软件工程---软件设计模式与体系结构
第六章软件体系结构与设计模式
第六章软件体系结构与设计模式软件体系结构是指通过一组组件和它们之间的关系来描述一个软件系统的结构。
它是软件开发过程中的关键环节，可帮助开发人员更好地理解系统的组织方式以及各组件之间的通信和互动方式。
设计模式则是对常见问题的解决方案的抽象和总结，是一些经过验证的最佳实践。
本章主要介绍软件体系结构和设计模式的基本概念、原则以及常见的几种设计模式。
软件体系结构主要包括四个层次：结构模式、构件和连接模式、框架和架构模式、全局属性。
结构模式主要描述系统中各组件的静态结构，如类图、对象图等。
构件和连接模式关注系统中各组件的互动方式和通信方式。
框架和架构模式描述一些场景或领域中的通用的、可复用的体系结构模式。
全局属性则是描述整个系统的重要属性，如性能、可扩展性等。
设计模式是对常见问题的解决方案的抽象和总结，是一些经过验证的最佳实践。
常见的设计模式包括：创建型模式（工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式）、结构型模式（适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式）、行为型模式（模板方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式、访问者模式）。
在实际的软件开发过程中，使用软件体系结构和设计模式可以带来一系列的好处。
首先，软件体系结构可以帮助开发人员更好地理解系统的组织方式，减少开发过程中的沟通成本。
其次，设计模式提供了一种经过验证的最佳实践，可以避免重复造轮子，提高开发效率。
再次，软件体系结构和设计模式可以提高系统的可维护性和可扩展性，降低系统的复杂度。
最后，软件体系结构和设计模式可以提高系统的重用性，减少代码的冗余。
总之，软件体系结构和设计模式是软件开发过程中非常重要的两个环节。
通过使用软件体系结构和设计模式可以提高系统的可维护性、可扩展性和重用性，降低系统的复杂度，提高开发效率。
因此，在实际的软件开发过程中，开发人员应该充分认识到软件体系结构和设计模式的重要性，并灵活应用于实际项目中。
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4、这样，一个简单的maven项目就已经构建好了
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4、打开pom.xml文件并在其中添加servlet依赖项和Tomcat maven插件，如下 代码所示，pom.xml
<properties> <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding> <failOnMissingWebXml>false</failOnMissingWebXml>
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localRepository节点默认是被注释掉的，需要把它移到注释之外，然后将localRepository 节点的值改为我们在3.1中创建的目录D:\Program Files\Apache\maven-repository。 3. localRepository节点用于配置本地仓库，本地仓库其实起到了一个缓存的作用，它的 默认地址是 C:\Users\用户名.m2。 当我们从maven中获取jar包的时候，maven首先会在本地仓库中查找，如果本地仓库有 则返回；如果没有则从远程仓库中获取包，并在本地库中保存。 此外，我们在maven项目中运行mvn install，项目将会自动打包并安装到本地仓库中。
7、右键-run->Maven build,并输入tomcat：run运行嵌入式tomcat服务器
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8、现在运行配置启动tomcat服务器。 控制台输出如下图所示
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9、打开浏览器并在地址栏中输入URL: ，得到以下结 果：
软件设计模式与体系结构
软件设计模式与体系结构软件设计模式与体系结构是软件开发过程中一个重要的部分，它涉及软件的结构和性能，是一种很有效的软件开发技术。
这种技术帮助软件开发者以有效的方式分析、设计和实施软件系统。
设计模式通常包括概念、实践、方法和工具，可以帮助开发人员编写更有效的代码来实现某些功能。
软件设计模式可以帮助分析和识别系统中存在的问题，并且可以提供一种机制来解决这些问题。
它们是一种有效的技术，可以帮助开发人员分析系统中存在的问题，并确定最佳的解决方案。
它们还可以帮助编写更有效的代码，使软件的功能更加完善而且更具灵活性。
软件设计模式可以提高软件开发的效率，并且可以确保软件系统能够实现其功能。
设计模式可以帮助软件开发人员有效地分析软件系统，并且可以帮助软件开发人员在开发软件时，利用模式的优点来实现更高的质量的软件系统。
软件体系结构是软件开发的基础，它指的是软件系统的组织结构，它定义了软件系统的整体结构和功能性的架构。
它不仅可以帮助实施高效的设计，而且可以指导软件开发过程，为软件开发提供有效的指导。
软件体系结构可以确保软件系统能够实现其功能，并且可以实现高效的开发。
它提供了一种抽象的方法，可以将软件系统模块化，用来控制数据的流动，从而改进软件的性能。
它还可以帮助软件开发者更好地理解软件结构和功能，还可以帮助系统可以得到更好的维护和扩展。
因此，软件设计模式和体系结构在软件开发过程中起着重要的作用，可以帮助软件开发者更好地分析、设计和实施软件系统，以满足业务需求。
它们可以帮助软件开发者实现更高的质量的软件系统，并且可以提升软件开发的效率。
因此，软件设计模式和体系结构是一个很重要的研究领域，有助于促进软件开发的发展。
软件工程师软件体系结构与架构设计
软件工程师软件体系结构与架构设计软件工程师：软件体系结构与架构设计软件工程师是现代社会中不可或缺的职业之一。
在软件开发的过程中，体系结构与架构设计是一个至关重要的环节。
本文将针对软件工程师在软件体系结构与架构设计方面的任务和技能进行探讨，以及如何有效地应对挑战。
一、什么是软件体系结构与架构设计软件体系结构是软件系统的基础框架，它决定了软件系统的组织结构、关键组件之间的关系以及系统的行为特征。
架构设计则是指在软件体系结构中确定具体组件和模块的设计方案和结构。
软件体系结构与架构设计是软件工程师在软件开发过程中的重要任务。
二、软件体系结构与架构设计的任务1. 定义系统需求：软件工程师在软件体系结构与架构设计的初期，需要明确系统的需求，包括功能需求、性能需求、可靠性需求等。
这对于后续的设计和实施工作非常重要，也是确保软件系统能够满足用户需求的关键。
2. 选择适当的架构风格：根据系统需求和特点，软件工程师需要选择合适的架构风格。
常见的架构风格包括分层架构、客户端-服务器架构、面向服务的架构等。
选择合适的架构风格能够提高系统的可维护性、可重用性和可扩展性。
3. 划分模块和组件：软件工程师需要将系统划分为模块和组件，并定义它们之间的接口和交互方式。
模块和组件的划分应该考虑到功能的独立性和耦合性，以及实现的可行性和效率。
4. 确定关键技术选型：在软件体系结构与架构设计过程中，软件工程师需要评估和选择关键技术和工具。
例如，选择合适的数据库管理系统、开发框架和编程语言等，以支持系统的实现和运行。
5. 进行系统性能分析：软件工程师需要对系统进行性能分析，评估系统的性能瓶颈和瓶颈原因，并提出优化方案。
这将直接影响系统的性能和用户体验。
三、软件体系结构与架构设计的技能要求1. 系统思维能力：软件工程师需要具备良好的系统思维能力，能够从宏观角度看待系统，理解系统的整体结构和各个组件之间的关系。
2. 抽象与建模能力：软件工程师需要有抽象和建模的能力，能够将系统需求和架构设计抽象成合适的模型，以便于理解和沟通。
软件设计模式与架构
软件设计模式与架构软件设计模式是软件开发中的重要概念之一，它描述了在特定情境下解决问题的经验性模板。
软件设计模式不仅使得软件开发更加高效和可维护，还能提高软件系统的性能和可扩展性。
而软件架构则是软件系统的基本结构和组织方式，它决定了系统的各个组件如何协同工作和相互通信。
1. 软件设计模式软件设计模式分为三种类型：创建型、结构型和行为型。
创建型设计模式主要关注对象的创建过程，包括单例模式、工厂模式和抽象工厂模式等。
结构型设计模式则关注类和对象的组合方式，如适配器模式、代理模式和装饰器模式等。
行为型设计模式则处理对象之间的通信和协作，如观察者模式、策略模式和模板方法模式等。
2. 软件架构软件架构是系统的骨架，决定了系统的各个部分如何相互协作。
常用的软件架构包括三层架构、MVC架构和微服务架构。
三层架构将系统分为表示层、业务逻辑层和数据访问层，实现了模块化和解耦。
MVC架构则将系统分为模型、视图和控制器，实现了数据模型和视图的分离。
而微服务架构则将系统拆分为多个小型服务，每个服务独立运行和部署，实现了弹性和可扩展性。
3. 软件设计模式与架构的关系软件设计模式和架构紧密相关，它们相互支持和影响。
设计模式提供了解决特定问题的模板，而架构决定了系统的整体结构。
使用设计模式可以帮助构建具有良好架构的系统，同时良好的架构也有助于更好地应用设计模式。
4. 示例：三层架构下的设计模式在三层架构中，可以结合多种设计模式来实现系统的不同功能。
4.1. 单例模式单例模式可以用于表示层的控制器，保证每个页面只有一个控制器实例，提高性能和安全性。
4.2. 工厂模式工厂模式可以用于数据访问层，根据不同的数据源类型创建对应的数据访问对象，提供灵活性和可扩展性。
4.3. 观察者模式观察者模式可以用于业务逻辑层，当某个对象的状态发生变化时，通知其他对象进行相应操作，实现松耦合。
4.4. 策略模式策略模式可以用于表示层，根据用户的不同需求选择不同的页面展示策略，提供灵活性和可定制性。
软件工程专业的软件架构与设计模式
软件工程专业的软件架构与设计模式软件工程是一门研究如何以系统化、规范化、可靠化地构建和维护软件的学科。
在软件开发过程中，软件架构和设计模式起着至关重要的作用。
本文将介绍软件工程专业中软件架构的概念以及常用的设计模式。
一、软件架构软件架构指的是软件系统的结构和组成方式，它决定了软件系统的整体性能、可靠性和可维护性。
在软件工程中，常见的软件架构包括三层架构、客户端-服务器架构、分布式架构等。
1. 三层架构三层架构是一种将软件系统划分为展示层、业务逻辑层和数据访问层的架构模式。
展示层负责与用户进行交互，业务逻辑层处理具体的业务逻辑，数据访问层用于与数据库进行交互。
三层架构能够使系统各层之间的职责清晰，易于维护和扩展。
2. 客户端-服务器架构客户端-服务器架构是一种将软件系统划分为客户端和服务器端的架构模式。
客户端负责接收用户请求并进行处理，服务器端负责处理和存储数据。
客户端和服务器端通过网络进行通信。
客户端-服务器架构能够实现系统的分布式部署，提高系统的并发性和可扩展性。
3. 分布式架构分布式架构是一种将软件系统的功能划分为多个独立的模块，在不同的计算机或服务器上进行部署和运行。
各个模块通过消息传递或远程调用进行通信，共同完成系统的功能。
分布式架构能够实现系统的高可用性和容错性。
二、设计模式设计模式是在软件设计中经常遇到的问题的解决方案，它可以提高软件的可维护性、可重用性和可扩展性。
在软件工程中，常用的设计模式包括单例模式、观察者模式、工厂模式等。
1. 单例模式单例模式是一种保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点的设计模式。
通过将类的构造方法设为私有，限制了实例的个数，确保系统中只存在一个实例。
单例模式常用于需要共享资源的情况，如数据库连接池。
2. 观察者模式观察者模式是一种定义了对象之间的一对多关系的设计模式。
当一个对象的状态发生变化时，其依赖的其他对象将自动得到通知并更新。
观察者模式可以实现一种松耦合的方式，使对象之间的依赖关系更加灵活。
软件工程中的软件体系结构与设计模式
软件工程中的软件体系结构与设计模式软件工程是一门涉及软件开发、维护、测试和管理的学科。
在软件工程的实践中，软件体系结构和设计模式是两个重要的概念。
本文将探讨软件体系结构与设计模式在软件工程中的应用和重要性。
一、软件体系结构软件体系结构是指软件系统的整体结构和组成部分之间的关系。
它描述了软件系统的组织方式、模块划分和模块之间的通信方式。
软件体系结构的设计对于软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性具有重要影响。
在软件体系结构的设计中，常用的模式包括层次结构、客户端-服务器模式和发布-订阅模式等。
层次结构将软件系统划分为多个层次，每个层次都有特定的功能。
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，客户端发送请求，服务器处理请求并返回结果。
发布-订阅模式中，发布者发布消息，订阅者接收消息。
软件体系结构的设计需要考虑多个因素，如系统的可靠性、性能、安全性和可维护性等。
一个好的软件体系结构应该能够满足系统的需求，并且易于理解和维护。
二、设计模式设计模式是在软件设计中常见问题的解决方案。
它们是经过验证的、可重用的设计思想，可以提高软件的可维护性和可扩展性。
设计模式可以分为三类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。
创建型模式用于对象的创建，包括工厂模式、单例模式和原型模式等。
结构型模式用于对象之间的组合，包括适配器模式、装饰器模式和代理模式等。
行为型模式用于对象之间的通信，包括观察者模式、策略模式和命令模式等。
设计模式的应用可以提高软件系统的灵活性和可维护性。
通过使用设计模式，开发人员可以将系统的不同部分解耦，使其更易于修改和扩展。
此外，设计模式还可以提高代码的可读性，减少重复代码的编写。
三、软件体系结构与设计模式的关系软件体系结构和设计模式是紧密相关的概念。
软件体系结构提供了软件系统的整体框架，而设计模式提供了解决具体问题的方法。
在软件体系结构的设计中，设计模式可以用于解决不同层次和模块之间的通信问题。
软件工程中的软件架构与设计模式
软件工程中的软件架构与设计模式在软件开发过程中，软件架构和设计模式是两个非常重要的概念。
它们可以帮助开发人员构建可靠、可维护和可扩展的软件系统。
本文将探讨软件架构和设计模式在软件工程中的作用和应用。
一、软件架构的定义与作用软件架构是指软件系统的基本结构和组织方式，它决定了系统的整体性能、可靠性和可扩展性。
一个好的软件架构可以提高开发效率，降低维护成本，并且能够适应未来的需求变化。
软件架构包括三个方面的内容：结构、行为和交互。
结构表示系统的组成部分和它们之间的关系，行为表示系统的功能和操作，交互表示系统与外界的接口和通信。
软件架构可以分为多种类型，常见的有三层架构、MVC架构、微服务架构等。
不同的架构类型适用于不同的应用场景和需求。
选择合适的架构类型可以提高系统的可维护性和可扩展性。
二、常用的软件设计模式软件设计模式是一套被广泛接受和使用的解决方案，它可以帮助开发人员解决常见的设计问题。
设计模式可以提高代码的可读性和可重用性，并且能够降低系统的耦合度。
常见的软件设计模式包括单例模式、工厂模式、观察者模式、策略模式等。
每个设计模式都有自己的特点和适用场景。
开发人员可以根据实际需求选择合适的设计模式来解决问题。
三、软件架构与设计模式的关系软件架构和设计模式是相互关联的。
软件架构提供了一个框架和结构，而设计模式则是在这个框架和结构下的具体实现方式。
在软件开发过程中，首先需要确定系统的整体架构，选择合适的架构类型。
然后，在这个架构下，根据具体需求选择合适的设计模式来实现系统的功能和操作。
一个好的软件架构可以为设计模式的选择提供指导。
例如，在三层架构中，可以使用工厂模式来创建对象，使用观察者模式来实现事件通知。
而在微服务架构中，可以使用策略模式来实现不同服务的业务逻辑。
四、软件架构与设计模式的应用实例下面以一个在线商城系统为例，介绍软件架构和设计模式的应用。
在这个系统中，可以选择三层架构作为整体架构。
前端展示层负责与用户的交互，中间业务层负责处理业务逻辑，后端数据层负责数据的存储和访问。
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所有依赖关系，均应终止于抽象类或者接口
依赖倒转原则
依赖倒转原则分析（如何实现依赖倒转？）
✓ 类之间的耦合
• 零耦合关系
• 具体耦合关系 • 抽象耦合关系
依赖倒转原则分析
✓ 依赖注入 • 构造注入(Constructor Injection)：通过构造函数注 入实例变量。 • 设值注入(Setter Injection)：通过Setter方法注入实 例变量。 • 接口注入(Interface Injection)：通过接口方法注入 实例变量。
依赖倒转原则
✓ 其英文定义为：
• High level modules should not depend upon low level modules, both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details, details should depend upon abstractions.
✓ 其英文定义为：
• Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.
依赖倒置原则的根本
里氏代换原则
✓ 实例解析
设计模式的诞生与发展
模式的诞生与定义
✓ 模式起源于建筑业而非软件业 ✓ 模式(Pattern)之父——美国加利佛尼亚大学环境结构中心研究所
所长Christopher Alexander博士 ✓ 《A Pattern Language: Towns, Buildings, Construction》—
✓ 类的职责主要包括两个方面：数据职责和行为职责，数据职责通过 其属性来体现，而行为职责通过其方法来体现。
✓ 单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，在很多代码重构 手法中都能找到它的存在，它是最简单但又最难运用的原则，需要 设计人员发现类的不同职责并将其分离，而发现类的多重职责需要 设计人员具有较强的分析设计能力和相关重构经验。
一个软件实体对其他实体的引用越少越好，或 者说如果两个类不必彼此直接通信，那么这两 个类就不应当发生直接的相互作用，而是通过 引入一个第三者发生间接交互
★★★☆☆
单一职责原则
单一职责原则定义
✓ 单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)定义如下： • 一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类 中。
依赖倒转原则实例
✓ 实例说明
• 某系统提供一个数据转换模块，可以将来自不同数据源的数据转换成 多种格式，如可以转换来自数据库的数据(DatabaseSource)、也可以 转换来自文本文件的数据(TextSource)，转换后的格式可以是XML文 件(XMLTransformer)、也可以是XLS文件(XLSTransformer)等。
拒绝不成熟的抽象
开闭原则
开闭原则实例
✓ 实例说明
• 某图形界面系统提供了各种不同形状的按钮，客户端代码可针对这些 按钮进行编程，用户可能会改变需求要求使用不同的按钮，原始设计 方案如图所示：
LoginForm - button : CircleButton + display () : void
里氏代换原则
✓ 依赖倒转原则要求客户端依赖于抽象耦合，以抽象方 式耦合是依赖倒转原则的关键。
里氏代换原则
里氏代换原则定义
只有子类可替换掉父类， 父类才可真正被复用
✓ 更容易理解的定义方式：
• 所有引用 基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。
• 或者：把所有的父类，全部替换为子类，则软件行为没有变化
开闭原则
开闭原则分析
✓ 开闭原则由Bertrand Meyer于1988年提出，它是面向 对象设计中最重要的原则之一。
✓ 在开闭原则的定义中，软件实体可以指一个软件模块、 一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。
开闭原则
需求不断变化，使系统 在不断变化中保持稳定， 多扩展，少修改。
开闭原则分析
✓ A pattern is a solution to a problem in a context ✓ 模式是在特定环境中解决问题的一种方案
设计模式的诞生与发展
软件模式
✓ 1990年，软件工程界开始关注Christopher Alexander等 在这一住宅、公共建筑与城市规划领域的重大突破，最早将 该模式的思想引入软件工程方法学的是1991-1992年以“四 人组(Gang of Four，GoF，分别是Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson和John Vlissides)”自称 的四位著名软件工程学者，他们在1994年归纳发表了23种 在软件开发中使用频率较高的设计模式，旨在用模式来统一 沟通面向对象方法在分析、设计和实现间的鸿沟。
软件设计模式与体系结构
设计原则名称
设计原则简介
重要性
面向对象设计原则概述 单一职责原则SRP
类的职责要单一，不能将太多的职责放在一个 ★★★★☆
(Single Responsibility
类中
P面rin向cipl对e) 象设计原则简介
开闭原则OCP(Open-Closed
软件实体对扩展是开放的，但对修改是关闭的， ★★★★★
★★★★★
接口隔离原则ISP (Interface Segregation
Principle)
使用多个专门的接口来取代一个统一的接口
★★☆☆☆
合成复用原则CRP(Composite 在系统中应该尽量多使用组合和聚合关联关系， ★★★★☆
Reuse Principle)
尽量少使用甚至不使用继承关系
迪米特法则LoD (Law of Demeter)
设计模式的定义与分类
设计模式的定义
✓ 设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、多数人 知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结，使用 设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、 保证代码可靠性。
设计模式的定义与分类
设计模式的基本要素
✓ 设计模式一般有如下几个基本要素：模式名称、问题、 目的、解决方案、效果、实例代码和相关设计模式，其 中的关键元素包括以下四个方面：
✓ 另一种表述为：
• 要针对接口编程，不要针对实现编程。
✓ 其英文定义为：
• Program to an interface, not an implementation.
依赖倒转原则
依赖倒转原则分析
✓ 简单来说，依赖倒转原则就是指：代码要依赖于抽象的 类，而不要依赖于具体的类；要针对接口或抽象类编程， 而不是针对具体类编程。
单一职责原则
单一职责原则实例
✓ 实例说明
• 某基录类(Login)实现：
• 现使用单一职责原则对其进行重构。
单一职责原则
单一职责原则实例
✓ 实例解析
开闭原则
开闭原则定义
✓ 变化是绝对的，但应通过扩展，而不是修改现有代码来 实现
✓ 开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)定义如下：
—253个建筑和城市规划模式 ✓ 模式
• Context（模式可适用的前提条件） • Theme或Problem（在特定条件下要解决的目标问题） • Solution（对目标问题求解过程中各种物理关系的记述）
设计模式的诞生与发展
模式的诞生与定义
✓ Alexander给出了关于模式的经典定义：每个模式都描 述了一个在我们的环境中不断出现的问题，然后描述了 该问题的解决方案的核心，通过这种方式，我们可以无 数次地重用那些已有的解决方案，无需再重复相同的工 作。
LoginForm - button : RectangleButton + display () : void
变化
CircleButton + view () : void
RectangleButton + view () : void
• 现对该系统进行重构，使之满足开闭原则的要求。
开闭原则
开闭原则实例
✓ 其英文定义为： • There should never be more than one reason for a class to change.
单一职责原则
单一职责原则分析
✓ 一个类（或者大到模块，小到方法）承担的职责越多，它被复用的 可能性越小，而且如果一个类承担的职责过多，就相当于将这些职 责耦合在一起，当其中一个职责变化时，可能会影响其他职责的运 作。
✓ 其英文定义为： • Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated by the class.
✓ 另一种定义方式如下： • 就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。
利用抽象，隔离变化。
✓抽象化是 开闭原则 的关键。
✓ 开闭原则还可以通过一个更加具体的“对可变性封 装原则”来描述，对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)要求找到系统 的可变因素并将其封装起来。
面向对象的核心
将频繁变化的部分 抽象
• 一个软件实体应当对 扩展 开放，对 修改 关闭。也就是说在设