软件体系结构建模
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。
扩展方面机制的软件产品线体系结构建模及构件组装实现
扩展方面机制的软件产品线体系结构建模及构件组装实现沈立炜 ，彭 鑫 ，赵文耘（复旦大学计算机科学技术学院软件工程实验室 上海 200433）摘 要：软件产品线是提高软件开发效率与质量的有效途径，它以体系结构(SA)为蓝图，定义组成产品线的构件与构件之间相互作用的关系，指导基于构件的应用产品组装实现。
现有的基于接口连接式的体系结构仅能描述构件间的直接交互，却无法支持产品线可变性所带来的更为复杂的构件交互情况。
因此，本文提出一种扩展方面机制的软件产品线体系结构建模及构件组装实现方法，其核心是一套扩展xADL2.0、结合面向方面机制的软件产品线体系结构描述语言。
它能支持基于可变性的产品线体系结构设计与定制，并指导应用产品的构件组装过程。
在此方法的基础上，我们开发了原型工具FdSPLC，提供对体系结构的可视化建模以及应用产品的自动化生成。
关键词： 软件产品线开发；软件体系结构；构件组装；构件交互模式中图分类号：TP311 文献标识码： A 文章编号： 0372-2112Software Product Line Architecture Modeling and Component Composition Implementation with Extension of Aspectual MechanismSHEN Li-wei , PENG Xin , ZHAO Wen-yun(School of Computer Science, Fudan University, Shanghai 200433, China)Abstract: Software product line (SPL) can increase the efficiency and quality of software development. Software architecture (SA), as the blueprint of SPL, defines the inter-relationships between components and guides the component composition implementation. However, the existing interface connection architecture is limited to describe the direct interactions between components. It cannot support the more complex interaction situations which emerge with the SPL variability. In this paper, we propose a method of software product line architecture modeling and component composition implementation with extension of aspectual mechanism. The core is an architecture description language (ADL) which extends xADL2.0 and combines with aspect-oriented techniques. The ADL supports the design and customization for SPL architecture based on variability, and instructs the component composition process for applications. Furthermore, we have developed a prototype tool FdSPLC which provides the visual modeling of architecture as well as the automatic application derivation.Key words: Software product line development; Software architecture; Component composition; Component interaction style1概述在以构件为基本单元的软件产品线中，体系结构作为整个开发过程的蓝图，定义了组成产品线的构件与构件之间的相互作用关系[1]，它包括领域体系结构(DSSA)与应用体系结构(ASSA)：DSSA是领域工程的制品，描述了所有应用系统的共性与差异性，而ASSA则是在应用工程阶段由前者定制、裁剪得来。
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
软件体系结构建模
软件体系结构建模设计软件体系结构的首要问题是如何表示软件体系结构，即如何对软件体系结构建模。
根据建模的侧重点不同，可以将软件体系结构的模型分为5种，分别是结构模型、框架模型、动态模型、过程模型和功能模型。
在这5种模型中，最常用的是结构模型和动态模型。
（1）结构模型：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（connector）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。
（2）框架模型：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。
（3）动态模型：动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统的“大颗粒”的行为性质。
例如，描述系统的重新配置或演化。
动态可以指系统总体结构的配置、建立或拆除通信通道或计算的过程。
这类系统常是激励型的。
（4）过程模型：过程模型研究构造系统的步骤和过程，结构是遵循某些过程脚本的结果。
（5）功能模型：该模型认为体系结构是由一组功能构件按层次组成，下层向上层提供服务。
它可以看作是一种特殊的框架模型。
上述5种模型各有所长，将5种模型有机地统一在一起，形成一个完整的模型来刻画软件体系结构更合适。
例如，Kruchten提出了一个“4＋1”的视图模型。
“4＋1”视图模型从5个不同的视角来描述软件体系结构。
每一个视图只关心系统的一个侧面，5个视图结合在一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容。
“4＋1”视图模型如图2-8所示。
图2-8“4＋1”视图模型（1）逻辑视图（logic view）：主要支持系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务。
在逻辑视图中，系统分解成一系列的功能抽象，这些抽象主要来自问题领域。
这种分解不但可以用来进行功能分析，而且可用作标识在整个系统的各个不同部分的通用机制和设计元素。
体系结构设计模型的表示方法
体系结构设计模型的表示方法体系结构设计模型的表示介绍体系结构设计模型是建立软件系统架构的关键步骤之一。
在设计过程中，如何准确地表示和展示系统的架构是十分重要的。
本文将介绍几种常用的体系结构设计模型的表示方法。
1. UMLUML（统一建模语言）是一种常用的软件工程建模语言，用于表示和描述系统的架构。
UML提供了多种图表，如用例图、类图、组件图、部署图等，能够很好地表示系统的结构和关系。
•用例图：用于描述系统功能和用户之间的交互。
•类图：用于描述系统中的类和它们之间的关系。
•组件图：用于描述系统中的模块和它们的依赖关系。
•部署图：用于描述系统的物理架构和部署方案。
2. 架构图架构图是一种更高层次的表示方法，它能够直观地展示系统的组成部分和它们之间的关系。
常见的架构图包括：•静态结构图：用于表示系统的静态组成，如层次结构图、模块图、包图等。
•动态行为图：用于表示系统的动态行为，如时序图、活动图等。
•部署图：用于描述系统的物理架构和部署方案。
3. 代码注释代码注释是一种简单而直接的体系结构表示方法。
通过在代码中添加注释，可以解释和说明代码的结构和设计思路。
代码注释可以采用各种规范和工具，如Javadoc、XML注释等。
4. 文档文档是另一种常用的体系结构表示方法。
通过编写详细的文档，可以描述系统的组成部分、接口细节、设计原理等，从而帮助人们理解和使用系统。
5. 绘图工具绘图工具是一种辅助工具，可以帮助开发人员创建和编辑各种类型的图表。
常见的绘图工具有Visio、Draw.io、Lucidchart等，它们提供了丰富的图形库和编辑功能，能够高效地创建和修改系统架构图。
总结在体系结构设计过程中，合适的表示方法能够更好地帮助开发人员理解和描述系统的架构。
本文介绍了几种常用的体系结构设计模型的表示方法，包括UML、架构图、代码注释、文档和绘图工具。
开发人员可以根据实际需求选择合适的表示方法，从而更好地设计和开发软件系统。
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。
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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。
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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
软件体系结构建模的种类
软件体系结构建模的种类
软件体系结构建模的种类包括以下几种：
1. 静态建模：通过建立模块、组件、类和接口的关系图来描述系统的静态结构，可以使用UML类图或模块图进行建模。
2. 动态建模：通过建立状态转换图、活动图或时序图来描述系统的行为和交互过程，可以描述系统的运行时行为，演示系统在不同情况下的工作流程，以及对象之间的交互等。
3. 逻辑建模：用于描述系统的逻辑结构和功能模块之间的关系，以及数据流、控制流和数据存储等的交互关系，可以使用数据流图、控制流图或业务过程图进行建模。
4. 物理建模：用于描述系统的物理结构，包括硬件设备、网络连接和部署方式等，可以使用物理架构图或部署图进行建模。
5. 构件建模：用于描述系统的构件、模块或服务之间的关系和依赖，以及它们的接口和交互方式，可以使用构件图或组件图进行建模。
6. 性能建模：用于描述系统的性能需求和约束，包括响应时间、吞吐量和资源利用等，可以使用性能模型或性能图进行建模。
7. 安全建模：用于描述系统的安全需求和安全策略，包括访问控制、身份认证和数据保护等，可以使用安全模型或安全图进行建模。
这些建模方法可以根据具体需求和项目特点选择和组合使用。
软件体系结构(3)：软件体系结构模型
Terminal
Connection Services
Terminal
Connection Services
Controller
Numbering Plan
Controller
Numbering Plan
华南农业大学信息学院
第2章 软件体系结构建模 ◇ 逻辑视图
2.2 “4+1”视图模型
对于规模更大的系统来说，体系结构级中包含数十甚至数百个 类 。
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第2章 软件体系结构建模 ◇ “4+1”模型概述
2.2 “4+1”视图模型
Kruchten在1995年提出了“4+1”的视图模型。
“4+1”视图模型从5个不同的视角包括逻辑视图、进 程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描述软件 体系结构。 每一个视图只关心系统的一个侧面，5个视图结合在 一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容。
场景可以看作是那些重要系统活动的抽象，它使四 个视图有机联系起来，从某种意义上说场景是最重要的 需求抽象。在开发体系结构时，它可以帮助设计者找到 体系结构的构件和它们之间的作用关系。同时，也可以 用场景来分析一个特定的视图，或描述不同视图构件间 是如何相互作用的。 场景可以用文本表示，也可以用图形表示。
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网 络 七 层 协 议 体 系 结 构 图
第2章 软件体系结构建模
2.1 软件体系结构建模概述
◇ 软件体系结构建模的种类
◎ 动态模型
动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统的 “大颗粒”的行为性质。 例如，描述系统的重新配置或演化。动态可以指系统 总体结构的配置、建立或拆除通信通道或计算的过程。
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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。
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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
对于不同的视图，还可以选择不同的体系结构风格，因此在同一 个系统结构中可以使用多种风格。
软件体系结构建模
2020年5月17日星期日
内容概要
2.1 软件体系结构建模概述 2.2 “4+1”视图模型 2.3 “4+1”视图模型案例分析 2.4 “4+1”视图模型补充知识 2.5 软件体系结构核心模型 2.6 软件体系结构生命周期模型
2
第2章 软件体系结构建模
2.1 软件体系结构建模概述
。用这些重要的案例将前面的四个视图联系到一起，从而组
成第五个视图。
15
最终用户：功能需求 逻辑视图
进程视图 系统集成人员：性能 可扩充性、吞吐量等
场景
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
对体系结构进行的描述是围绕着以上4个视图展开的。 然后，通过选择出的一些用例对体系结构加以说明。这 些用例被称作场景(scenarios)，它们构成了第5个视图。 实际上，体系结构在某种程度上是由场景演化而来的。
研究结构模型的核心是体系结构描述语言。
*
4
第2章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
2.1 软件体系结构建模概述
◎ 框架模型
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。
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第2章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
*
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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
物理视图
系统集成人员：性能 可扩充性、吞吐量等
“４+１”视图模型的特征一：
系统工程人员：系统 拓扑、安装、通信等
体系结构的概念在每个视图里面都可以独立应用，即可以在每个 视图里面定义体系结构的各种组成元素，如构件、连接件等。
2.2 “4+1”视图模型
以上五种模型各有所长，将五种模型有机的统一在一起， 形成一个完整的模型来刻画软件体系结构更加合适。
WHY：1、每个视图模型可看成对系统不同方面一个投影，一个
构架的不同视图其实反映的是同一个系统。 2、各个不同的视图是可以融合在一起的，而且也只有将
不同的视图融合在一起才能获得关于一个系统构架的全面信息。 9
物理视图
系统集成人员：性能 可扩充性、吞吐量等
系统工程人员：系统 拓扑、安装、通信等
u开发视图 描述软件在开发环境下的静态组织。
u场景视图 通过选择出一些用例对体系结构加以说明。这些 用例称作场景。
“4+1”的由来：四个视图反映的是同一个系统，之所以用了
第五个视图，“+1”视图，因为它是由一系列重要的案例组成
同一事物的不同视图之间是有联系的。对比上面两幅图，除 了南美洲之外基本都是降水量足的地方人口较密集。
*
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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
物理视图
系统集成人员：性能
系统工程人员：系统
可扩充性、吞吐量等
拓扑、安装、通信等
“4+1”视图模型从5个不同的视角包括逻辑视图、
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。
*
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◇ 关于视图
社会学家关心的
气候学家关心的
引入视图的作用：世界地图的绘制者很难将不同的信息都绘 制到同一幅图中；而看地图的人也希望有一幅地图是专门针 对他的需要的。
过程模型研究构造系统的步骤和过程。 结构是遵循某些过程脚本的结果。
*
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第2章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
2.1 软件体系结构建模概述
◎ 功能模型
功能模型认为体系结构是由一组功能构件按层次 组成，下层向上层提供服务。
功能模型可以看作是一种特殊的框架模型。
*
8
第2章 软件体系结构建模 ◇ “4+1”模型概述
进程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描
述软件体系结构。每一个视图只关心系统的一个
侧面，5个视图结合在一起才能够处理富于挑战性
的、大规模的软件系统。
* “4+1”视图模型的不同视图之间也存在相互影响。13
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
编程人员：软件管理 开发视图
场景
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：系统体系结构建模
2.2 “4+1”视图模型
◇ 软件架构视图
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
第2章 软件体系结构建模 ◇ “4+1”视图模型概述
2.2 “4+1”视图模型
Rational公司的Philippe Kruchten在1995年提出了用于 体系结构描述的“4十l”视图模型。该模型建立在体系结构 的Perry＆Wolf定义和Berry Boehm定义的基础上。
最终用户：功能需求 逻辑视图
2.1 软件体系结构建模概述
◎ 动态模型
动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统的“ 大颗粒”的行为性质。例如，描述系统的重新配置或 演化。动态可以指系统总体结构的配置、建立或拆除 通信通道或计算的过程。
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第2章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
2.1 软件体系结构建模概述
◎ 过程模型
研究软件体系结构的首要问题是如何表示软件
体系结构，即如何对软件体系结构建模。根据建模 的侧重点不同，可以将软件体系结构的模型分为5种 ：
◎ 结构模型
◎ 框架模型
◎ 动态模型
◎ 过程模型
◎ 功能模型
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第2章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
2.1 软件体系结构建模概述
◎ 结构模型
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。