第1章 软件体系结构概论
软件体系结构知识总结
第一部分-------填空，选择，判断1．软件工程三个要素：方法、工具和过程2．软件元素：程序代码、测试用例、设计文档、设计过程、需求分析文档3．构件分类：关键字分类刻画分类法和超文本组织法4．软件体系结构技术反战经历四个阶段（1）无体系结构设计阶段----以汇编语言进行小规模应用程序开发（2）萌芽阶段-----以控制流图和数据流图构成软件结构为特征（3）初期阶段-----出现了从不同侧面描述系统的结构模型，UML（4）高级阶段-----描述系统的高层抽象结构，出现“4+1”模型5．软件体系结构模型：结构模型、框架模型、动态模型、过程模型和功能模型。
6．“4+1”视图模型从五个不同的视角，包括逻辑试图，进程试图，物理视图，开发视图和场景视图来描述软件体系结构。
逻辑视图主要支持系统的功能需求，是系统提供给最终用户的服务。
通过抽象，封装和继承，可以用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图；开发视图也称模块视图，主要侧重于软件模块的组织和管理，主要考虑软件内部的需求，如软件开发的容易性、软件的重用等，通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描述,提供给编程人员的；进程视图侧重于系统的运行特性，主要关注非功能性的需求，如系统的性能和可用性。
进程视图强调并发性、分布性、系统集成性和容错能力管道和过滤器风格、客户/服务器风格等适合进程视图，提供给系统集成人员的；物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通常考虑系统性能、规模、可靠性等，解决系统拓扑结构、系统安装、通信问题,提供给系统工程人员的。
而场景是那些重要系统活动的抽象，它使四个视图有机联系起来，是最重要的需求抽象，它可以帮助设计者找到系统结构的构件和他们之间的作用关系。
总之，逻辑视图和开发视图描述系统的静态结构，而进程视图和物理视图描述系统的动态结构。
软件体系结构的核心模型由五中元素组成：构件、连接件、配置、端口和角色。
7. 软件体系结构的核心模型由五中元素组成：构件、连接件、配置、端口和角色。
软件体系结构概述
软件体系结构的定义
西门子的Soni、Nord和Hofmeister指出，软件体系结构 有四个角度，它们从不同方面对系统进行描述：概念角 度描述系统的主要构件及它们之间的关系；模块角度包 含功能分解与层次结构；运行角度描述了一个系统的动 态结构；代码角度描述了各种代码和库函数在开发环境 中的组织。
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组件
组件（component)
组件可以理解为软件系统的一个组成部分。 组件通过一定接口组成复杂的软件系统。 从系统构成角度：在系统运行中承担一定功能、发挥 一定作用的软件体 从程序设计角度：模块、类、对象、函数或者一个相 关功能集合
组件
组件分类（作用）
软件体系结构在软件开发过程中的位置：
软件体系结构的定义
许多专家学者从不同角度和不同侧面对软件体 系结构进行了刻画； 软件体系结构（Software Architecture）
对子系统、软件系统组件以及他们之间关系的描述。 子系统和组件一般定义在不同的视图内，以显示软 件系统的相关功能属性和非功能属性。
软件体系结构概述
提纲
背景与发展历史 软件体系结构 软件体系结构的作用 体系结构风格 体系结构模式 设计模式 体系结构设计方法 体系结构描述语言
背景
软件危机的表现
成本、进度、质量
需求、规模、复杂度 软件工程：过程、方法与工具
软件危机的原因
如何克服软件危机
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软件体系结构的定义
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(SA)概论80页PPT
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 谢谢你的阅读
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
软件体系结构(SA)概论 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
软件体系结构
第1章 软件体系结构概论 1、软件体系结构的定义
◎ 总结的定义
软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和 属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素 的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束 组成。软件体系结构不仅指定了系统的组织结构和拓扑 结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对 应关系，提供了一些设计决策的基本原理。
◎ 软件质量差
◎ 软件维护困难
第1章 软件体系结构概论 1、 软件危机的表现
◎ 软件成本日益增长
20世纪50年代，软件成本在整个计算机系统成本中 所占的比例为10%-20%。到20世纪60年代中期，软件成本 在计算机系统中所占的比例已经增长到50%左右。 而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国 空军计算机系统的数据：1955年，软件费用约占总费用的 18%，1970年达到60%，1975年达到72%，1980年达到80%， 1985年达到85%左右。
第1章 软件体系结构概论 1、软件体系结构的定义
◎ Kruchten
软件体系结构有四个角度，它们从不同方面对系统 进行描述：概念角度描述系统的主要构件及它们之间的 关系；模块角度包含功能分解与层次结构；运行角度描 述了一个系统的动态结构；代码角度描述了各种代码和 库函数在开发环境中的组织。
第1章 软件体系结构概论 1、 软件体系结构的定义
第1章 软件体系结构概论 2、软件体系结构的意义
◎ 体系结构是风险承担者进行交流的手段
软件体系结构代表了系统的公共的高层次的抽象。 这样，系统的大部分有关人员（即使不是全部）能把它 作为建立一个互相理解的基础，形成统一认识，互相交 流。 体系结构提供了一种共同语言来表达各种关注和协 商，进而对大型复杂系统能进行理智的管理。这对项目 最终的质量和使用有极大的影响。
软件体系结构—概述
软件体系结构目录第一章软件体系结构概述 (3)1.软件体系结构定义 (3)2.软件体系结构内容 (3)3.UML (4)4.抽象、接口、高内聚、低耦合常用概念 (4)第一章软件体系结构概述1.软件体系结构定义Architecture Styles，定义为根据结构组织模式构成的软件系统族，表达了部件和他们之间的关系。
例如客户/服务器（Client /Server）结构、浏览器/服务器（Browser/Server）结构等。
2.软件体系结构内容1.体系结构风格（Architecture Styles）体系结构风格是描述特定系统组织方式的惯用范例，强调组织模式和惯用范例。
组织模式即静态表述的样例，惯用范例则是反映众多系统共有的结构和语义。
通常，体系结构风格独立于实际问题，强调了软件系统中通用的组织结构，比如管道线，分层系统，客户机-服务器等等。
体系结构风格以这些组织结构定义了一类系统族。
2. 设计模式（Design Pattern）设计模式是软件问题高效和成熟的设计模板，模板包含了固有问题的解决方案。
设计模式可以看成规范了的小粒度的结构成分，并且独立于编程语言或编程范例。
设计模式的应用对软件系统的基础结构没有什么影响，但可能对子系统的组织结构有较大影响。
每个模式处理系统设计或实现中一种特殊的重复出现的问题。
例如，工厂模式，它为解决抽象部分和实现部分独立变化的问题提供了一种通用结构。
因此，设计模式更强调直接复用的程序结构。
3. 应用框架（Application Framework）应用框架是整个或部分系统的可重用设计，表现为一组抽象构件的集合以及构件实例间交互的方法。
可以说，一个框架是一个可复用的设计构件，它规定了应用的体系结构，阐明了整个设计、协作构件之间的依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以及其实例之间协作的方法，它为构件复用提供了上下文(Context)关系。
在很多情况下，框架通常以构件库的形式出现，但构件库只是框架的一个重要部分。
火龙果软件-第一章_软件体系结构概论
1.1软件危机
软件工程三要素
方法：为软件开发提供了“如何做”的
技术，是完成软件工程项目的技术手段 工具：人类在开发软件的活动中智力和 体力的扩展和延伸，为软件工程方法提 供自动或半自动的软件支持环境 过程：将方法和工具综合起来以达到合 理、及时地进行软件开发的目的
火龙果整理
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1.3软件构件的组织与检索
构件的分类 基于知识的构件检索技术，基本原理是：根据 用户提出的要求，生成系统内部的提问形式， 启动推理机获取用户所需要的构件，并以用户 易读的形式来显示 基于神经网络的构件检索技术，以神经网络为 基础，依据构件功能的相似程度来构造构件库， 功能相似的构件将被放在相邻的位臵上，构件 之间的相似度将由地理位臵的远近来决定
1.2软件复用
软件复用是指利用现有的软件资源来开发
新应用系统的过程 软件复用包括三个相关的基本过程：
软件对象的开发、软件对象的理解和软件对象的 复用
从已有的应用系统中抽取可复用软件成分
的过程，经常被称为“重用再工程(Reuse Re-engineering)”过程
火龙果整理
1.3软件构件的组织与检索
基于本体的构件搜索： 在概念词典的帮助下，自然语言查询语句将被分割为 多个有意义的单词，将这些单词映射为本体中的概念， 包括类、关系和实例，概念词典记录了词汇与概念之 间的对应关系 根据本体库的知识框架确立刻面和术语，建立检索树， 若检索树中存在着不一致的地方，则提示用户修改查 询请求 根据检索树的刻面、术语以及本体库中的语义关系， 利用推理规则找出其隐含语义 对构件进行语义匹配，将匹配的相关构件返回
火龙果整理 ຫໍສະໝຸດ 1.2软件复用 软件复用的意义 增加软件系统的可靠性 降低了软件开发过程中的风险 加快项目开发的速度 软件复用促进了标准的推广 专家知识的有效利用
软件体系结构SA概论
架构设计
架构选择
根据需求分析的结果，选择合适的软件体系结构风格， 如分层架构、事件驱动架构等。
组件设计
设计软件系统的各个组件，包括硬件和软件组件，明 确组件之间的交互和通信方式。
数据设计
设计软件系统所需的数据结构，包括数据库设计、数 据流图等。
架构评估
性能评估
评估软件系统的性能指标，如响应时间、吞吐 量等，确保系统能够满足性能要求。
2
软件体系结构是软件系统的高级视图，描述了系 统的整体结构、功能、行为和交互。
3
软件体系结构不仅关注系统的技术细节，还关注 系统的非功能属性，如性能、可扩展性、可靠性 和安全性。
软件体系结构的重要性
提高软件系统的可维护性 和可重用性
良好的软件体系结构有助于降低系统的复杂 性，提高可维护性和可重用性，降低开发成 本。
客户端-服务器体系结构
02
将系统划分为客户端和服务器两部分，客户端负责用户界面和
请求处理，服务器负责数据存储和业务逻辑。
分布式系统体系结构
03
将系统划分为多个独立的节点，每个节点具有自己的处理能力
和存储能力，节点之间通过网络进行通信和协作。
02 软件体系结构的基本元素
组件与连接器
可重用组件
经过封装和测试的代码模块， 可以在多个项目中重复使用。
人工智能环境下的软件体系结构需要支持机器学习、 深度学习等算法，以及自然语言处理、计算机视觉等
技术，以实现更加智能化的应用。
人工智能环境下的软件体系结构需要与数据科学和知 识工程等技术相结合，以提高人工智能应用的可靠性
和可维护性。
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1.2 构件与软件重用
1.2.4 构件重用
构件重用流程
检索与提取构件
理解与评价构件 修改构件
构件组装
1.2 构件与软件重用
◎ 检索与提取构件 ◇ 基于关键字的检索
系统在图形用户界面上将构件库的关键字树形结构展 示给用户，用户通过对树形结构的逐级浏览寻找需要的关 键字并提取相应的构件。 （1）构造查询：用户提供要查找的构件在 每个刻面上的特征，生成构件描述符。
◎ 软件重用的定义
软件重用是指多次在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，包括程序代码、 测试用例、设计文档、设计过程、需求分析文档甚 至领域知识。
代码重用 组织结构重用
重用软件元素越大
软件重用的粒度越大
需求重用 设计重用 „„
1.2 构件与软件重用
1.2.1 构件模型及实现
构件模型：指对构件本质特征的抽象描述。
在技术上，应该采用基于重用的软件生产 技术；在管理上，应该采用多维的工程管理模 式。
1.2 构件与软件重用
◎ 构件的定义 构件又称为组件、部件，狭义上指的是语义完整、
语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过
程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、 通讯接口和实现代码的复合体。
1.2 构件与软件重用
1.2.3 构件管理
◎ 构件描述 ◎ 构件分类与组织
◎ 人员及权限管理
1.2 构件与软件重用
◎ 构件描述 构件模型 + 构件描述 = 构件的完整描述 实现方式与实现体 注释 构件描述 生产者与生产日期 大小、价格、版本
关联构件
1.2 构件与软件重用
◎ 构件分类与组织 关键字分类法 基于数据库系统的组织方式 刻面分类法 基于全文检索的技术 超文本组织方法
第1章 软件体系结构概论
1.1 1.2 1.3 1.4
从软件危机谈起 构件与软件重用 软件体系结构的兴起和发展 软件体系结构的应用现状
1.1 从软件危机谈起 1.1.1 软件危机的表现
软件危机：指在计算机软件的开发和维护过程中所
遇到的一系列严重问题 ◎ 软件成本日益增长
表现
◎ 开发进度难以控制
1.2 构件与软件重用
前言 对住房的功能需求：能够居住。 对住房的质量需求： （1）安全性：能避免地震、台风、暴雨等各 种自然灾害。 （2）居住者在建筑内的健康性，舒适性。 （3）美观性：有亲和感，社会文化的体现。
★
不同住房具有相同的功能，但其架构不同，
所满足的居住质量也不相同。
前言 人类最早的居住方式：巢居和穴居
• 炎热或高海拔地区的穴居方式，可获得相对稳定 的室内热环境，顶部的天窗既可采光又可排烟。
软件体系结构与应用
Software Architecture and Application
余应淮
Email:yuyinghuai@
前言 体系结构简称架构或构架。 构：本义架木造屋，引申为构造 构架：建筑的结构 结：用绳、线、皮条等连接而起的疙瘩 （关键点、被联结状态） 结构：组成整体的各部分的搭配和安排
1.2 构件与软件重用
（3）超文本组织法 基本思想：构件库中的所有构件必须辅以详尽的功能 或行为说明文档；说明中出现的重要概念或构件以网 状链接方式相互链接；检索者在阅读文档的过程中可 按照联想思维方式任意跳转到包含相关概念或构件的 文档；全文检索系统将用户给出的关键字与说明文档 中的文字进行匹配，实现构件的浏览式检索。
1.1 从软件危机谈起
◎ 开发进度难以控制 由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需 建立庞大的逻辑体系，这是与其他产品的生产不 一样的。 在软件开发过程中，用户需求变化等各种意 想不到的情况层出不穷，令软件开发过程很难保 证按预定的计划实现，给项目计划和论证工作带 来了很大的困难。
盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开 发能力。相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、 通信、培训和管理等方面的问题将更为严重。
◇ 其他检索方法
1.2 构件与软件重用
◎ 理解与评价构件
◇ 构件的功能与行为 ◇ 相关的领域知识 ◇ 可适应性约束条件与例外情形 ◇ 可以预见的修改部分及修改方法
理解
评价
◇ ◇ ◇ ◇ ◇
构件成功重用的次数 对构件的修改量 构件的健壮性度量 构件的性能度量 ……
1.2 构件与软件重用
◎ 修改构件 理想的情形是对库中的构件不作修改而直接 用于新的软件项目。 但是，在大多数情况下，必须对构件进行或 多或少的修改，以适应新的需求。
首先根据当前软件问题的核心数据结构设计出一个框架，然后根 据框架中各结点的需求提取构件并进行适应性修改，再将构件逐个分 配至框架中的适当位置。此后，构件的组装方式仍然是传统的子程序 调用与参数传递。
◇ 面向对象的组装技术
· 构造法：在子类中引进基类的对象作为子类的成员变量 · 子类法：将新子类直接说明为库中基类的子类
◇ 应用领域 ◇ 功能 ◇ 层次 ◇ 表示方法
每个刻面包含一个或多个值，这些值一般是描述性关键词， 如：function = (copy,from) or (copy,replace,all) 刻面的集合称为刻面描述符，一个构件一般对应一个刻面描述 符，如：{function, object type, system type}
1.1 从软件危机谈起 1.1.2 软件危机的原因
◎ 用户需求不明确
◎ 缺乏正确的理论指导
◎ 软件规模越来越大 ◎ 软件复杂度越来越高
1.1 从软件危机谈起 1.1.3 如何克服软件危机
人们面临的不光是技术问题，更重要的是 管理问题。管理不善必然导致失败 。 要提高软件开发效率，提高软件产品质量， 必须采用工程化的开发方法与工业化的生产技 术。
图形用户界面
窗口
菜单
对话框
事件处理
图形 窗口
文字 窗口
主 菜 单
弹 出 式 菜 单
信 息 对 话 框
数 据 录 入 对 话 框
键 盘 事 件 处 理
点 击 处 理
拖 放 处 理
关键字的增删改必须保持领域分析结果的一致性。
1.2 构件与软件重用
（2） 刻面分类法
◇ 使用环境
刻面：指包含若干用于表述构 件特征的概念的算子
1.2 构件与软件重用
◎ 青鸟构件模型
参数化属性 构件名称 提供的 功能 具体成员 功能描述 虚拟成员 所需的构件
外部接口
成员关系
内部结构
1.2 构件与软件重用
1.2.2 构件获取
由于可重用信息具有领域特定性，即信息的可 重用性依赖于特定问题及其解决方法，所以应该采 用面向领域的策略来获取可重用构件。有如下4种 途径：
从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适 应性修改，得到可重用的构件； 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来， 得到可重用的构件； 从市场上购买现成的商业构件，即COTS（Commercial Off-The-Shell）构件； 开发新的符合要求的构件。
1.2 构件与软件重用
（可扩展性更强）
1.2 构件与软件重用
（1） 关键字分类法
最简单的构件组织方法，基本思想是：根据领
域分析的结果将应用领域的概念按照从抽象到具体 的顺序逐次分解为树形或有向无回路图结构，每个 概念用一个描述性的关键字表示，不可分解的原子 级关键字包含隶属于它的某些构件。
1.2 构件与软件重用
关键字
◎ 软件维护困难 由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵 循软件开发标准，各种随意性很大，没有完整的 真实反映系统状况的记录文档，给软件维护造成 了巨大的困难。 特别是在软件使用过程中，原来的开发人员 可能因各种原因已经离开原来的开发组织，使得 软件几乎不可维护。
有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部 硬件和软件费用的40%-75%。
高 度 决 定 思 路 ， 思 路 决 定 出 路
思 想 有 多 远 ， 我 们 就 能 走 多 远
系统的建立是为了满足组织的需求（包 括功能和质量），质量需求决定了系统必须 达到的特征, 包括性能, 可靠性, 互操作性 以及生命周期等。随着软件系统的日益复杂， 涉众对软件的要求已不局限于功能上的满足， 而是更加注重质量。 很少有人注意到组织（开发组织、客户 等）在系统设计和系统成败上扮演的角色。 系统的质量特征受到软件体系结构的限 制，或者说体系结构设计的选择受到要达到 的质量特征的影响。
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……………
· …………… · …………… …………… ··
……………
· · …………… · …………… ·
…………… ……………
……………
1.2 构件与软件重用
◎ 人员及权限管理
一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用 户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系 统管理员。
为了减少构件修改的工作量，要求开发人员 尽量使构件的功能、行为和接口设计更为抽象化、 通用化和参数化。
1.2 构件与软件重用
◎ 构件组装 ◇ 基于功能的组装技术
采用子程序调用和参数传递的方式将构件组装起来，要求库中 的构件以子程序/过程/函数的形式出现，并且接口说明必须清晰。
◇ 基于数据的组装技术
◎ 软件质量差
◎ 软件维护困难
1.1 从软件危机谈起
◎ 软件成本日益增长 应用领域不断扩展、硬件技术不断发展 软件成本增长
20世纪50年代，软件成本在整个计算机系统成本中 所占的比例为10%-20%。到20世纪60年代中期，软件成本 在计算机系统中所占的比例已经增长到50%左右。 而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国 空军计算机系统的数据：1955年，软件费用约占总费用的 18%，1970年达到60%，1975年达到72%，1980年达到80%， 1985年达到85%左右。