软件架构风格整理及总结

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1、博客地址: 在整理中总结,在分享中进步 目录目录 1 数据流风格. 3 1.1 批处理序列 3 1.2 管道过滤器 3 2 调用返回. 4 2.1 主程序子程序 4 2.2 面向对象风格 4 2.3 层次结构 . 5 3 独立构件风格 . 5 3.1 进程通讯 . 5 3.2 事件系统 . 5 4 虚拟机风格. 6 4.1 解释器 . 6 4.2 基于规则的系统 6 5 仓库风格 6 5.1 数据库系统 6 5.2 超文本系统 7 5.3 黑板系统 . 7 6 复制风格 7 6.1 复制仓库（Replicated Repository，RR） 7 6.2 缓存（Cache） 8 7 其它风格

2、8 7.1 CS 结构 8 7.2 CS 三层架构 . 9 7.3 浏览器/服务器风格 . 12 7.4 C/S 与 B/S 混合软件体系结构 . 13 7.5 面向 Agent 软件体系结构 14 7.6 Process Control（Loop） . 15 7.7 Heterogeneous Architecture(异构) . 16 博客地址: 在整理中总结,在分享中进步 7.8 特定领域软件体系结构. 16 7.9 正交软件体系结构 17 博客地址: 在整理中总结,在分享中进步 1 数据流风格数据流风格 1.1 批处理序列批处理序列 批处理风格的每一步处理都是独立的 并且每一步是顺序执

3、行的 只有当前一步处理完 后后一步处理才能开始数据传送在步与步之间作为一个整体.(组件为一系列固定顺序的 计算单元，组件间只通过数据传递交互。每个处理步骤是一个独立的程序，每一步必须在前 一步结束后才能开始，数据必须是完整的，以整体的方式传递) 批处理的典型应用: 经典数据处理; 程序开发; Windows 下的 BAT 程序就是这种应用的典型实例。 批处理风格与管道过滤器风格比较: 共同点:把任务分成一系列固定顺序的计算单元(组件） 组件间只通过数据传递交互。 区别:批处理是全部的、高潜伏性的,输入时可随机存取，无合作性、无交互性而管道 过滤器是递增的,数据结果延迟小,输入时处理局部化,有反

4、馈、可交互。 1.2 管道管道过滤器过滤器 每个构件都有一组输入和输出,构件读输入的数据流,经过内部处理,然后产生输出数据 流。 这个过程通常通过对输入流的变换及增量计算来完成， 包括通过计算和增加信息丰富数 据，通过浓缩和删除精炼数据，通过改变记录方式转化数据，递增地转化数据等。在输入被 完全消费之前，输出便产生了。这里构件被称为过滤器，连接件就是数据流传输的管道，将 一个过滤器的输出传到另一个过滤器的输入 优点: 1) 使得软构件具有良好的隐蔽性和高内聚低耦合的特点 允许设计者将一个系统的整体输入/输出行为理解为各个独立过滤器行为的简单合成 2) 支持软件重用。只要提供适合在两个过滤器之间

5、传送的数据任何两个过滤器都可被连 接起来; 3) 系统维护和性能增强简单:新的过滤器可以添加到现有系统中， 或者利用改进的过滤器替 换老的过滤器; 4) 支持并行执行:每个过滤器是作为一个单独的任务完成因此可与其他任务并行 5) 方便系统分析：例如，吞吐量、死锁等 缺点： 1) 通过长的管道时会导致延迟的增加 2) 通常导致进程成为批处理的结构。这是因为虽然过滤器可增量式地处理数据但它们是 独立的所以设计者必须将每个过滤器看成一个完整的从输入到输出的转换。 博客地址: 在整理中总结,在分享中进步 3) 不适合处理交互的应用。当需要增量地显示改变时这个问题尤为严 重。 4) 因为在数据传输上没有

6、通用的标准，每个过滤器都增加了解析和合成数据的工作这样 就导致了系统性能下降并增加了编写过滤器的复杂性。 5) 在维护或响应两个分离但相关的数据流时，利用管道/过滤器方式不易。 典型的管道/过滤器风格有： UNIX 下的 Shell 编程。 UNIX 既提供一种符号以连接各组成部分 （进程） ，又提供某种进程运行时机制以实现管道。另一个例子：传统的编译器。传统的编 译器中，一个阶段（包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成）的输出是另一个阶段 的输入。MapReduce 也包含该风格。 2 调用调用返回返回 2.1 主程序主程序子子程序程序 单线程控制，把问题划分为若干处理步骤，构件即为主程

7、序和子程序。子程序通常可合 成为模块。过程调用作为交互机制，即充当连接件。调用关系具有层次性，其语义逻辑表现 为子程序的正确性，取决于它调用的子程序的正确性。 这种程序风格也比较多,比如早期的结构化程序. 2.2 面向对象风格面向对象风格 数据抽象和面向对象架构风格。这种风格的构件是对象。对象是抽象数据类型的实例。 在抽象数据类型中， 数据的表示和它们的相应操作被封装起来。 对象的行为体现在其接受和 请求的动作。连接件即对象间交互的方式，对象是通过函数和过程的调用来交互的。对象具 有封装性，一个对象的改变不会影响其他对象。对象拥有状态和操作，也有责任维护状态。 这种结构风格中包含有封装、交互、

8、多态、集成和重用等特征. 这种风格中,数据表示和与之相连的原语操作被封装在一个抽象数据类型或对象中。这 种风格的部件是对象,也可称为抽象数据类型的实例。 这种风格的两个重要特征为: 1) 对象负责维护其表示的完整性; 2) 对象的表示对其它对象而言是隐蔽的。因为一个对象对它的客户隐藏了自己的表示,所 以这些对象可以不影响它的客户就能改变其实现方法 优点: 1) 因为对象对其他对象隐藏它的表示所以可以改变一个对象的表示而不影响其他的对 象。 2) 设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互的代理程序的集合; 缺点 1) 为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行交互，必须知道对象的标识。

9、2) 只要一个对象的标识改变了 就必须修改所有其他明确调用它的对象,并消除由此带来 的一些副作用 3) 不同对象的操作关联性弱 博客地址: 在整理中总结,在分享中进步 面向对象是现在编程最流行的方式,基本上是无所不对象.但这也不能说明其它风格就不好, 因为现在很难找到一个程序只包含有一种架构风格. 2.3 层次结构层次结构 层次结构构架风格。层次系统组织成一个层次结构。构件在一些层实现了虚拟机。连接件通 过决定层间如何交互的协议来定义， 拓扑约束包括对相邻导间交互的约束。 这个风格的特点 是每层为上一层提供服务，使用下一层的服务，只能见到与自己邻接的层。大的问题分解为 若干个渐进的小问题，逐步

10、解决，隐藏了很多复杂度。修改一层，最多影响两层，而通常只 能影响上层。上层必须知道下层的身份，不能调整层次之间的顺序。 优点: 1) 支持基于抽象程度递增的系统设计，使得设计者可以把一个复杂系统按递增的步骤分解 开。 2) 支持功能扩展，每一层至多和相邻的层次交互。 3) 支持复用，只要服务接口定义不变，不同的实现可以交换使用。 缺点 1) 适应面不宽 2) 并不是每个系统都可以很容易地划分为分层的模式， 甚至即使一个系统的逻辑结构是 层次化的，出于对系统性能的考虑，系统设计师不得不把一些低级或高级 的功能综合 起来； 3) 很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法。 3 独立构件风格独立构件风

11、格 3.1 进程通讯进程通讯 进程通信架构风格。构件是独立的过程，连接件是消息传递。这种风格的特点是构件通 常是命名过程，消息传递的方式可以是点到点、异步和同步方式及远过程调用等。 3.2 事件系统事件系统 事件驱动架构风格。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 中其他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。一个事件的触发就导致了另一个模块中过程的调用。 这种风格中的构件是非命名的过程， 它们之间交互的连接件往往是以过程之间的隐式调 用（Implicit Invocation）来实现的。 主要优点: 1) 为软件

12、重用 提供了强大的支持。当需要将一个构件加入现存系统中时,只要将它注 册到系统的事件中;(复用,扩展) 2) 为改进系统带来了方便。当用一个构件代替另一个构件时，不会影响到其他构件的 接口; 博客地址: 在整理中总结,在分享中进步 3) 易于系统升级 主要缺点： 1) 件放弃了对系统计算的控制。一个构件触发一个事件时不能确定其他构件是否会 晌应它。 而且即使它 知道事件注册了哪些构件的构成它也不能保证这些过程被调 用的顺序。 2) 数据交换的问题，有时数据可被一个事件传递，但另一些情况下基于事件的系统 必须依靠一个共享的仓库进行交互。在这些情况下全局性能和资源管理便成了问 题。 3) 既然过程

13、的语义必须依赖于被触发事件的上下文约束，关于正确性的推理存在问题 “ 4 虚拟机风格虚拟机风格 4.1 解释器解释器 一个解释器通常包括完成解释工作的解释引擎， 一个包含将被解释的代码的存储区， 一 个记录解释引擎当前工作状态的数据结构， 以及一个记录源代码被解释执行的进度的数据结 构。 具有解释器风格的软件中含有一个虚拟机，可以仿真硬件的执行过程和一些关键应用； 解释器通常被用来建立一种虚拟机以祢合程序语义与硬件语义之间的差异 其缺点是执行效率较低 典型的例子是专家系统 4.2 基于规则的系统基于规则的系统 基于规则的系统包括规则集、规则解释器、规则/数据选择器及工作内存 5 仓库风格仓库风

14、格 在仓库风格中。有两种不同的构件：中央数据结构说明当前状态独立构件在中央数据 存贮上执行仓库与外 构件问的相互作用在系统中会有大的变化 若输入流中某类时间触发进程执行的选择则仓库是一传统型数据库；另一方面若中 央数据结构的当前状态触发进程执行的选择则仓库是一黑板系统 5.1 数据库系统数据库系统 数据库架构是库风格最常见的形式。构件主要有两大类，一个是中央共享数据源，保存 博客地址: 在整理中总结,在分享中进步 当前系统的数据状态；另一个是多个独立处理元素，处理元素对数据元素进行操作。 5.2 超文本系统超文本系统 早期的静态网页是比较典型的超文本系统. 5.3 黑板系统黑板系统 黑板架构包

15、括知识源、黑板和控制 3 个部分。知识源包括若干独立计算的不同单元，提 供解决问题的知识，知识源响应黑板上的变化，也只修改黑板。黑板是一个全局数据库，包 含解域的全部状态， 是知识源互相作用的唯一媒介。 知识源响应是通过黑板状态的变化来控 制。 黑板通常应用在对于解决问题没有确定性算法的系统中， 例如信号处理、 问题规划及编 译器优化等软件系统的设计中。 软件专家模块，称作知识源knowledge sources (KSs) 。就像在黑板上工作的人类专家 那样，每个知识源提供应用程序所需要的具体的专家知识。 黑板blackboard ，一个共享知识库，包含了问题、部分解决方案、建议和已经贡献的

16、 信息。黑板可以被认为是一个动态的“库” ，里面是其他知识源最近“发表”的对当前问题 的贡献。 控制机制control shell ，控制系统中问题解决的活动流。正如狂热的人类专家得有一 个主持人来防止他们乱抢粉笔， 知识源(KSs)也需要一种机制来保证以一种最有效和连贯的方 式来工作。控制机制(control shell)正是提供这一功能。 应用 1) 数据库 2) 信号处理 3) 松耦合代理数据共享存取 4) 带有全局数据库的批处理系统 5) 编程开发环境 6) 编译器等 6 复制风格复制风格 6.1 复制仓库复制仓库（Replicated Repository，RR） 基于复制仓库风格的系统通过利用多个进程提供相同的服务，来改善数据的可访问 性（accessibility of data）和服务的可伸缩性（scalability of service）。