TLC_软件构架(上)

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软件构架的定义(1/4)
• Bass, Celments, and Kazman Addison-Wesley 2003
– “一个程序或计算系统的软件构架是指该系统的一个或多个结构， 它由软件组件，这些组件的外部可见特性以及这些元素之间的关系 组成。” – 外部可见特性指其他元素对该元素所做的各种假设 – 构架定义了软件元素 – 系统可能而且确实由多个结构组成
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目录
第一部分：概述
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背景 软件构架的定义

第二部分: 创建软件构架（续）
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设计软件构架
软件构架的起源和发展 软件构架的结构和视图
第三部分：软件构架评估
软件构架的作用
• 软件构架评估原因
第二部分：创建软件构架
影响软件构架的因素 理解质量属性 实现质量属性
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• 配置(configurations)
• 软件构架是关于系统的一个或多个结构 • 对软件构架的描述应采用多个视图
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构件
• 构件是系统中负责计算和数据存储的单元 • 常见的构件类型包括
– 客户端 – 服务器 – 数据库
• 构件可以简单的或复合的
– 逐层分解的方式来对系统结构进行细化
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连接件
• 连接件是对构件之间连接和交互关系的抽象 • 常见的连接件类型
• 软件构架形式化理论和描述语言 • 软件构架风格/模式 • 软件构架文档化 • 软件构架评审 • 软件构架设计支持工具 • 基于软件构架的开发方法 • 软件构架细化 • 软件构架逆向构造等
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第一部分：概述
• 背景：软件构架为什么越来越引起人们关注？ • 软件构架的起源和发展 • 软件构架的定义 • 软件构架的结构和视图 • 软件构架的作用
详细设计
设计重点
主要概念 关注特性
软件构架设计
系统整体组织结构
构件、连接件、端口、角色、配置 系统全局质量属性
算法＋数据结构
过程、函数、过程调用 单个构件的接口和行为特性
• 软件构架的明确提出使对系统整体结构的研究正式成为一门独 立学科
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第一部分：概述
• 背景：软件构架为什么越来越引起人们关注？ • 软件构架的起源和发展 • 软件构架的定义 • 软件构架的结构和视图 • 软件构架的作用
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软件构架定义(4/4)
• Booch, Rumbaugh, and Jacobson, 1999
– 软件构架是一组关于下述问题的重要决定
• 软件系统的组织 • 构成系统的结构化元素和它们接口的选择 • 这些模型元素之间的协作所描述的行为 • 这些结构化和行为元素的组装，以形成更大的子系统 • 指导这种组织（静态和动态元素，以及它们的接口、协作和 组装）的构架风格 • 软件构架不仅关注结构和行为，也关注使用、功能、性能、 可扩展性、可复用性、可理解性、经济和技术约束与折衷、 审美考虑等
参考书(1/2)
• Len Bass，Paul Clements and Rick Kazman. Software Architecture in Practice (2nd Edition). MA: Addison-Wesley, 2003
• 林 巴斯, 保罗 克莱门茨, 瑞克 凯兹 曼著；车立红译. 软件构架实践 (第2版), 清华大学出版社, 2004
– 软件组成的复杂化
• 新开发的代码，遗留的软件资产，静态库，动态库，不同语 种的集成
– 程序规模变化 • 1000行 ~ 7000万行的程序代码 – 平台的多样化
• 多种操作系统、应用程序的混合、多厂商联合开发
– 物理的分布 – 各种通讯协议的混合 – 产品需求的更改
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软件设计受到的各种作用力
功能
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软件构架概念的起源(1/3)
• 软件构架并不是一个全新的概念
• 多年来，软件工程师在不自觉地使用软件构架的概念
– Client-Server，Three-Tier, P2P, Distributed – 构架的设计建立在直觉和经验、而非坚实的工程原则之上 – 构架的描述是非形式化的和随意的，经常采用框线图加文字注释
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软件构架的起源(3/3)
– 1970’s：Parnas对Dijkstra的思想做了进一步发展，提出模块化和 信息隐藏的设计原则
• 强调在对系统结构进行划分时，应将易变信息封装到各个模块内部 ，模块的接口仅包含不易改变的系统细节
• 这一思想后来发展成为面向对象设计和软件构架设计的基本原理
– 1975年，Frank DeRemer和Hans Kron提出“大粒度编程”的思想 (Programming-in-the –Large) ，并创建了第一个模块互连语言MIL
• ANSI/IEEE1471-2000对大规模软件构架的描述建议
– “软件构架被定义为系统的基本组织结构，包括构件、构件之 间的关系、环境以及管理系统设计和演化的原则。”
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软件构架定义(3/4)
• Garlan and Shaw ,1993
– 软件构架是有关算法和数据结构之外其它因素的一个设计层次， 设计和定义系统的总体结构正成为一个新问题。结构方面的因素 包括总体组织和全局控制结构、通讯协议、同步、数据访问、功 能分配、物理分布、设计元素的组合、性能优化以及各设计方案 之间的取舍。
• 软件构架概念来源于早期结构化设计思想
– 1950’s: 软件规模小，很少考虑结构问题 – 1960’s: 爆发了软件危机，人们开始注意到程序结构的重要性
– 1968: Edsger Dijkstra 指出 “ 在如何划分和组织软件的结构上 花费一些心思，比起仅靠简单地编码来产生正确的结果，是非常 值得的 ”。Dijkstra还第一次给出了一个层次结构的设计实例。
Clements P., et al.. Evaluating Software Architectures: Methods and Case Studies. MA: Addison-Wesley, 2002 Clements P., et al.. Documenting Software Architectures: Views and Beyond. MA: Addison-Wesley, 2002
• The entire history of software engineering is one of rising levels of abstraction.
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软件构架概念的提出
• 面对软件开发的巨大压力，人们希望再一次提升软件设计的抽 象层次 • 软件构架的概念被明确提出，并迅速引起关注
软件构架评估的时机 软件构架评估的花费和收益 软件构架评估技巧 ATAM：一种进行构架评估的综合方法
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质量属性框架 软件构架模式
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第一部分：概述
• 背景：软件构架为什么越来越引起人们关注？ • 软件构架的起源和发展 • 软件构架的定义 • 软件构架的结构和视图 • 软件构架的作用
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背景
• 软件规模和复杂度不断增加，软件开发面临的压力越来越大
• Boehm, et al. ,1995
– 一个软件构架包括：
• 软件和系统组件、各种连接件以及约束（constraints）的集合 • 系统风险承担者（stakeholder）的需求陈述 • 基本原理（rationale）。该基本原理能证明组件，连接件以及 约束定义的系统可以满足系统风险承担者的需求陈述
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软件构架的发展
• 软件构架概念被正式提出至今已经历了10多年的发展
– 与其相关的文章、书籍层出不穷 – 以其为主题的国际会议和研讨会非常活跃
• ICSE, ISAW, STRAW, WICS, EWSA
– 以其为核心内容的研究团体风起云涌
– 课程、认证、标准、方法、工具等不胜枚举
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软件构架研究领域
成本
容量
兼容性
安全性 容错性
可用性
性能
吞吐量
技术混合
恢复能力6复杂来自是软件开发中面临的最主要问题The challenge over the next 20 years will not be speed or cost or performance; it will be a question of complexity. Bill Raduchel, CSO, Sun Microsystems Our enemy is complexity, and it’s our goal to kill it. Jan Baan • 软件开发的困难
Software Architecture in Practice,
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软件构架的定义(2/4)
• 关于软件构架的定义目前没有统一的认识
– /architecture/definitions.html 有关于软 件构架的上百种定义
• Perry and Wolf, 1992
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关于软件构架定义的说明
• 各种定义并没有对错好坏之分
– 各自从不同的角度阐明了对软件构架的理解
• 各种关于软件构架的定义关注的核心问题是一致的
– 软件构架是关于软件结构的问题 – 三类基本的“积木(building blocks)”
• 构件(components)
• 连接件(connectors)
• MIL成为软件构架描述语言ADL的雏形
– 1980’s~90’s: 面向对象开发方法和基于构件的软件开发方法兴起
• 关注于较低层次的设计问题，仍难解决大型复杂系统中面临的问题
– 1992, 1993: Perry&Wolf和Garlan&Shaw分别提出了软件构架的概念