第5--章软件体系结构
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。
软件工程导论(第5章)
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5.1.2 选取若干个合理的方案
至少选取低成本、中等成本和高成本三种方案。
每种方案准备四份资料：
系统流程图； 组成系统的物理元素清单； 成本/效益分析； 实现这个系统的进度计划。
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5.1.3 推荐最佳方案
分析员应该综合分析对比各种合理方案的利
弊，推荐一个最佳的方案，并且为推荐的方 案制定详细的实现计划。
发出较高质量的软件系统。
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第一部分：设计过程 第二部分：设计原理 第三部分：启发原则 第四部分：软件结构图 第五部分：面向数据流的设计方法
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5.1 设 计 过 程
总体设计过程通常由两个主要阶段组成： 系统设计:确定系统的具体实现方案。 结构设计:确定软件结构。 9个步骤： ① 设想供选择的方案 ② 选取合理的方案 ③ 推荐最佳方案 ④ 功能分解 ⑤ 设计软件结构 ⑥ 设计数据库 ⑦ 制定测试计划 ⑧ 书写文档 ⑨ 审查和复审
和理解； 可以使软件容易测试和调试，因而有助于提高软 件的可靠性； 能够提高软件的可修改性； 有助于软件开发工程的组织管理。
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模块化五条标准
模块可分解性
把问题分解为子问题 模块可组装性 可复用 模块可理解性 无需参考其他模块，易于构造和修改 模块连续性 微小修改只导致对个别模块 模块保护性 异常影响局限在模块内部
“隐蔽”意味着模块彼此间仅仅交换那些为了完成系统功能而 必须交换的信息。 “局部化”是指把一些关系密切的软件元素物理地放得彼此靠 近。局部化有助于实现信息隐蔽。
设计和确定模块时，使得一个模块内包含的信息(过程和 数据)对于不需要这些信息的模块来说，是不能访问的。 模块内部的数据与过程，应该对不需要了解这些数据与过 程的模块隐藏起来。只有那些为了完成软件的总体功能而 必需在模块间交换的信息，才允许在模块间进行传递。
软件体系结构
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践者提供设计体系结构更好的方法，以便设计人员相互交流，并可以使 用支持体系结构描述语言的工具来分析案例。 这些内容将在第5 章介绍。 第二类是体系结构领域知识的总结性研究。这一领域关心的是工程 师通过软件实践总结而来各种体系结构原则和模式的分类和阐释。 第三类是针对特定领域的框架 [SEI90,Tra94] 的研究。这类研究产生 了针对一类特殊软件的体系结构框架，比如，航空电子控制系统、移动 机器人、用户界面。这类研究一旦成功，这样的框架便可以被毫不费力 实例化来生产这一领域新的产品。这部分内容将在第 7 章介绍。 第四类是软件体系结构形式化支持的研究。随着新的符号的产生， 以及人们对体系结构设计实践的理解逐步深入，需要用一种严格的形式 化方法刻画软件体系结构及其相关性质。这些内容将在第 5 章介绍。
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设计或实现中一种特殊的重复出现的问题。例如，Bridge 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。框 架的关键还在于框架内对象间的交互模式和控制流模式 [2]。 设计模式是对在某种环境中反复出现的问题以及解决该问题的方 案的描述，它比框架更抽象；框架可以用代码表示，也能直接执行或复 用，而对模式而言只有实例才能用代码表示；设计模式是比框架更小的 元素，一个框架中往往含有一个或多个设计模式，框架总是针对某一特 定应用领域，但同一模式却可适用于各种不同的应用。体系结构风格描 述了软件系统的整体组织结构，它独立于实际问题。而设计模式和应用 框架更加面向具体问题。 体系结构风格、设计模式和应用框架的概念是从不同的目的和出发 点讨论软件体系结构，它们之间的概念经常互相借鉴和引用。
软件体系结构课件第5章统一建模语言
2:GetPrefSet()
10:PrefSet(date_mg)
1:GetPrefSet()
:MeetingInitiator
第5章 统一建模语言 直接使用UML建模 – 会议安排系统的类图
Person
StronglyConflicts With
Conflicts With
Important Attendee
0..* 0..*
0..* Profers
Attendee
1..* 1..* 0..* 0..*
11 1 1
1
Meeting Initiator
Find.exe
Query .dll
部署图 定义系 统中软 硬件的 物理体
系结构
第5章 统一建模语言 部署图
客户端:个人PC QueryClient.exe
服务器
《TCP/IP》 查询
QueryServer.exe 部署图
定义系
统中软
Find.exe
硬件的
物理体
Query.dll系结构
第5章 统一建模语言
第5章 统一建模语言
直接使用UML建模 – UML中的通用表示
➢ 字符串：表示有关模型的信息； ➢ 名字：表示模型元素； ➢ 标号：不同于编程语言中的标号，是用于表示或说明图形符号的字
符串； ➢ 特殊字符串：表示某一模型元素的特性； ➢ 类型表达式：声明属性、变量及参数，含义同编程语言中的类型表
0
10
20
30s 时间刻度
第5章 统一建模语言 状态图
提交订单 已审核 印前处理
客户付钱
已付款
已处理
进行冲印
冲印中 冲印完成
描述满足 用例要求 所要进行 的活动以 及活动间 的完约成束关 系，有利 于识别并 行活动
软件体系结构5 第5章 软件质量属性
外部质量
易用性
易用性是指用户使用软件的容易程度。 现代人的生活节奏快，做什么事都想图个方便。所以把易用性作为 重要的质量属性对待无可非议。导致软件易用性差的根本原因 ： 理工科大学教育存在缺陷：没有开设人机工程学、美学、心理学这 些必修课，大部分开发人员不知道如何设计易用的软件产品。开发 人员犯了“错位”的毛病：他以为只要自己用起来方便，用户也就 会满意。软件的易用性要让用户来评价。当用户真的感到软件很好 用时，一股温暖的感觉油然而生，于是就用“界面友好”、“方便 易用”等词来评价软件产品。
外部质量
兼容性
兼容性是指不同产品（或者新老产品）相互交换信息的能力。例如 两个字处理软件的文件格式兼容，那么它们都可以操作对方的文件， 这种能力对用户很有好处。兼容性又称为互操作性。 兼容性的商业规则：弱者设法与强者兼容，否则无容身之地；强者 应当避免被兼容，否则市场将被瓜分。金山软件公司的WPS与微 软的Word之争。WPS一定要与Word兼容，否则活不下去。但是 Word绝对不会与WPS兼容，除非WPS又在中国占有绝对优势。 中国联通和中国移动的手机互联互通问题。（互联网的价值与用户 数量的平方成正比）
质量目标与商业目标
质量定义
古时候人们ห้องสมุดไป่ตู้为长得结实、饭量大就是健康，这显然是不科 学的。现代人总是通过考察多方面的生理因素来判断是否健 康，如测量身高、体重、心跳、血压、血液、体温等。如果 上述因素都合格，那么表明这人是健康的。如果某个因素不 合格，则表明此人在某个方面不健康，医生会对症下药。 软件质量是许多质量属性的综合体现，各种质量属性反映了 软件质量的方方面面。人们通过改善软件的各种质量属性， 从而提高软件的整体质量。
响应度量(Response Measure)：以某种方式对其进行度量，对 需求进行测试。
软件体系结构概述
软件体系结构概述软件体系结构是指软件系统的组织方式和结构框架，包括系统的组件、模块、连接方式以及它们之间的关系。
软件体系结构定义了系统的主要构成和交互方式，以及系统的整体特性和行为。
软件体系结构的设计和选择对于系统的可维护性、可扩展性、可靠性和性能等方面都有重要影响。
软件体系结构可以理解为一个软件系统的蓝图或者设计模板，它指导和限制了系统在开发和维护过程中的各个方面，并对系统的演化和重用性提供支持。
常见的软件体系结构包括客户端-服务器体系结构、分层体系结构、面向对象体系结构、面向服务体系结构等。
客户端-服务器体系结构是最常见的软件体系结构之一，它将软件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用户交互，服务器负责处理业务逻辑和数据存储。
这种体系结构可以提高系统的可伸缩性和可靠性，同时也增加了系统的复杂性和通信开销。
分层体系结构将软件系统划分为多个层次，每个层次具有特定的功能。
常见的层次包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。
表示层负责用户界面的展示和交互，业务逻辑层负责系统的业务逻辑处理，数据访问层负责数据的存储和访问。
分层体系结构可以提高系统的可重用性和可维护性，同时也增加了系统的复杂性和通信开销。
面向对象体系结构利用面向对象的思想和技术进行软件系统的设计和实现。
它将软件系统划分为多个对象，每个对象具有特定的属性和方法，并通过消息传递进行交互。
面向对象体系结构可以提高系统的可重用性和可维护性，同时也增加了系统的复杂性和内存开销。
面向服务体系结构将软件系统划分为多个服务，每个服务具有特定的功能和接口。
这些服务通过网络进行通信和交互，从而实现系统的功能需求。
面向服务体系结构可以提高系统的可扩展性和跨平台性，同时也增加了系统的通信开销和服务管理的复杂性。
除了以上常见的软件体系结构外，还有其他一些特定领域的体系结构，如实时系统体系结构、并行系统体系结构等。
实时系统体系结构适用于对响应时间有严格要求的系统，它需要快速的响应和高可靠性。
软件体系结构课件_软件体系结构总复习
第一章 序论
软件体系结构的定义 Software Architecture is the structure or structures of
the system, Which comprise software elements, the externally visible properties of these Elements, and the relations among them
模块结构 组件-连接器结构 分配结构
分解结构 使用结构 分层结构 类或泛化
模块结构
分解结构 使用结构 分层结构 类或泛化
组件-连接器结构
组件 连接 连接的本质 连接器 组件间的联系
分配结构
什么是分配结构
硬件、团队结构、文件系统都会与软件构 架进行交互，所以必须考虑这一类结构。
第八章 构架编档
什么是架构编档，简要表达软件构架编档 要包含的主要内容。
第七章 软件产品线
产品线的概念 一个软件产品线是满足以下性质的
一组软件产品： -共享一组相同的、可管理的特性
的集合 -满足一类特定的市场需求
公共核心资产库(core assets base) COTS〔Commercial Off-the-Shelf〕 核心资产开发活动的输入和目标 产品开发活动中输入/输出关系 使用产品线的好处和代价
元进行操作 连接件：控制 根据控制策略的不同，分为： 数据库〔知识库〕：系统由输入数据流中的事务
信息来驱动，即输入数据流中的事务指令可以触 发系统相应进程的执行， 黑板：如果系统由中央数据结构的当前状态来驱 动，那么黑板模型。
黑板风格
Com它一些事物 元素外部可见的属性是指元素对其它元素来说 提供的效劳 需要的效劳 共享资源的使用等 各元素间的交互关系也可能有多种 例如：细划分，同步，调用，包含…
软件体系结构
软件体系结构在软件开发过程中，软件体系结构是一个至关重要的概念。
软件体系结构是指软件系统中的各个组件、模块和它们之间的关系。
一个优秀的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，同时也有利于降低开发成本和提高软件质量。
软件体系结构的定义软件体系结构是指软件系统中各个部分相互之间的组织方式。
它包括软件系统中的组件、组件之间的关系，以及这些组件和关系在整体上所形成的结构。
软件体系结构描述了软件系统的整体结构，以及各个组件之间的相互作用。
软件体系结构的重要性软件体系结构在软件开发过程中起着至关重要的作用。
一个良好的软件体系结构可以帮助开发人员更好地理解软件系统的结构和设计，从而更容易进行软件开发、测试、部署和维护。
此外，良好的软件体系结构还可以提高软件系统的性能、可靠性和安全性，降低软件开发和维护的成本。
软件体系结构的组成一个软件系统的体系结构通常由以下几个组成部分组成：1.组件（Components）：软件系统中的各个部分。
2.接口（Interfaces）：组件之间进行通信和交互的方式。
3.关系（Relationships）：描述组件之间的依赖关系，如依赖、引用、调用等。
4.约束（Constraints）：对组件之间交互的限制条件。
5.配置（Configurations）：软件系统中各个组件的布局和部署方式。
软件体系结构的类型软件体系结构可以分为多种类型，常见的软件体系结构包括：•分层体系结构：软件系统按层次结构组织，每一层负责不同的功能。
•客户端-服务器体系结构：软件系统分为客户端和服务器，客户端负责用户界面，服务器负责处理业务逻辑。
•面向服务的体系结构：软件系统以服务为中心，各个组件之间通过服务进行通信和交互。
•事件驱动体系结构：软件系统通过事件进行通信和控制。
•管道和过滤器体系结构：软件系统通过一系列过滤器进行数据处理。
软件体系结构的设计原则在设计软件体系结构时，需要遵循一些设计原则，以确保软件系统的质量和可维护性：1.模块化：将软件系统划分为多个独立的模块，每个模块负责一个特定的功能。