软件体系结构设计案例分析
软件体系结构设计中的代码架构分析与优化
软件体系结构设计中的代码架构分析与优化第一章：引言软件体系结构在现代软件设计中占据重要地位，它定义了软件系统的整体结构、组成部分和它们之间的相互关系。
代码架构作为体系结构的一个重要组成部分，直接影响到软件系统的可维护性、可复用性、性能和安全性等属性。
因此，深入分析和优化软件代码架构，对于提高软件质量和可靠性具有重要意义。
第二章：软件体系结构概述2.1 软件体系结构的定义和重要性软件体系结构是指对软件系统整体结构的描述，包括软件组件、模块、接口和它们之间的关系。
软件体系结构定义了系统的静态结构和动态行为，并提供了系统各个组件的抽象视图。
良好的软件体系结构可以降低系统的复杂性、提高开发效率、降低维护成本和加快软件更新。
2.2 软件体系结构类型常见的软件体系结构类型包括层次结构、客户端-服务器结构、发布-订阅结构、模块化结构等。
不同类型的软件体系结构适用于不同的应用场景，开发人员需要根据具体需求选择最适合的结构类型。
第三章：代码架构的分析方法3.1 静态代码分析静态代码分析是通过对源代码进行分析来评估其质量和性能的方法。
常用的静态代码分析工具包括Lint、FindBugs、PMD等，它们可以检测出潜在的编程错误、代码冗余、性能瓶颈等问题，并提供相应的优化建议。
3.2 动态代码分析动态代码分析是通过运行时监测程序的行为来评估其性能和可靠性的方法。
常用的动态代码分析工具包括profiler、Valgrind等，它们可以跟踪程序的运行轨迹、检测内存泄漏和性能瓶颈，并提供相应的优化策略。
第四章：代码架构优化的方法4.1 模块化设计模块化设计是将系统分解为多个相互独立、高内聚低耦合的模块，每个模块负责一个特定的功能。
通过模块化设计，可以提高代码的可读性、可维护性和可复用性。
4.2 设计模式的应用设计模式是一种在特定环境下经过验证的解决问题的方法。
常用的设计模式包括单例模式、工厂模式、观察者模式等。
合理应用设计模式可以提高代码的灵活性和可扩展性。
软件体系结构设计案例分析
ISSS系统所处的物理环境
外部系统接口 （ESI）
主计算机负责对监控数据 和飞行计划数据进行处理 4个并行令牌环 网 双LCN接口单元 与LCN相连
增强直接访问雷达 信道
测试培训子系统
本地通信网络（LCN）
BCN
监控控制台
监控控制台
通用控制台
通用控制台
通用控制台
通用控制台
空中交通管制人员的工作站；一个区 段组可以有1~4台通用控制台
各中心的信息存储结构
数据中心的分层体系结构
数据中心的分层体系结构
分层体系结构：某一层功能和实现的变化只是上下层有关 （低耦合，可扩展、组件复用） 安全管理：访问权限 日志管理：多种操作的记录 数据访问层：审查、发布数据的操作 应用服务层：多个共享服务组件 共享服务接口：访问接口、入口，重用部分应用服务组件
体系结构说明
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主数据中心作为整个系统共享服务的一个入口，它提供了 查询主数据中心上元数据信息的服务；负责向分数据中心 转发用户访问科学数据的请求。 分数据中心也可以作为共享服务的入口。每个分数据中心 都具有各自的管理信息系统，收集和管理某个研究领域内 的科学数据，用户可以直接登录某个分数据中心上访问数 据。 加入了安全中心。用户的基本信息，如密码、住址、所属 单位等，都由安全中心保存和维护。安全中心为所有数据 中心提供了用户的身份验证、维护的安全服务。 但是用户访问数据的权限则由各个数据中心独立地设置和 管理。
Suite System，ISSS）
ISSS是针对22个中途中心的软硬 件升级系统
需求与质量分析
空中交通管制系统若运行不好，可能会造成生命财产损失 极高的可用性
《软件体系结构重构与微服务实现》范文
《软件体系结构重构与微服务实现》篇一一、引言随着信息技术的飞速发展，软件系统的复杂性和规模不断扩大，传统的软件体系结构已经难以满足现代软件系统的需求。
因此，软件体系结构重构和微服务实现成为了当前软件工程领域的重要研究方向。
本文旨在探讨软件体系结构重构的必要性、方法以及微服务的实现技术，以期为软件系统的设计和开发提供有益的参考。
二、软件体系结构重构的必要性1. 应对复杂性和规模挑战：随着业务需求的不断变化，软件系统面临着越来越复杂的业务逻辑和庞大的数据量。
传统的软件体系结构难以有效应对这些挑战，需要进行重构以适应新的需求。
2. 提高系统性能：随着系统规模的扩大，传统软件体系结构可能导致性能瓶颈。
通过重构，可以优化系统架构，提高系统的性能和响应速度。
3. 增强系统可维护性和扩展性：软件体系结构重构可以降低系统的复杂性，提高系统的可维护性。
同时，通过采用微服务等技术，可以增强系统的扩展性，以满足业务发展的需求。
三、软件体系结构重构的方法1. 模块化设计：将系统拆分成多个独立的模块，每个模块负责特定的功能。
这样可以降低系统的复杂性，提高系统的可维护性和可扩展性。
2. 引入中间件：中间件可以屏蔽底层平台的差异，提供统一的接口。
通过引入中间件，可以降低系统对特定平台的依赖性，提高系统的可移植性和可扩展性。
3. 采用微服务架构：微服务架构将系统拆分成一系列小型服务，每个服务都运行在其独立的进程中。
这样可以提高系统的并发性和灵活性，降低系统的复杂性。
四、微服务的实现技术1. 服务拆分与定义：根据业务需求和系统架构，将系统拆分成多个微服务。
每个微服务都负责特定的业务功能，并定义明确的接口。
2. 容器化技术：采用容器化技术（如Docker）对微服务进行封装和部署，可以实现服务的快速部署和扩展。
3. 服务注册与发现：通过服务注册与发现机制，使各个微服务能够相互发现并通信。
常用的服务注册与发现组件有ZooKeeper、Etcd和Consul等。
软件体系结构课程总结报告
一、引言1.1 课程背景软件体系结构是软件工程的一个重要分支，它涉及软件系统的整体结构设计和组织管理。
本课程旨在帮助学生了解软件体系结构的基本概念、原则、方法和工具，提高他们分析和设计复杂软件系统的能力。
1.2 课程目标通过本课程的学习，学生应掌握软件体系结构的基本概念、原则和常见的体系结构风格；了解软件体系结构的设计方法和工具；学会分析现有软件体系结构，评估其优劣；能够运用所学知识设计适用于不同场景的软件体系结构。
二、课程内容2.1 软件体系结构基本概念软件体系结构的定义软件体系结构与软件设计的关系软件体系结构的组成元素软件体系结构的基本原则2.2 常见软件体系结构风格组件级体系结构面向对象体系结构面向过程体系结构事件驱动体系结构数据流体系结构三、软件体系结构设计方法3.1 设计方法概述软件体系结构设计方法的目标和任务设计方法的基本步骤3.2 设计方法和工具面向对象设计方法设计模式架构描述语言（ADL）软件体系结构评估方法四、软件体系结构评估4.1 评估方法概述评估的目的和意义评估方法分类4.2 评估方法和工具定性评估方法定量评估方法评估工具介绍五、实例分析与实践5.1 实例分析分析现有软件体系结构实例评估现有软件体系结构的优劣5.2 实践项目设计一个简单的软件体系结构使用评估方法对设计出的软件体系结构进行评估本课程的教学方式包括课堂讲解、案例分析、实践项目和小组讨论。
通过这些教学方式，学生可以更好地理解和掌握软件体系结构的知识，提高分析和设计软件系统的能力。
六、软件体系结构的设计模式6.1 设计模式的概念设计模式的定义设计模式与软件体系结构的关系6.2 常见的设计模式创建型设计模式结构型设计模式行为型设计模式6.3 设计模式的应用与实践设计模式的选用原则设计模式的应用案例分析七、软件体系结构的演化7.1 软件体系结构演化的概念软件体系结构演化的原因软件体系结构演化的过程7.2 软件体系结构演化的方法与策略软件体系结构演化的方法软件体系结构演化的策略软件体系结构演化的案例分析软件体系结构演化的工具与技术八、软件体系结构的开源框架8.1 开源框架的概念开源框架的定义开源框架与软件体系结构的关系8.2 常见软件体系结构开源框架常用开源框架介绍开源框架的选择与使用8.3 开源框架的实践与应用开源框架的案例分析开源框架的整合与定制九、软件体系结构的评估与优化9.1 软件体系结构评估的概念软件体系结构评估的目的软件体系结构评估的方法9.2 软件体系结构优化的概念软件体系结构优化的目标软件体系结构优化的方法9.3 软件体系结构评估与优化的实践与应用软件体系结构评估与优化的案例分析10.1 课程回顾课程主要内容的回顾10.2 软件体系结构的发展趋势软件体系结构在未来的发展软件体系结构面临的挑战与机遇10.3 课程建议与展望学生对课程的建议与反馈课程未来的改进方向通过本课程的学习，学生不仅能够掌握软件体系结构的基本概念、方法和工具，还能够了解软件体系结构的设计模式、演化、开源框架以及评估与优化等方面的知识。
2022年系统架构设计师考试案例分析真题解析
系统架构设计师案例分析真题解析2022年11月系统构设计师下午题试题一(共 25 分) ：阅读以下关于软件架构设计与评估的叙述，在答题纸上回答问题 1 和问题 2。
【说明】某电子商务公司拟升级其会员与促销管理系统，向用户提供个性化服务，提高用户的粘性。
在项目立项之初，公司领导层一致认为本次升级的主要目标是提升会员管理方式的灵活性，由于当前用户规模不大，业务也相对简单，系统性能方面不做过多考虑，新系统除了保持现有的四级固定会员制度外，还需要根据用户的消费金额、偏好、重复性等相关特征动态调整商品的折扣力度，并支持在特定的活动周期内主动筛选与活动主题高度相关的用户集合，提供个性化的打折促销活动。
在需求分析与架构设计阶段，公司提出的需求和质量属性描述如下：(a)管理员能够在页面上灵活设置折扣力度规则和促销活动逻辑，设置后即可生效；(b)系统应该具备完整的安全防护措施，支持对恶意攻击行为进行检测与报警；(c)在正常负载情况下，系统应在 0.3 秒内对用户的界面操作请求进行响应；(d)用户名是系统唯一标识，要求以字母开头，由数字和字母组合而成，长度不少于 6 个字符。
(e)在正常负载情况下，用户支付商品费用后在 3 秒内确认订单支付信息；(f)系统主站点电力中断后，应在 5 秒内将请求重定向到备用站点；(g)系统支持横向存储扩展，要求在 2 人天内完成所有的扩展与测试工作；(h)系统宕机后，需要在 10 秒内感知错误，并自动启动热备份系统；(i)系统需要内置接口函数，支持开发团队进行功能调试与系统诊断；(j)系统需要为所有的用户操作行为进行详细记录，便于后期查阅与审计；(k)支持对系统的外观进行调整和配置，调整工作需要在 4 人天内完成。
在对系统需求、质量属性描述和架构特性进行分析的基础上，系统架构师给出了两种候选的架构设计方案，公司目前正在组织相关专家对系统架构进行评估。
【问题 1】(12 分)在架构评估过程中，质量属性效用树 (utility tree)是对系统质量属性进行识别和优先级排序的重要工具。
软件体系结构案例
软件体系结构案例分析案例一：学生管理系统功能如下面业务分解图所示，将一个开发的软件——学生管理系统分成五个子系统，学生档案管理：学生的一般情况，及奖励，处分情况；学生成绩管理：学习成绩，补考成绩；学籍处理：学生留降级处理，休复学处理，退学处理；日常教务管理：日常报表，如通知书，补考通知书等，学生学成绩的各种分类统计；毕业生学籍处理：结业处理，毕业处理，授位处理，学籍卡片等。
3、信息采集与各部门的使用权限每学期考试完毕由各系录入成绩，然后由教务科收集。
为了信息的安全和数据的权威性，对于网上信息的使用权限和责任规定如下：性能1、网络环境下的多用户系统在上述已有的硬件环境下，信息由各用户在规定的权限下在各自的工作站上录入，信息上网后各用户可查询，调用，达到信息共享。
2、数据的完整性，准确性a、录入数据采用表格方式，限制录入数据类型及取值范围以保证数据的完整性及准确性。
b、系统具有部分反悔修改功能，系统备有的修改功能均可反悔3、数据完成的时间性，如成绩的录入，仅当师资科录入教学进程，教务科分发教师教学任务安排之后，各系方可录入成绩。
4、数据安全性本系统采用二级安全保障第一级：依赖于网络本身对用户使用权限的规定。
第二级：在程序模块中通过使用密码控制功能对用户使用权限加以限制。
如上表5、成绩自动统计分析及学籍的自动处理本系统按学籍管理条例设计了若干个软件处理模块：1、按某学生某学期，学年考试及补考成绩，自动生成该学生是否升留降级，退学。
2、可按某学生在校期间累计补考科目门数和成绩自动生成该学生是否结业，毕业，授位。
3、可按某学生因非成绩原因所引起的学籍变更作自动处理。
4、可按每学期各年级班学生考试成绩自动生成补考名单，科目。
5、可按每学期各年级学生考试成绩自动生成某课程统计分析表。
*案例二：网上招聘系统项目来源及背景本项目是为北京某公司开发的一个网上招聘系统，由于这个公司的规模比较大，需要招聘的员工也很多，每次招聘总能收到成千上万的简历，如何挑选合适的应聘者常常是公司比较棘手的事情，为人力资源部的工作人员带来很多的工作量。
软件系统架构图-参考案例
各种软件开发系统架构图案例介绍v1.0 可编辑可修改第一章【荐】共享平台架构图与详细说明1.1.【荐】共享平台逻辑架构设计(逻辑指的是业务逻辑)注:逻辑架构图--主要突出子系统/模块间的业务关系, 这里的逻辑指的是业务逻辑如上图所示为本次共享资源平台逻辑架构图，上图整体展现说明包括以下几个方面：1 应用系统建设本次项目的一项重点就是实现原有应用系统的全面升级以及新的应用系统的开发，从而建立行业的全面的应用系统架构群。
整体应用系统通过SOA面向服务管理架构模式实现应用组件的有效整合，完成应用系统的统一化管理与维护。
2 应用资源采集整体应用系统资源统一分为两类，具体包括结构化资源和非机构化资源。
本次项目就要实现对这两类资源的有效采集和管理。
对于非结构化资源，我们将通过相应的资源采集工具完成数据的统一管理与维护。
对于结构化资源，我们将通过全面的接口管理体系进行相应资源采集模板的搭建，采集后的数据经过有效的资源审核和分析处理后进入到数据交换平台进行有效管理。
3 数据分析与展现采集完成的数据将通过有效的资源分析管理机制实现资源的有效管理与展现，具体包括了对资源的查询、分析、统计、汇总、报表、预测、决策等功能模块的搭建。
4 数据的应用最终数据将通过内外网门户对外进行发布，相关人员包括局内各个部门人员、区各委办局、用人单位以及广大公众将可以通过不同的权限登录不同门户进行相关资源的查询，从而有效提升了我局整体应用服务质量。
综上，我们对本次项目整体逻辑架构进行了有效的构建，下面我们将从技术角度对相关架构进行描述。
1.2.【荐】技术架构设计注:技术架构图 --主要突出子系统/模块自身使用的技术和模块接口关联方式如上图对本次项目整体技术架构进行了设计，从上图我们可以看出，本次项目整体建设内容应当包含了相关体系架构的搭建、应用功能完善可开发、应用资源全面共享与管理。
下面我们将分别进行说明。
1.3.【荐】系统整体架构设计(也称为系统总体架构)上述两节，我们对共享平台整体逻辑架构以及项目搭建整体技术架构进行了分别的设计说明，通过上述设计，我们对整体项目的架构图进行了归纳如下：注:系统整体/总体架构图 --主要突出从物理硬件（物理层/基础层）、数据库（数据层）、后台底层（支撑层）、业务逻辑（业务层/应用层）、UI描述（展示层）、系统用户分类（用户层），项目实施与运维管理，标准与规范体系和安全保障体系（贯穿各层的保障系统）一般我们只画大虚框内的部分就行了，外面的是说明与其他系统的对接描述，可以省略综上，我们对整体应用系统架构图进行了设计，下面我们将分别进行说明。
C2_软件体系结构建模解析
这是一个最直观、最普遍的建模方法。这种方法以 体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结构，并 力图通过结构来反映系统的重要语义内容，包括系统 的配置、约束、隐含的假设条件、风格、性质等。 研究结构模型的核心是体系结构描述语言。
2018/10/15
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第3章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
2018/10/15
编程人员：软件管理 开发视图
物理视图 系统工程人员：系统 拓扑、安装、通信等
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第3章 软件体系结构建模 ◇ 软件架构视图
3.2 “4+1”视图模型
Kruchten在其著作《Rational统一过程引论》中写道： 一个架构视图是对于从某一视角或某一点上看到的系 统所做的简化描述，描述中涵盖了系统的某一特定方面， 而省略了与此方面无关的实体。 软件架构的每个视图分别关注不同的方面，针对不同 的目标和用途。
最终用户：功能需求 逻辑视图 场景
编程人员：软件管理 开发视图
进程视图 系统集成人员：性能 可扩充性、吞吐量等
物理视图 系统工程人员：系统 拓扑、安装、通信等
u逻辑视图 当采用面向对象的设计方法时，逻辑视图即 是对象模型。
u进程视图 描述系统的并发和同步方面的设计。 u物理视图 描述软件到硬件之间的映射关系，反映系统 在分布方面的设计。
◎ 框架模型
3.1 软件体系结构建模概述
框架模型与结构模型类似，但它不太侧重描述结构 的细节而更侧重于整体的结构。 框架模型主要以一些特殊的问题为目标建立只针对 和适应该问题的结构。
2018/10/15
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第3章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
◎ 动态模型
3.1 软件体系结构建模概述
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对原型系统的分析
请求都由“中心”服务器做出响应，一旦它出现了故障， 无法提供服务，则存储在系统中的科学数据就无法向外界 提供共享服务。
对有保密性要求的数据实施安全控制； 提供系统运行日志监控信息，供管理员了解系统的运行和 安全状态；
2005年中期完成系统，年底前投入正式使用； 能够利用现有系统的可利用资源； 初期总共投资2000万，分别用于系统的集成建设和开发、 共享数据标准的制定。
科学数据共享网的体系结构？
科学数据共享网的体系结构
提供的接口负责将收集的科学数据先暂存在平台数据库中；然后 供工作人员对数据进行有效性检查和加工，并将合法数据转移到 发布数据库中；最后管理发布数据库中数据的接口提供数据的访 问服务。 平台管理承担了管理用户信息、管理用户和数据的安全信息，以 及生成平台运行日志的任务。
是否合适？
对原型系统的分析
非功能性需求
质量属性
可用性/可靠性
可维护性 性能
安全性
商业属性
针对质量属性的需求
系统应能长期稳定地提供服务，近似7 × 24小时工作强度； 在负载过重或是系统崩溃的情况下，能保证用户的请求不 丢失； 当系统出现故障或崩溃时，恢复时间不超过两小时；
修改某个子系统或服务时，不影响其他子系统或服务；
高峰时系统的平均响应时间控制在20秒以内； 系统能够满足100个并发的用户查询请求； 系统至少能够支持2000个用户的在线服务；
遵循面向服务的体系结构思想，为了实现数据的共享服 务，各个中心将服务内容封装成Web Service，作为其他 中心访问本中心数据的入口，并通过Internet传输数据。
重新设计的面向服务的体系结构
体系结构说明
面向服务的体系结构
门户（主数据中心），安全中心和分数据中心通过由Web Service 构建的数据共享服务、全局服务、 安全服务相互连接，组成了科 学数据共享网的体系结构。
新的体系结构划分了主数据中心、分数据中心和安全中 心；三类中心分别有各自基于B/S结构的管理系统，相对 独立。
服务，平均响应时间最长不超过20秒。
数据方面的特殊需求和特点
保护数据版权，保证数据的安全性
科学数据是科学工作者辛勤劳动的果实，同书籍一样也存在 版权的问题。所以在数据的使用上，需要版权保护。
此外，由于一些数据有其时效性和保密性，所以在提供服务 时需要对数据访问进行相应的安全控制。
系统需求
架构师一般通过两种途径来获得系统的需求：
补救办法：增加备份服务器，组成集客户要求尽量达到7×24小时服务，平均修复时间不超过2小 时。实现客户要求相当难度，成本也高。
数据都存储在一个系统内，采取了通过Internet上载或是 其它途径（光盘、磁盘等方式）提交科学数据的方式。考 虑到地学领域的数据通常是较大的地图，网络提交数据的 方式会影响到“中心”服务器的数据吞吐量，降低了系统 性能。
软件体系结构设计案例
科学数据共享网 空中交通管制
体系结构设计案例
科学数据共享网体系结构设计
科学数据共享网
科学数据共享网的系统需求
“中国地球系统科学数据共享网”是国家科学数据共享工 程的重要组成部分，同时也是科技部推动“国家科学数据 共享工程”2002年试点的三个科学数据共享网之一。
该系统针对基于各圈层（大气圈、水圈、 生物圈）相互作 用的地球系统科学的整体研究，利用互联网，整合、集成 各科研院所、高等院校和国际数据组织以及科学家个人手 中的相关专业数据资源，瞄准地球系统科学的前沿研究， 开展数据组织、加工与服务，构建物理上分布、逻辑上统 一的地球系统科学数据管理与共享服务网。这一工作对于 增强我国基础科学研究和前沿科学创新能力具有重要的意 义。
原型的体系结构及其分析
根据需求，数据将以Internet为传输途径完成共享。在目前 以Internet为前提的系统中，应用最广泛的是B/S（Browser /Server）结构。
这样的结构已经相当成熟，并具有很大的灵活性。科学数据 共享网也是基于这样初衷而设计的。
系统的原型设计
系统的原型设计
用户直接主动地提供的需求（一般都是功能性需求和领域知 识）
希望“科学数据共享网”能通过Internet为用户提供数据服 务，包含：数据目录服务、数据资源导航、数据下载功能、对 数据进行稳妥地安全管理。
构架师设计“对话问题”，通过对用户提问，进一步与他们 沟通，从而得到明确的需求。
构架师以用软件系统各方面的质量属性为索引，系统地启发用 户谈出他们实际需要、但没有表达出来或是表达不完全的内 容。
所有的数据都由“中心”服务器负责存储，并向用户提供 服务。
这样的结果是所有的用户请求都由中心服务器来响应。即 使内部的四个模块部署到不同的服务器上，“平台数据管 理”和两个数据库所承担的运算量也是可观的。
考虑到未来的科学数据将会越来越庞大，大量的数据都存 储到服务器中，对服务器来讲必然是巨大的负担。而且， 数据管理和维护的成本也随着数据量的增加而加大。
对于科学数据的存储、管理、共享等诸多计算都是由“中 心”服务器承担。在中心服务器中，又划分了数据收集、 数据访问、平台数据管理和平台管理四个模块。
数据收集负责收集用户通过Internet上载或是其它途径（光盘、磁 盘）提交上来的科学数据。
数据访问负责向用户提供访问科学数据的服务---查询和下载 平台数据管理承担了与数据库交互，管理和存储数据的工作。它
数据方面的特殊需求和特点
能够快捷地收集数据
科学数据分散在科研院所和科学家手中，要设计开发一套收 集数据的机制，使其能够快速地整合到系统中，提供数据共 享服务。
数据收集的途径应主要通过网络媒介，而且不能影响系统所 提供的网络服务的正常运行。
有效存储和管理海量数据，并快速定位数据
该系统能够提供目录服务，合理地管理数据。 提供用户查阅、下载、使用数据的服务。 当用户在系统中查找数据时，希望能够快速定位数据，提供