。5/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義許多專家學(xué)者從不同角度和不同側(cè)面對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的定義WiKiThesoftwarearchitectureofaprogramorcomputingsystemisthestructureorstructuresofthesystem,whichcomprisesoftwarecomponents,theexternallyvisiblepropertiesofthosecomponents,andtherelationshipsbetweenthem.Thetermalsoreferstodocumentationofasystem'ssoftwarearchitecture.Documentingsoftwarearchitecturefacilitatescommunicationbetweenstakeholders,documentsearlydecisionsabouthigh-leveldesign,andallowsreuseofdesigncomponentsandpatternsbetweenprojects./wiki/Software_architecture軟件體系結(jié)構(gòu)的定義WiKihttp://en.wikiped48/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義PerryandWolf,1992:Asetofarchitectural(or,ifyouwill,design)elementsthathaveaparticularform.PerryandWolfdistinguishbetweenprocessingelements,dataelements,andconnectingelements,andthistaxonomybyandlargepersiststhroughmostotherdefinitionsandapproaches.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)對(duì)數(shù)據(jù)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。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。7/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義PerryandWolf,149/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義GarlanandShaw,1993:...beyondthealgorithmsanddatastructuresofthecomputation;designingandspecifyingtheoverallsystemstructureemergesasanewkindofproblem.Structuralissuesincludegrossorganizationandglobalcontrolstructure;protocolsforcommunication,synchronization,anddataaccess;assignmentoffunctionalitytodesignelements;physicaldistribution;compositionofdesignelements;scalingandperformance;andselectionamongdesignalternatives."軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)層次，這一層次超越計(jì)算過程中的算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)問題包括總體組織和全局控制、通訊協(xié)議、同步、數(shù)據(jù)存取，給設(shè)計(jì)元素分配特定功能，設(shè)計(jì)元素的組織，規(guī)模和性能，在各設(shè)計(jì)方案間進(jìn)行選擇等。軟件體系結(jié)構(gòu)處理算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上關(guān)于整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和描述方面的一些問題，如全局組織和全局控制結(jié)構(gòu)、關(guān)于通訊、同步與數(shù)據(jù)存取的協(xié)議，設(shè)計(jì)構(gòu)件功能定義，物理分布與合成，設(shè)計(jì)方案的選擇、評(píng)估與實(shí)現(xiàn)等。8/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義GarlanandShaw,50/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義西門子的Soni、Nord和Hofmeister指出，軟件體系結(jié)構(gòu)有四個(gè)角度，它們從不同方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述：概念角度描述系統(tǒng)的主要構(gòu)件及它們之間的關(guān)系；模塊角度包含功能分解與層次結(jié)構(gòu)；運(yùn)行角度描述了一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)；代碼角度描述了各種代碼和庫函數(shù)在開發(fā)環(huán)境中的組織。概念體系結(jié)構(gòu)ConceptualArchitecture組件、連接器、性能應(yīng)用問題的分解和劃分。模塊體系結(jié)構(gòu)ModuleArchitecture子系統(tǒng)、模塊、引入（Import）、引出（Exports）、模塊的界面、管理、控制和一致性等代碼體系結(jié)構(gòu)CodeArchitecture文件、目錄、庫、包含（includes）、軟件的配置管理、系統(tǒng)建造等運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)ExecutionArchitecture任務(wù)、線程、進(jìn)程、性能、調(diào)度、動(dòng)態(tài)分配和不同執(zhí)行系統(tǒng)之間的接口等9/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義西門子的Soni、Nord和Hof51/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義HayesRoth則認(rèn)為軟件體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)抽象的系統(tǒng)規(guī)范，主要包括用其行為來描述的功能構(gòu)件和構(gòu)件之間的相互連接、接口和關(guān)系。DavidGarlan和DewnePerry于1995年在IEEE軟件工程學(xué)報(bào)上又采用如下的定義：軟件體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)程序／系統(tǒng)各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、它們之間的相互關(guān)系以及進(jìn)行設(shè)計(jì)的原則和隨時(shí)間進(jìn)化的指導(dǎo)方針。1997年，Bass，Ctements和Kazman在《軟件構(gòu)架實(shí)踐》一書中給出如下的定義：一個(gè)程序或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或一組軟件構(gòu)件、軟件構(gòu)件的外部的可見特性及其相互關(guān)系。其中，"軟件外部的可見特性"是指軟件構(gòu)件提供的服務(wù)、性能、特性、錯(cuò)誤處理、共享資源使用等。10/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義HayesRoth則認(rèn)為軟件體52/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的研究正在發(fā)展，軟件體系結(jié)構(gòu)的定義不斷演化精簡(jiǎn)GarlanandShaw的定義為：體系結(jié)構(gòu)=組件+連接（件）+設(shè)計(jì)約束Architecture=Components+Relationship(Connectors)+Constrains11/83軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的研究正在發(fā)展，軟件組件組件（component)組件可以理解為軟件系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。組件通過一定接口組成復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。從系統(tǒng)構(gòu)成角度：在系統(tǒng)運(yùn)行中承擔(dān)一定功能、發(fā)揮一定作用的軟件體從程序設(shè)計(jì)角度：模塊、類、對(duì)象、函數(shù)或者一個(gè)相關(guān)功能集合組件組件（component)組件組件分類（作用）控制組件：負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行管理協(xié)調(diào)組件：負(fù)責(zé)組件間協(xié)作關(guān)系連接組件：負(fù)責(zé)組件間鏈接作用和轉(zhuǎn)換服務(wù)提供組件：為其他組件提供特定服務(wù)功能信息控制組件 ：負(fù)責(zé)安全檢查和信息轉(zhuǎn)接傳遞構(gòu)造組件：完成對(duì)象的產(chǎn)生和撤銷組件組件分類（作用）55/83組件的實(shí)現(xiàn)形式組件無行為能力 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)有行為能力 內(nèi)部結(jié)構(gòu)＋操作行為組件的基本實(shí)現(xiàn)形式就是對(duì)象層次模型中組件的概念是在基本的組件形式上經(jīng)過復(fù)合和概念提升而產(chǎn)生的e.g.數(shù)組、樹；注冊(cè)表；瀏覽器14/83組件的實(shí)現(xiàn)形式組件56/83組件的表達(dá)形式具有操作接口定義的抽象數(shù)據(jù)類型描述組成內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其操作對(duì)外提供的操作方法集合按照訪問目的對(duì)操作方法進(jìn)行劃分，得到組件的多個(gè)操作接口接口：Interface（Java）15/83組件的表達(dá)形式具有操作接口定義的抽象數(shù)據(jù)類型描述57/83組件的類別概念層次基礎(chǔ)組件、中層組件、高層組件應(yīng)用

通用組件、專用組件功能

數(shù)據(jù)服務(wù)組件、功能服務(wù)組件、邏輯處理組件、界面組件、控制組件、連接組件、體系結(jié)構(gòu)組件等運(yùn)行特性

調(diào)度和非調(diào)度組件、中斷和非中斷組件、多客戶服務(wù)組件。16/83組件的類別概念層次58/83組件的特性組件的接口特性完備性 使用者可以用它完成組件應(yīng)該能夠完成的一切工作。最小性 組件接口或界面中任一操作，都不能由其他操作組合而實(shí)現(xiàn)。正交性 設(shè)法使兩個(gè)不同的操作交叉重復(fù)部分達(dá)到最小。方便性 提供用戶歡迎的操作?？赡軙?huì)破壞最小性和正交性要求效率 接口操作的執(zhí)行效率17/83組件的特性組件的接口特性59/83組件的特性組件的運(yùn)行特性中斷處理 實(shí)時(shí)系統(tǒng)：消息機(jī)制/中斷處理并行調(diào)度 考慮進(jìn)程的產(chǎn)生、撤銷、通信和調(diào)度管理多用戶服務(wù) 組件具有事件觸發(fā)和多線程運(yùn)行的能力18/83組件的特性組件的運(yùn)行特性60/83組件的特性組件的遠(yuǎn)程服務(wù)特性提供數(shù)據(jù)和功能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的分布計(jì)算環(huán)境的要求19/83組件的特性組件的遠(yuǎn)程服務(wù)特性61/83組件的特性組件的關(guān)聯(lián)特性：組件與相關(guān)聯(lián)組件所建立的聯(lián)系和聯(lián)系的方式

e.g.向其他組件請(qǐng)求信息或服務(wù)動(dòng)態(tài)/靜態(tài)處理聯(lián)系連接的實(shí)現(xiàn)形式影響組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)e.g.同步調(diào)用/異步調(diào)用20/83組件的特性組件的關(guān)聯(lián)特性：組件與相關(guān)聯(lián)組件所建立的62/83組件的特性組件的動(dòng)態(tài)特性運(yùn)行調(diào)度 運(yùn)行環(huán)境資源的分配和多任務(wù)的并行執(zhí)行生存期管理 組件運(yùn)行實(shí)例的產(chǎn)生和撤銷，包括由組件負(fù)責(zé)的其他類型組件的產(chǎn)生和撤銷。21/83組件的特性組件的動(dòng)態(tài)特性63/83連接連接(Relationship)組件與組件之間建立和維持行為關(guān)聯(lián)和信息傳遞的途徑連接的本質(zhì)在于： 實(shí)現(xiàn)機(jī)制和信息交換協(xié)議，簡(jiǎn)稱機(jī)制和協(xié)議機(jī)制 連接得以發(fā)生和維持的機(jī)制

e.g.參數(shù)調(diào)用方式/串口通訊協(xié)議 連接的規(guī)約，是正確進(jìn)行信息交換的規(guī)則，是實(shí)現(xiàn)有意義連接的保證22/83連接連接(Relationship)64/83連接的特性連接的方向性連接的角色 連接雙方的地位（調(diào)用方和被調(diào)用方）連接的激發(fā) 引起連接行為的方式連接的響應(yīng)特性

“從動(dòng)方”對(duì)連接請(qǐng)求的處理特性。 實(shí)時(shí)性、時(shí)間、方式（同步/異步）、并發(fā)處理的能力。23/83連接的特性連接的方向性65/83連接件（Connector）實(shí)現(xiàn)組件之間聯(lián)系的特殊機(jī)制或特殊組件。連接組件與一般組件一般組件：軟件功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的承載體連接件：負(fù)責(zé)完成組件之間信息交換和行為聯(lián)系的專用組件24/83連接件（Connector）實(shí)現(xiàn)組件之間聯(lián)系的特殊屬性約束功能屬性(functionalproperty)用來處理系統(tǒng)功能性的特定方面，并且通常與特定的功能需求相關(guān)。非功能屬性(non-functionalproperty)定義了沒有被功能屬性描述覆蓋的系統(tǒng)特征。包括：易修改性，互操作性，效率，可靠性，可測(cè)試性，可重用性屬性約束功能屬性(functionalproperty)67/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)便于涉眾交流

涉眾包括客戶、用戶、項(xiàng)目經(jīng)理、系統(tǒng)構(gòu)架師、程序員、測(cè)試人員等；涉眾分別關(guān)注應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的不同特征；軟件體系結(jié)構(gòu)便成為涉眾表述自己的需求，協(xié)商找尋一個(gè)合理開方案的研究對(duì)象，并進(jìn)行交流的手段。26/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)便于涉眾交流68/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件開發(fā)過程中的管理明確了對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的約束條件，能夠支持系統(tǒng)的質(zhì)量屬性實(shí)現(xiàn)?？尚行苑治鰰r(shí)避免方向性錯(cuò)誤制定工程進(jìn)度和投資計(jì)劃的依據(jù)，決定了開發(fā)組織的組織結(jié)構(gòu)，保障項(xiàng)目順利進(jìn)行的關(guān)鍵軟件開發(fā)過程的關(guān)鍵里程碑27/83軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件開發(fā)過程中的軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)支持復(fù)用產(chǎn)品線構(gòu)件（庫）軟件框架軟件體系結(jié)構(gòu)是需求和代碼之間的橋梁，為開發(fā)提供了建設(shè)的藍(lán)圖，也是測(cè)試、維護(hù)和升級(jí)的依據(jù)。軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件體系結(jié)構(gòu)支持復(fù)用軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格(architecturalstyle)定義了avocabularyofcomponentsandconnectortypesasetofconstraintsonhowtheycanbecombined.Maybeoneormoresemanticmodelsthatspecifyhowtodetermineasystem’soverallpropertiesfromthepropertiesofitsparts.e.g.

Client/Server軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格(architectural軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格主程序與子過程（MainProgram/Subroutine）數(shù)據(jù)抽象與面向?qū)ο蠼M織（DataAbstractionandObject-OrientedOrganization）管道-過濾器（PipesandFilters）事件驅(qū)動(dòng)與隱式調(diào)用（Event-Based,ImplicitInvocation）層次系統(tǒng)（LayeredSystems）黑板系統(tǒng)（Blackboard）過程控制（ProcessControl）解釋器/虛擬機(jī)（Interpreters）客戶/服務(wù)器（Client/Server）微核（MicroKernal）COM/DCOM組件軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格主程序與子過程（MainProgram/S軟件體系結(jié)構(gòu)模式軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抽象出了許多常見的系統(tǒng)構(gòu)建模式（Pattern），這些系統(tǒng)構(gòu)建模式（也稱為體系結(jié)構(gòu)模式），是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，在長(zhǎng)期開發(fā)某類型軟件過程中，摸索到該類軟件的一些規(guī)律性的東西，經(jīng)過提煉總結(jié)，得到的具有普遍性的構(gòu)建模式。通過對(duì)這些模式的分析討論可以比較它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從而在開發(fā)軟件系統(tǒng)時(shí)選擇合適的體系結(jié)構(gòu)。

軟件體系結(jié)構(gòu)