软件体系结构建模的种类
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。
软件架构设计方法理论
软件架构设计方法理论软件架构设计是指在开发软件系统时，根据需求和设计目标，确定系统的整体结构和组成部分，以及它们之间的关系和交互方式的过程。
一个好的架构设计能够提供系统的稳定性、可扩展性和可维护性，同时也能够降低开发和维护成本。
下面介绍几种常用的软件架构设计方法理论。
1. 分层架构（Layered Architecture）分层架构是将系统分为若干层次的架构，每一层完成特定的功能，并且只与上层和下层进行交互。
这种架构设计方法具有灵活性，使得系统的各个层次能够独立开发和升级，从而提高系统的可维护性和可扩展性。
2. 客户端-服务器架构（Client-Server Architecture）客户端-服务器架构是指将软件系统分为客户端和服务器两个独立的部分，客户端负责用户界面和用户交互，而服务器负责数据存储和业务逻辑处理。
这种架构设计方法可以使得系统的各个部分独立演化，并且能够支持分布式部署和负载均衡。
3. 单一职责原则（Single Responsibility Principle）单一职责原则是指一个类或模块应该只有一个责任，即一个类或模块只负责完成一个明确的功能。
这种原则能够使得软件系统的各个部分职责清晰，降低模块之间的耦合度，提高系统的可维护性和可测试性。
4. 开放闭合原则（Open-Closed Principle）开放闭合原则是指软件系统的设计应该对扩展开放，对修改闭合，即在系统需要增加新功能时，应该尽量利用已有的模块和接口进行扩展，而不是修改已有的代码。
这种原则能够使得软件系统具有更好的可维护性和可扩展性。
组合-聚合原则是指在设计系统时，应该优先考虑使用组合关系而不是继承关系，即通过组合多个相同类型的对象来构成新的对象，而不是通过继承一个接口或类来获得其功能。
这种原则能够降低系统的耦合度，提高系统的灵活性和可维护性。
6. 适配器模式（Adapter Pattern）适配器模式是一种常用的设计模式，它能够将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口。
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。
软件体系结构建模
2.4 物理视图
物理视图示例
图－8显示了大型PABX的可能硬件配置
C,F,K是三个不同容 量的计算机类型， 支持三个不同的可 执行文件
2.4 物理视图
Figure 9 — A small PABX physical architecture with process allocation
2.4 物理视图
二 “4＋1”视图模型
(1)4＋1视图模型使用体系结构为中心、 场景驱动、迭代的开发方法来设计。
二 “4＋1”视图模型
二 “4＋1”视图模型
(2)五个视图
– a.逻辑视图(Logical View)--设计的对象模型（使用OO设计 方法时）。 – b.进程视图(Process View) --捕捉设计的并发和同步特征。 – c.物理视图(Physical View) --描述了软件至硬件的映射，反 映了分布式特征。 – d.开发视图(Development View) --描述了开发环境中软件 的静态组织结构。 – e.场景(Scenarios) --体系结构描述（各种决策）可以围绕 着四个视图来组织，然后由一些用例（USE CASE）或场景 来阐述，从而形成第五个视图。
公用构件
低层服务
图6 空中交通管制系统的五层结构
领域无关
支撑机制：通信、时间、储存、资源管理等
领域特定
2.2 开发视图
–图－6是图－3（b）的开发视图。 –第1层和第2层组成了一个领域无关的分布式基础 设施，贯穿于整个产品线中，并且与硬件平台、 操作系统或数据库管理系统等无关。 –第3层增加了空中交通管制系统的框架，以形成一 个领域特定的软件体系结构。 –第4层使用该框架建立一个功能平台， –第5层则依赖于具体客户和产品，包含了大部分用 户接口以及与外部系统的接口。
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
软件系统的建模的方法和介绍
软件系统的建模的方法和介绍软件系统建模是将现实世界中的问题抽象表示为计算机能够理解和处理的形式的过程。
它是软件开发过程中的关键步骤之一，可以帮助开发团队更好地理解问题领域，并以一种可视化的方式来描述系统的结构和行为。
下面将介绍几种常见的软件系统建模方法。
1. 面向对象建模方法：面向对象建模是一种基于对象的方法，它将问题领域分解为多个独立的对象，并描述它们之间的关系和行为。
常用的面向对象建模方法包括UML（统一建模语言）和领域模型（Domain Model）等。
UML是一种广泛应用的面向对象建模语言，它提供了用于描述系统结构、行为和交互的图形符号和语法规则。
2. 数据流图（Data Flow Diagram, DFD）建模方法：数据流图是描述软件系统中数据流动的图形化工具。
它将系统分解为一系列的功能模块，通过数据流和处理过程之间的关系来描述系统的结构和行为。
数据流图主要包括外部实体、数据流、处理过程和数据存储等基本元素。
3.结构化建模方法：结构化建模是一种基于流程的建模方法，它主要通过流程图和结构图来描述系统的结构和行为。
流程图用于描述系统中的控制流程和数据流动，结构图用于描述系统中的数据结构和模块关系。
常见的结构化建模方法包括层次图、树形图和PAD（程序设计语言图）等。
4.状态图模型：状态图是一种描述系统状态和状态转换的图形化工具。
它主要包括状态、转移和事件等元素，用于描述系统中的各种状态及其变化过程。
状态图可以帮助开发团队清晰地理解系统的状态转换规则和事件响应机制。
5.时序图和活动图：时序图和活动图是UML中的两种重要建模方法。
时序图主要用于描述对象之间的交互和消息传递顺序，而活动图主要用于描述系统中的活动和操作流程。
这两种图形化表示方法可以帮助开发团队更好地理解系统的动态行为和操作流程。
除了上述几种常见的建模方法，还有很多其他的建模方法可供选择，如数据建模、用例建模、业务流程建模等。
不同的建模方法适用于不同的场景和应用需求，开发团队可以根据具体情况选择最合适的建模方法进行系统建模。
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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慢周期控 制器任务
快周期控 制器任务
主控制 器任务
第2章 软件体系结构建模 ◇ 物理视图
2.2 “4+1”视图模型
物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通 常要考虑到系统性能、规模、可靠性等。解决系统拓 扑结构、系统安装、通讯等问题。 当软件运行于不同的节点上时，各视图中的构件都 直接或间接地对应于系统的不同节点上。因此，从软 件到节点的映射要有较高的灵活性，当环境改变时， 对系统其他视图的影响最小。
第2章 软件体系结构建模
2.3 体系结构的核心模型
连接件约定：
同样需要接口。 接口由一组角色组成。 角色定义了该连接件表示的交互的参与 者 二元连接：RPC（Caller, callee） PIPE（Sender, Receiver） 针对复杂事件，连接件可以有多个参与 角色。
第2章 软件体系结构建模
第2章 软件体系结构建模 ◇ 场景
本地呼叫场景的一个原型
（1）摘机 小王:控制器 （2）拨号音 （3）号码 （5）打 开会话
2.2 “4+1”视图模型
（4）号码 小王:终端 编号计划
小王:会话
第2章 软件体系结构建模 ◇ 小结
2.2 “4+1”视图模型
逻辑视图和开发视图描述系统的静态结构，而进程 视图和物理视图描述系统的动态结构。 对于不同的软件系统来说，侧重的角度也有所不同。 例如，对于管理信息系统来说，比较侧重于从逻辑视图 和开发视图来描述系统，而对于实时控制系统来说，则 比较注重于从进程视图和物理视图来描述系统。
第2章 软件体系结构建模
2.3 体系结构的核心模型
体系结构的核心模型 由构件、连接件、配置、端口 和角色五种元素组成。 构件、连接件和配置是最基本 的元素。
第2章 软件体系结构建模
2.3 体系结构的核心模型
构件: 是具有某种功能的可重用的软件模 板单元，表示了系统各主要的计算元素 和数据存储。 复合构件、原子构件。 原子构件不可再分。 底层由实现该构件的类组装。 体系结构的分层表示体。
编程人员：软件管理 开发视图
场景
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
第2章 软件体系结构建模 ◇ 逻辑视图
2.2 “4+1”视图模型
逻辑视图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。
需求评审等过程
第2章 软件体系结构建模 ◇ 建立软件体系结构阶段
2.4 体系结构的生命周期模型
从结构角度，架构师分析整个系统，进一步，选 择出恰当的构件、构件间的相互作用关系和它们 间的约束，最后，形成一个系统框架。
目标满足用户需求 首要，选择一个合适的体系结构风格 其次，已确认构件映射到体系结构 中间层
低层服务
领域无关
支撑机制：通信、时间、储存、资源管理等
领域特定
离线工具 测试工具
通用空中交通管制代码 客户定制
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第2章 软件体系结构建模 ◇ 进程视图
2.2 “4+1”视图模型
进程视图侧重于系统的运行特性，主要关注一些非 功能性的需求。 进程视图强调并发性、分布性、系统集成性和容错 能力，以及从逻辑视图中的主要抽象如何适合进程结 构。它也定义逻辑视图中的各个类的操作具体是在哪 一个线程中被执行的。 进程视图可以描述成多层抽象，每个级别分别关注 不同的方面。在最高层抽象中，进程结构可以看作是 构成一个执行单元的一组任务。它可看成一系列独立 的，通过逻辑网络相互通信的程序。它们是分布的， 通过总线或局域网、广域网等硬件资源连接起来。
在面向对象技术中，通过抽象、封装和继承，可以 用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图。
第2章 软件体系结构建模 ◇ 逻辑视图
2.2 “4+1”视图模型
可以从Booch标记法中导出逻辑视图的标记法，只是从体系结 构级的范畴来考虑这些符号，用 Rational Rose 进行体系结构设 计。
构件 类 连接件 关联 包含，聚集 类服务 使用 继承 参数化类 类层次 实例
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
◎ 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。
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。
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
◎ 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。
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
C 主 C 备份
2.2 “4+1”视图模型
F 主
F 备份
F 主
F 备份
K
K
K
K
K
K
K
K
第2章 软件体系结构建模 ◇ 物理视图
F
2.2 “4+1”视图模型
具有进程分配 的小型ACS系统 的物理视图
会话进程
终端进程
K 控制器进程
第2章 软件体系结构建模 ◇ 物理视图
具有进程分 配的大型 ACS系统的 物理视图
第2章 软件体系结构建模 ◇ 开发视图
各种各样的空中 交通管制系统 特定的空中交通 管制系统构件 空中交通管制 系统框架 分布式虚拟机 基本元素 硬件、操作系 统、数据库 人机接口 外部系统
2.2 “4+1”视图模型
4 空中交通管制功能区：飞行管理、雷达管理等 3 2 1 航空类、空中交通管制类
公用构件
显示及用户 接口 仿真和培训 外部接口网 关
飞行管理
空中交通管 理
航空信息 机械服务
基本元素
第2章 软件体系结构建模 ◇ 开发视图
2.2 “4+1”视图模型
开发视图也称模块视图，主要侧重于软件模块的组 织和管理。
开发视图要考虑软件内部的需求，如软件开发的容 易性、软件的重用和软件的通用性，要充分考虑由于 具体开发工具的不同而带来的局限性。 开发视图通过系统输入输出关系的模型图和子系统图 来描述。
C 中心进程
2.2 “4+1”视图模型
备份节点
F 伪中心进程
F 伪中心进程
会话进程
会话进程
终端进程
终端进程
更多的K类 处理器
K 控制器进程
K 控制器进程
K 控制器进程
线路接口卡
线路接口卡
线路接口卡
第2章 软件体系结构建模 ◇ 场景
2.2 “4+1”视图模型
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。
2.4 体系结构的生命周期模型
任务：根据需求决定系统的功能
什么是需求？
需求过程是为了获取用户需求，确定系统所要用 到的构件 收集并求精目标对象的基本信息
提交方式：软件规格说明书
第2章 软件体系结构建模
2.4 体系结构的生命周期模型
定义开发人员必须实现 ◇ 需求分析阶段 的软件功能，使得用户能 完成他们的任务，以至满 体系结构需求包括 足业务上功能需求。 利 用 工 具 （ Rational Rose ） 需求获取 自动生成 把类簇打包成 生成类图 简化类图结构， 构件，这些构件 使类更加清晰 可 以 进 组织一个由不同代表组成 一步合并， 对类分组 的小组，审查的内容主要是 形成更大粒度 需求是否真实反映了用户的 把类打包成构件 需求，类的生成、分组、构 件合并是否合理等
第2章 软件体系结构建模 ◇ 逻辑视图
2.2 “4+1”视图模型
逻辑视图中使用的风格为面向对象的风格，逻辑视图设计中要 注意的主要问题是要保持一个单一的、内聚的对象模型贯穿整个 系统。
会话 转换服务
终端
连接服务
控制器
编号计划
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 。
第2章 软件体系结构建模
2.3 体系结构的核心模型
构件约定：
只能通过接口与外部环境交互 接口由端口组成 端口：构件与外部环境的交互点，过程 调用，包含一些约束的复杂界面 依靠端口，构件可以提供多重接口
第2章 软件体系结构建模
2.3 体系结构的核心模型
连接件：构件之间的交互。
简单的 管道（pipe） 过程调用(procedure call) 事件广播（event broadcaset）等 复杂的 客户/服务器（C/S）通信协议 数据库和应用之间的SQL连接
◎ 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。
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
◎ 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。