C2_软件体系结构建模
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软件体系结构设计及其实现
软件体系结构设计及其实现随着信息技术的高速发展，软件已经成为现代社会不可或缺的一个组成部分。
在软件的开发过程中，软件的体系结构设计非常关键。
软件体系结构设计是软件开发过程中的第一步，也是最重要的一步。
好的软件体系结构设计可以为整个软件开发过程奠定良好的基础，也可以为软件的后期维护和升级提供更多的便利。
但是，软件体系结构设计并不是一件简单的事情，需要考虑多方面的因素，并且需要综合各种专业知识。
一、软件体系结构设计的定义和特点软件体系结构是指在系统设计中，对软件系统整体组织结构和各个组成部分之间的关系，进行的系统性设计和描述。
软件体系结构不仅是设计软件系统的框架，也是实现软件系统的基础，同时也是对软件系统进行管理、维护和升级的重要基础。
软件体系结构设计的特点包括以下几点。
（一）高度抽象软件体系结构设计是对软件系统的整体组织结构和各个组成部分之间的关系进行的设计和描述。
因此，软件体系结构设计需要具有高度抽象的特点。
软件体系结构设计不涉及具体的编程实现细节，而是从整体的角度考虑问题，对系统进行宏观把握。
因此，软件体系结构设计需要考虑到更多的概念和模型，需要进行更为有意义的抽象。
（二）多样性在软件体系结构设计中，考虑到软件的应用范围和需求，软件体系结构的模型和模式也有很多种不同的选择。
不同的软件体系结构设计模式都有各自的优缺点，因此，软件开发过程中需要进行充分的需求分析和规划，才能够选择合适的设计模式。
（三）可分析性软件体系结构设计是软件开发的基础，需要保证软件系统的稳定和可靠。
因此，在进行软件体系结构设计时，需要考虑到各种约束条件和因素。
设计出来的体系结构需要具有可分析性，这样才能够进行系统化的测试和验证，确保软件的质量。
二、软件体系结构设计的要素软件体系结构设计需要考虑到很多不同的要素，下面我们来看一下主要的几个要素。
（一）模块化设计模块化设计是软件体系结构设计中最基础的一点，也是最重要的一点。
将复杂的软件分为若干个模块，使得各个模块之间相互独立，可以方便地进行设计、开发、测试和维护。
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
软件体系结构风格研究
软件体系结构风格研究[摘要] 本文对几种经典的软件体系结构风格进行了具体的阐述，分析了各种风格的特点、优缺点，最后重点介绍了三层C/S软件体系结构。
[关键词] 软件体系结构软件体系结构风格三层C/S软件体系结构20世纪60年代中期的软件危机使得人们开始重视软件工程的研究。
起初，人们把软件设计的重点放在数据结构和算法的选择上。
随着软件系统规模越来越大、越来越复杂，整个系统的结构显得越来越重要。
一、软件体系结构风格分析最初的软件体系结构是Mainframe结构客户、数据和程序都被集中在主机上，通常只有少量的GUI界面，对远程数据库的访问比较困难。
随着PC的广泛应用，该结构逐渐被淘汰。
在20世纪80年代中期出现了Client/Server分布式计算结构，应用程序的处理在客户机和服务器之间分担。
随着大型软件系统的开发，这种结构在系统的部署和扩展性方面暴漏出不足。
随着Internet的发展，一个更灵活的体系结构“三层/多层计算”体系结构应运而生。
Garlan和Shaw将通用软件体系结构风格总结为以下几类：1.数据流风格：批处理序列；管道/过滤器。
2.调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层次结构。
3.独立构件风格：进程通讯；事件系统。
4.虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。
5.仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。
下面将介绍几种主要和经典的体系结构风格和它们的优缺点。
1.C2风格。
C2体系结构风格可以概括为：通过连接件绑定在一起的按照一组规则运作的并行构件网络。
图1中构件与连接件之间的连接体现了C2风格中构建系统的规则。
C2风格是最常用的一种软件体系结构风格。
从C2风格的组织规则和结构图中，我们可以得出，C2风格具有以下特点：(1)系统中的构件可实现应用需求，并能将任意复杂度的功能封装在一起;(2)所有构件之间的通讯是通过以连接件为中介的异步消息交换机制来实现的;(3)构件相对独立，构件之间依赖性较少。
C2 软件体系结构建模
好的体系结构描述的必要元素(1) 好的体系结构描述的必要元素
需求陈述
商业环境、产品的背景、 商业环境、产品的背景、领域
描述环境
必须和什么系统交互、 必须和什么系统交互、外部接口
使用体系结构图
用恰当的线框 简洁的说明
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好的体系结构描述的必要元素(2) 好的体系结构描述的必要元素
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第2章 软件体系结构建模 章 ◇ 软件体系结构建模的种类
◎ 结构模型
2.1 软件体系结构建模概述
这是一个最直观、最普遍的建模方法。 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， 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， 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。 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。 研究结构模型的核心是体系结构描述语言。
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第2章 软件体系结构建模 章 ◇ 软件体系结构建模的种类
◎ 动态模型
2.1 软件体系结构建模概述
动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统的 动态模型是对结构或框架模型的补充， 大颗粒”的行为性质。例如， “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、 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。 除通信通道或计算的过程。
管理问题
暗含开发团队的组织结构 体系结构评审情况
其他设计问题
代码重用、标准的运用 代码重用、 风险分析 运作、 运作、管理和维护
软件体系结构课件_软件体系结构总复习
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…
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…
软件体系结构描述 (1)可编辑全文
第4章 软件体系结构描述
4.2 软件体系结构描述框架标准
IEEE P1471详细介绍了一套体系 结构描述的概念框架，并给出建立框 架的思路，但如何描述以及具体的描 述技术等方面缺乏更进一步的指导。
第4章 软件体系结构描述 ◇ Rational
4.2 软件体系结构描述框架标准
基于IEEE P1471推荐的体系结构描述的概 念框架，Rational起草了可重用的软件资产规 格说明，提出了一套易于重用的体系结构描述 规范。
第4章 软件体系结构描述
4.2 软件体系结构描述框架标准
◇ IEEE P1471 软件体系结构描述的标准
◎ 体系结构设计的标识、版本、总体信息。
◎ 系统参与者的标识、以及在体系结构中他们所关注 方面的标识。
◎ 组织体系结构表示所选择的视点的规格说明，以及 这种选择的基本原理。 ◎ 一个或多个体系结构视图。 ◎ 体系结构描述所需的成分之间不一致的记录。 ◎ 体系结构选择的基本原理。
本元素是：构件、连接件、体系结构配置。
主 要 的 体 系 结 构 描 述 语 言 有 Aesop 、 MetaH 、 C2 、 Rapide 、 SADL、Unicon和Wright等，尽管它们都描述软件体系结构，却有 不同的特点。
这些ADL强调了体系结构不同的侧面，对体系结构的研究和应 用起到了重要的作用，但也有负面的影响。每一种ADL都以独立的 形式存在，描述语法不同且互不兼容，同时又有许多共同的特征， 这使设计人员很难选择一种合适的ADL，若设计特定领域的软件体 系结构又需要从头开始描述。
4.3 软件体系结构描述语言
◎ 构造能力：ADL能够使用较小的独立体系结 构元素来建造大型软件系统；
◎ 抽象能力：ADL使得软件体系结构中的构件 和连接件描述可以只关注它们的抽象特性，而 不管其具体的实现细节；
软件体系结构
3、软件体系结构的定义 软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描 述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。软件体系结构不 仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示系统需求和构成系统元素之间的对应关系， 提供了一些设计决策的基本原理。
1、MVC（模型-视图-控制）：针对用户界面 模型：核心数据封装、逻辑和功能的计算，它独立于具体的界面表达和输入/输出操作。 视图：把模型数据等信息以特定形式展示给用户。 控制：处理用户与软件的交互操作。它接受用户的输入，将输入反馈给模型，进而实现对模 型的计算控制，是使模型和视图协调工作的部件。
2、软件重用的定义 软件重用是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相近软件元素的过程。 可重用软件元素越大，重用粒度越大。
7、基于事件的隐式调用的定义 基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事 件。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册，当一个事件被触发，系统自动调 用在这个事件中注册的所有过程，这样，一个事件的触发就导致了另一个模块中过程的调用。
8、基于事件的隐式调用的优缺点 优点： （1）为软件重用提供了强大的支持。 （2）为系统带来了方便。
end Attendห้องสมุดไป่ตู้e;
16、C2 对体系结构的描述 architecture MeetingScheduler is
conceptual_components Attendee;ImportantAttendee;MeetingInitiator;
connector connector MainConn is message_filter no_filtering; connector AttConn is message_filter no filtering; connector ImportantAttConn is message_filter no filtering;
1、MVC（模型-视图-控制）：针对用户界面 模型：核心数据封装、逻辑和功能的计算，它独立于具体的界面表达和输入/输出操作。 视图：把模型数据等信息以特定形式展示给用户。 控制：处理用户与软件的交互操作。它接受用户的输入，将输入反馈给模型，进而实现对模 型的计算控制，是使模型和视图协调工作的部件。
2、软件重用的定义 软件重用是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相近软件元素的过程。 可重用软件元素越大，重用粒度越大。
7、基于事件的隐式调用的定义 基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事 件。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册，当一个事件被触发，系统自动调 用在这个事件中注册的所有过程，这样，一个事件的触发就导致了另一个模块中过程的调用。
8、基于事件的隐式调用的优缺点 优点： （1）为软件重用提供了强大的支持。 （2）为系统带来了方便。
end Attendห้องสมุดไป่ตู้e;
16、C2 对体系结构的描述 architecture MeetingScheduler is
conceptual_components Attendee;ImportantAttendee;MeetingInitiator;
connector connector MainConn is message_filter no_filtering; connector AttConn is message_filter no filtering; connector ImportantAttConn is message_filter no filtering;
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
10
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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最终用户：功能需求 逻辑视图
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
2020/5/12
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
3.2 “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
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：
2020/5/12
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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
3.1 软件体系结构建模概述
◎ 过程模型Βιβλιοθήκη 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。
2020/5/12
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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
3.1 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。
“4+1”视图模型的不同视图之间也存在相互影响
2020/5/12
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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
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。
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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
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。
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。
功能模型可以看作是一种特殊的框架模型。
2020/5/12
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第3章 软件体系结构建模 ◇ “4+1”模型概述
3.2 “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
第3章 软件体系结构建模 ◇ “4+1”视图模型概述
3.2 “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。
“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。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。
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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
软件体系结构
--第三章软件体系结构建模
内容概要
3.1 软件体系结构建模概述 3.2 “4+1”视图模型 3.3 “4+1”视图模型案例分析 3.4 “4+1”视图模型补充知识 3.5 软件体系结构核心模型 3.6 软件体系结构生命周期模型
2
第3章 软件体系结构建模
3.1 软件体系结构建模概述
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
2020/5/12
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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
3.1 软件体系结构建模概述
◎ 结构模型
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 可扩充性、吞吐量等
系统工程人员：系统 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 、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。
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
3.1 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3章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
3.1 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。
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。
2020/5/12
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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