软件体系结构(精)
软件体系结构5_软件体系结构的质量属性
软件体系结构5_软件体系结构的质量属性
1. 性能（Performance）：性能是衡量软件体系结构完成特定任务所需的时间和资源的能力。
在性能方面，主要关注的指标包括响应时间、吞吐量和资源利用率。
一个好的体系结构应能够支持大规模并发用户使用，而不会因为系统负载增加而导致性能下降。
2. 可用性（Availability）：可用性是指软件体系结构在特定时间内处于可操作状态的能力。
可用性主要与系统的可靠性、容错性和可恢复性相关。
一个可靠的软件体系结构应能够及时响应用户需求，并尽量减少停机时间和故障恢复时间，提供稳定、可靠的服务。
3. 可靠性（Reliability）：可靠性是指软件体系结构在给定的时间内正确执行其功能的能力。
可靠性与系统的错误率和故障率相关。
一个可靠的软件体系结构应能够预防和容忍异常情况，以确保正确的运行，保证数据的完整性和准确性。
4. 安全性（Security）：安全性是指软件体系结构在防止未经授权的访问和保护用户数据等方面的能力。
软件体系结构应能够识别和阻止潜在的安全威胁，如恶意攻击、非法访问和数据泄露等。
安全性要求通常包括认证、授权、加密和审计等功能。
5. 可扩展性（Scalability）：可扩展性是指软件体系结构能够在不同规模和负载下进行水平或垂直扩展的能力。
一个可扩展的软件体系结构应能够动态调整资源，并能够在需要时自动增加或减少处理能力，以适应不断变化的用户需求。
总之，软件体系结构的质量属性是衡量软件体系结构能力和性能的关键指标。
在设计软件体系结构时，需要充分考虑这些质量属性，以确保软件能够满足用户的需求，并具有高性能、可靠性、安全性和可扩展性。
软件体系结构
软件体系结构引言软件体系结构是指在软件系统中，对系统整体结构进行组织和设计的过程。
一个合理的软件体系结构能够帮助开发者降低系统的复杂度，提高系统的可维护性和可扩展性。
本文将介绍软件体系结构的基本概念和常用的体系结构模式，以及如何进行软件体系结构设计。
软件体系结构的基本概念软件体系结构是一个抽象的概念，用于描述软件系统中各个组件之间的关系和交互方式。
它主要由以下几个基本概念组成：1.组件（Component）：组件是软件系统中的一个独立的功能单元，可以由一个或多个模块（Module）组成，实现特定的功能。
2.接口（Interface）：接口定义了组件之间的通信方式和消息传递方式。
一个组件可以提供多个接口供其他组件使用。
3.关系（Relationship）：组件之间的关系可以是依赖关系（Dependency）、关联关系（Association）、聚合关系（Aggregation）和组合关系（Composition）等。
这些关系将多个组件链接起来，形成一个组织结构。
4.架构风格（Architectural Style）：架构风格定义了软件系统的整体结构的模式和约束。
常见的架构风格包括层次结构（Layered）、客户端-服务器（Client-Server）、发布-订阅（Publish-Subscribe）等。
常用的软件体系结构模式在进行软件体系结构设计时，可以借鉴一些常用的体系结构模式。
下面介绍几种常见的模式：1.层次结构（Layered）：层次结构将软件系统划分为若干层，每一层负责特定的功能。
上层的组件可以调用下层的组件，反之则不行。
这种模式可以降低系统的复杂度和耦合度，提高系统的可维护性。
2.客户端-服务器（Client-Server）：客户端-服务器模式将软件系统划分为客户端和服务器两个部分。
客户端负责与用户进行交互，而服务器负责处理客户端的请求并返回结果。
这种模式可以实现系统的分布式部署，提高系统的可伸缩性。
软件工程中的软件体系结构
软件工程中的软件体系结构在数字化时代，软件应用的范围越来越广泛，软件开发的规模和复杂度也在不断增加。
为了应对这些挑战，软件工程师们不断探索各种技术，其中之一就是软件体系结构。
软件体系结构是一个抽象的框架，描述了一个软件系统的组成部分，它们之间的关系和通信方式，以及系统的行为。
在本文中，我们将深入探讨软件体系结构的概念、类型、优缺点和设计原则等重要内容。
软件体系结构的概念软件体系结构是软件系统的架构，它是一个抽象的、高级别的视角，描述了系统的组成部分、相互关系和行为模式。
一般来说，软件体系结构由以下元素组成：1. 模块：代码的意义单位，通常包含一组相关的操作和数据结构。
2. 组件：带有接口的模块，可以与其他组件进行交互和通讯。
3. 连接器：支持组件之间通讯和合作的构建块。
4. 数据：系统中的各种信息，包括文本、图像、声音等。
5. 环境：软件系统运行所依赖的硬件、操作系统和其他外部条件等。
软件体系结构需要注意的重点包括：1. 模块细分：将系统拆分成若干个小模块，每个模块都有自己的职责和功能。
2. 接口设计：设计良好的接口可以提供高效、可靠的组件通讯。
3. 模块复用：通过复用现有组件和模块，可以降低开发成本和时间。
软件体系结构的类型软件体系结构可以分为多种类型，下面将介绍几种常见的。
1. 分层式结构分层式结构是将系统分为若干层次的结构，每个层次都具有特定的功能和职责。
分层式结构最大的特点是分离了应用程序逻辑和界面，将系统的不同部分独立起来，使得开发更容易和灵活。
2. 客户端/服务器结构客户端/服务器结构是一种典型的分布式系统结构，它将应用逻辑和数据存储划分为服务器端和客户端两个部分。
客户端通过网络连接到服务器获取或存储数据，并在本地计算机上运行应用逻辑。
3. MVC结构MVC（模型-视图-控制器）是一种用于用户界面设计的软件体系结构。
在MVC结构中，模型是应用程序的核心组成部分，处理数据和业务逻辑，视图负责渲染用户界面，控制器负责协调视图和模型之间的通讯。
软件体系结构的定义
软件体系结构是指软件系统中各个组件之间的组织方式和相互关系的抽象表示。
它描述了一个软件系统的整体结构、组成部分及其相互之间的交互关系、通信方式和约束规则。
软件体系结构定义了系统的基本框架，规定了各个模块之间的功能划分、接口设计和数据流动等，是软件系统设计的基础。
软件体系结构通常包括以下几个方面的内容：
组件：软件系统的组成部分，可以是模块、类、对象等。
每个组件负责实现特定的功能，并通过接口与其他组件进行交互。
接口：定义了组件之间的通信规则和交互方式，包括输入和输出的数据格式、方法调用方式等。
结构：描述了组件之间的组织方式和关系，如层次结构、模块化结构、客户端-服务器结构等。
链接：描述了组件之间的连接方式和数据流动路径，如同步或异步通信、数据传输的方式等。
约束：定义了系统中的规范和限制条件，包括性能要求、安全性要求、可扩展性要求等。
通过定义和设计软件体系结构，可以提高软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性，同时降低系统开发和维护的复杂性。
软件体系结构还可以帮助开发团队进行模块化的工作分配，提高开发效率和协作能力。
软件体系结构知识点完整
软件体系结构知识点完整首先，软件体系结构的设计目标是确保软件系统具有良好的可维护性、可扩展性、可重用性和可演化性。
为了达到这些目标，需要考虑以下几个重要的知识点：1.架构风格和模式：软件体系结构可以采用不同的架构风格和模式，如客户/服务器架构、分层架构、微服务架构等。
每种架构风格和模式都有其适用的场景和优缺点，开发人员需要根据具体需求选择适合的架构。
2.组件和接口：软件系统通常由多个组件构成，每个组件负责特定的功能。
组件之间通过接口进行通信和交互。
设计良好的组件和接口可以提高系统的模块化程度，便于测试、维护和重用。
3.数据管理：软件系统通常需要对一定量的数据进行管理和存储。
在软件体系结构设计中，需要考虑数据的组织方式、访问方式和持久化方式。
常见的数据管理技术包括关系型数据库、非关系型数据库和缓存等。
4.并发和分布式处理：现代软件系统通常需要处理大量的并发请求，并且可能分布在不同的机器上。
软件体系结构设计需要考虑如何有效地处理并发请求和如何进行分布式部署，以提高系统的性能和可扩展性。
5.安全和可靠性：软件系统面临各种安全和可靠性风险，如数据丢失、数据泄露和系统故障等。
软件体系结构设计需要考虑如何采取措施保障系统的安全和可靠性，如进行数据备份、访问控制和错误处理等。
6.软件系统的分层：软件体系结构通常采用分层的结构，将系统划分为不同的层次，每个层次负责不同的功能。
常见的分层结构有表示层、业务逻辑层和数据访问层等。
分层结构可以提高系统的可维护性和可扩展性。
7.影响因素和约束：软件体系结构设计还需要考虑相关的影响因素和约束，如成本、时间、技术限制等。
这些因素和约束将直接影响软件体系结构的设计和实施。
总结起来，软件体系结构是软件设计的重要组成部分，它涉及到架构风格和模式的选择、组件和接口的设计、数据管理、并发和分布式处理、安全和可靠性等多个方面。
了解这些知识点对于设计出高质量、可维护和可扩展的软件系统至关重要。
软件体系结构
1、MVC（模型-视图-控制）：针对用户界面 模型：核心数据封装、逻辑和功能的计算，它独立于具体的界面表达和输入/输出操作。 视图：把模型数据等信息以特定形式展示给用户。 控制：处理用户与软件的交互操作。它接受用户的输入，将输入反馈给模型，进而实现对模 型的计算控制，是使模型和视图协调工作的部件。
2、软件重用的定义 软件重用是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相近软件元素的过程。 可重用软件元素越大，重用粒度越大。
7、基于事件的隐式调用的定义 基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事 件。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册，当一个事件被触发，系统自动调 用在这个事件中注册的所有过程，这样，一个事件的触发就导致了另一个模块中过程的调用。
8、基于事件的隐式调用的优缺点 优点： （1）为软件重用提供了强大的支持。 （2）为系统带来了方便。
end Attendห้องสมุดไป่ตู้e;
16、C2 对体系结构的描述 architecture MeetingScheduler is
conceptual_components Attendee;ImportantAttendee;MeetingInitiator;
connector connector MainConn is message_filter no_filtering; connector AttConn is message_filter no filtering; connector ImportantAttConn is message_filter no filtering;
软件体系结构-4-软件体系结构的设计原理可编辑全文
耦合和内聚
§4.1体系结构的设计原理
充分性、完备性和原始性
– 充分性是指部件应该把握住与其进行有意义和高效交互抽象 的所有特性
– 完整性是指一个部件应该把握住所有与其抽象相关的特性 – 原始性是指部件应该完成的操作都可以容易地得到实现
以及代码调试和部件的临时集成给予支持
§4.2 软件的非功能特性
可重用性
– “通过已经存在的来获得想要的”的软件 设计和实现方法（有利于Cost、Time、 Quality）
用重用进行软件开发 为重用进行软件开发
§4.2 软件的非功能特性
非功能性可能产生冲突 虽然非功能性在软件体系结构中非常重
§4.2 软件的非功能特性
效率
– 软件运行过程中对资源的使用情况、以及 对系统的响应时间、存储消耗和I/O吞吐量 的影响
– 效率问题不仅仅是设计精良算法的问题， 而且是部件操作责任合理的分配、部件之 间的耦合关系等体系结构的问题
– 良好结构、丰富功能和高效率等方面需要 权衡利弊
§4.2 软件的非功能特性
要，但很难对他们的效果和作用进行衡 量 对软件体系结构满足非功能性的成都评 价，主要还是基于工程师的经验
§4.1体系结构的设计原理
接口和实现的分离
– 接口定义了部件所提供的功能并规范了功 能的使用方法
– 实现部分包括了部件所提供功能的实际代 码
– 强调一个客户只应该知道他需要知道的东 西
– 接口和实现的分离可以很好的支持可变性
§4.1体系结构的设计原理
分而治之 层次化
§4.2 软件的非功能特性
统和应用程序一起工作并共享信息的能力 – 将系统设计成具有互操作性的部件集合本身就自
精品PPT课件--第9章软件体系结构与设计模式
9.1 软件体系结构的基本概念
• 体系结构的重要作用
体系结构的重要作用体现在以下三个方面 ： （1）体系结构的表示有助于风险承担者（项目干系
层次结构具有以下优点: （1）支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以把
一个复杂系统按递增的步骤进行分解。 （2）支持功能增强，因为每一层至多和相邻的上下层交
互，因此，功能的改变最多影响相邻的内外层。
9.2 典型的体系结构风格
（3）支持复用。只要提供的服务接口定义不变，同一层的 不同实现可以交换使用。这样，就可以定义一组标准 的接口，从而允许各种不同的实现方法。
9.1 软件体系结构的基本概念
2．风格
风格是带有一种倾向性的模式。同一个问题可以有不同 的解决问题的方案或模式，但我们根据经验，通常会强烈 倾向于采用特定的模式，这就是风格。
每种风格描述一种系统范畴，该范畴包括： （1）一组构件（如数据库、计算模块）完成系统需要的某
种功能； （2）一组连接件，它们能使构件间实现“通信”、“合作”
个对象的表示，而不影响其他对象。 （2）设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互
的代理程序的集合。
9.2 典型的体系结构风格
其缺点如下: （1）为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行
交互，必须知道对象的标识。只要一个对象的标识 改变了，就必须修改所有其他明确调用它的对象。 （2）必须修改所有显式调用它的其他对象，并消除由此 带来的一些副作用。例如，如果A使用了对象B，C 也使用了对象B，那么，C对B的使用所造成的对A 的影响可能是料想不到的。
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Architecting a house
Built most efficiently and timely by a team Requires Modeling Well-defined process Power tools
Modeling a house
Architecting a high rise
Architecture Design Process Sof tware Architecture Description is made of relates to Architecture Sty le guide has Architectural styl e Architectural v iew is made of has const rains is a produces Logical v iew Process v iew Implementation v iew Deploy ment v iew Use case v iew
Large-Scale Organization/Entity Simulation
Small Scientific Simulation IS Application Distributed Objects (Order Entry) IS Application GUI/RDB (Order Entry)
体系结构视图 4+1视图模型 体系结构描述语言 (ADLs)
体系结构视图
选取一个特定视角，着重考虑某些问题，而忽 略与此视角无关之内容。 在此视图下，刻画：
结构配置（常用图型方式） 各个组成元素，其间的关系（行为，接口） 背景假设，设计动机，分析结论等 上下文（Hierarchical Decomposition），可变点
技术内容
对实现的约束（模块，交互） 软件质量特征支持与指标预测分析 项目管理依据
风险管理，任务分解，费用评估，进度计划
质量因素从头考虑
软件体系结构技术的核心是在系统开发过程中尽 可能早地处理相关质量问题。 通过软件的执行可见的质量因素
Performance, Security, Availability, Functionality, Usability Modifiability, Portability, Reusability, Testability
Module
Decomposition, Uses/Layered, Class/generalization
Component-and-Connector
Processes, Concurrency, Shared data, Client-Server
Deployment, Implementation, Work assignment
The “who”
Produces
The “how”
Architect Skills Stakeholders
Process
Defines role
Organization
什么是“软件体系结构”
“The software architecture of a program or computing system is the structure or structures of the system, which comprise software elements, the externally visible properties of those elements, and the relationships among them.” -- Software Architecture in Practice
例如ACME
Component, Connector, Port, Role, System, Representation, Rep-Map
Sof tware Architecture is part of System architectur e is represent ed by
Sof tware Architects are actors in
Ecclesiastes 1:9-14
引言
“Architecture”一词与建筑有关 （ “Design Pattern”也从建筑领域借用） 引用Grady Booch的几张PPT:
Architecting a dog house
Can be built by one person Requires Minimal modeling Simple process Simple tools
如何理解
SA概念本身所指 SA的rationale, constrains
功能，性能 可伸缩性，可重用性，可理解性 … 经济和技术方面的制约和权衡 美
软件体系结构
概念、技术的形成与发展
60年度末 90年代初 90年代中后 2000年后
软件工程
软件体系结构用途
Telecom Switch Commercial Embedded Compiler Automotive Software CASE Tool
Lower management complexity
- Small scale - Informal - Single stakeholder - “Products”
Early architecture
Progress
- Limited knowledge of theory
Modern architecture
Progress
- Advances in materials - Advances in analysis
Scale
- 5 times the span of the Pantheon - 3 times the height of Cheops
4+1视图模型
(Development View)
Scenarios (Physical View)
逻辑视图（Logical View）
应用相关核心概念的抽象
元素（类）， 关系（泛化，依赖，聚合等等）
主要关注功能需求
过程视图(Process View)
刻划 并发 、同步、分布等特性 专注于性能、容错、可用性、系统一致性等非 功能质量属性方面的考虑
An average software project: - 5-10 people - 10-15 month duration - 3-5 external interfaces - Some unknowns & risks Defense Weapon System National Air Traffic Control System
Performance Technology churn
Throughput Resilience
The challenge over the next 20 years will not be speed or cost or performance; it will be a question of complexity.
非执行可见因素
软件体系结构：后续开发维护的基础
后续开发的依据
何种技术保证conformance 维护开销极大（多至70～80％） 软件体系结构信息至关重要
维护的基础
修改是否为“局部的” 体系结构演化？
沟通依据
高层复用制品，企业战略财富
软件产品线
如何描述软件体系结构
Allocation
视图的取舍
依据所关心的质量因素作取舍 并非一定要面面俱倒
单机软件 一般无需 部署视图 串行程序 可能无需 过程视图 。。。
体系结构描述语言
专门的语言，用于支持严格的体系结构描述， 形式的、（半）自动的分析和代码生成。
实际现有ADL多用于描述C&C结构相关视图
Load
Any time you depart from established practice, make ten times the effort, ten times the investigation. Especially on a very large project.
- LeMessuier
用例视图（Use Case View)
用若干用例来串接上述四个视图（＋1） 两方面作用
各个视图的设计，实际上均是从用例出发来发现其 中的元素、关系等 通过用例场景的推演，来展示并验证体系结构。
这是对体系结构的“测试”。
体系结构中的各种“结构”
Software Architecture in Practice 书中的分类
Software Architecture
提要
引言 软件体系结构
概念 作用 描述 体系结构设计 软件产品线
基于体系结构的软件开发
(个人研究：自省动态体系结构)
No silver bullet
Frederick P. Brooks, Jr.
There Is Nothing New Under the SUN.
The “what”
Architecture Qualities
Architecture Architecture Representation Satisfies Constrain