第11章-面向对象系统设计.

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1、第11章 面向对象系统设计,本章主要内容,11.1 软件架构的设计 11.2 高层结构设计 11.3 面向对象设计方法 11.4 对象持久化与数据库 11.5 设计原则 11.6 设计模式,11.1 软件架构的设计,11.1.1 什么是软件架构 11.1.2 多层应用架构设计 11.1.3 软件框架,1. 架构的概念,建筑、文学、音乐、机械、电子、计算机软硬件等领域都会使用“架构（architecture）”这一概念。架构都提供了系统最高层的设计方案，以确保建筑、小说、乐曲、设备、计算机等系统满足期望的特性。 好的建筑应该美观、坚固、实用 好的计算机应用系统应该实用、好维护、可靠、性价比高 架

2、构师（architect）需要发现特定系统的最重要的关注点，设计某种折衷的总体方案以满足关注点。 架构包含系统的一组基本结构（structure），每种结构都有各种类型的部件（component）及其关系构成，架构描述了这些部件的组合、相互调用参照、通信以及其他动态交互。,架构和结构的关系,架构是抽象无形的，体现高层全局的决策，就像文章的中心思想和提纲。 结构是具体有形的，体现决策的贯彻，如同文章的每个段落及细节描述。 架构包含了结构的初步描述和决策。 相同架构的系统，具体结构允许有差异。,使用桥梁来比喻,桥梁的架构设计可以使用草图描述，架构决定了桥梁的基本结构部件。 桥梁有梁式桥、拱桥、斜拉

3、桥、悬索桥等架构,斜拉桥的基本结构： 索塔 主梁 斜拉索,使用桥梁来比喻,桥梁的结构设计则需要考虑各种部件的数量、材料、重量、形态等方面，是可以施工的严谨的结构图。 架构是抽象的，对结构进行了设计和限定，每座桥的结构是具体有形的、元素组合千变万化,2. 软件架构,软件架构（software architecture）的定义没有统一的版本，一般认为：一个应用程序或计算系统的软件架构是一个或一组结构，它包含组成系统的软件元素、这些元素对外可见的性质以及它们之间的关系。对外可见的性质指软件元素能够提供的服务、性能特征、错误处理、共享资源的用法等。 软件的一个结构元素可能是一个子系统、构件、进程、库、

4、数据库、计算结点、遗留系统等等。 软件架构是最高层次的系统分解，它不会囊括所有的结构和行为的定义，它只关注那些被认为是重要的元素。 架构难以更改，一旦修改，意味着整个系统重建，而结构修改只影响局部。,3. 软件架构模式,大部分的架构来源于有相似关注点的系统的总结和抽象，这些相似性被描述成某种特殊模式的架构风格，也就是架构模式（architectural pattern）。 一种架构模式就是一个经验秘籍，架构师在设计不同系统时可以重复使用这些先进经验。 图10.1就是桥梁的四种常用架构模式。 中国建筑有一种攒尖模式，被广泛应用在古典园林中，如三角、四角、五角、八角等亭子，宫殿、坛庙大量应用。,软

5、件架构模式,软件架构模式就是可重复使用的软件结构风格。,10.1.2 多层应用架构模式,分层的含义 三层 多层 MVC架构模式 多层的物理配置,1. 分层的含义,基于组件的软件开发，组件根据横向位置划分为多层（N-Layer）： 下层组件负责对上层组件提供服务 上层组件可以使用下层组件定义的服务，但下层组件对上层组件一无所知。 层与层之间通常是不透明的，每一层都具有独立的职责 不同层的软件构件可以分布在多台机器上，也可以部署在同一台机器上，形成物理上的多层（N-Tier）,理解分层概念,层次模型的理念就是将整个任务横向划分为不同级别，而不是纵向 比如学校管理纵向划分有教学、人事、财务、后勤等任

6、务 横向划分有主管校长（高层）、部门领导（中层）、普通员工（基层），或处、科、室 计算机程序的组织结构也可以有纵向划分和横向划分 纵向：教师管理功能、学生管理功能、课程管理功能 横向：界面窗体、业务逻辑类、数据访问类,理解分层概念,自从C/S出现之后，软件就被分层了： Client端的软件完成前台任务，Server端的软件完成后台任务（一般是DB Server）； Client使用Server端的服务，依赖于Server端。 自从Internet出现之后，软件进一步分层： Client端的软件（IE浏览器）完成输入输出任务，Web Server上的程序提供业务逻辑处理，后台DB Server完

7、成数据的存取。 C/S常被称为传统的两层，B/S称为三层。 本书的分层将不包含有关系统软件（屏蔽如IE、DBMS等内容），仅讨论应用系统本身的设计，即应用架构设计。,2. 三个基本层次,应用软件内部也可以进行多层的划分。 比如一个用户注册程序可以划分为两层： Register.aspx/Register.aspx.cs窗体：负责界面数据的输入和格式检验，结果的输出等。 Person类：负责数据库访问和注册规则检查等。 从应用层面上看，如果整个应用软件都是采用这种方式编程（如订单处理由PlaceOrder.aspx窗体负责界面交互，由Order、Product等类负责数据库访问和订单金额计算等业

8、务逻辑处理），那么称之为两层的应用架构。 可以有两层、三层、四层等不同分层模式。 Register.aspx/Register.aspx.cs窗体 PersonBll类：负责注册规则检查等业务逻辑。 PersonDal类：负责数据库访问。,传统的C/S应用程序,界面窗口程序中包含所有的内容，如输入输出、界面逻辑控制、业务逻辑运算等。 系统架构是两层，应用架构没有分层。,数据库,经典的三层架构,数据库,借还书组件,读者管理组件,表示层（UI）,业务逻辑层（BLL）,数据访问层（DAL）,数据库访问组件,经典的三层架构,表现层：处理用户和信息系统之间的交互。 可以是简单的命令行窗口，也可以功能完善

9、的图形用户界面（胖客户端程序），如基于HTML的浏览器界面（瘦客户端程序），也可以是手机界面。 业务逻辑层：也称为领域层或应用层，是信息系统所有和领域相关的工作。 如根据输入数据或已有数据进行计算，可以是类库或Web服务。依赖于数据访问层获取数据或保存数据。 数据访问层：一般指与数据库的交互，主要责任是数据库记录的存取。 如组件中包含专门的数据访问类，或每个表对应一个数据访问类,3. 扩展的五层架构,表现层：等同于三层中的表现层。 控制层/中介层：是表现层和领域层的中介层，也称应用控制器。 主要表示业务逻辑中的工作流，一般针对于用例的事件流控制。此外还负责会话状态、数据的合成或分解等事务。 领

10、域层：业务逻辑中的领域类的集合，不包含复杂工作流。 数据映射层：负责将基于对象的领域层数据映射到数据库关系表中的记录。也称为数据持久层，可自行开发或采用持久化框架。 数据访问层：负责数据库表的增删改查等操作。持久化框架中包含该层组件。,4. MVC架构模式,模型（Model） 代表数据，使用对象及其属性实现。 控制器（Controller） 是模型与视图的联系纽带，客户的请求由控制器处理，它根据客户的请求调用模型的方法，完成数据更新，然后调用视图的方法将响应结果展示给客户。相应的，模型的更新与修改将通过控制器通知视图，保持视图与模型的一致性 视图（View） 是模型的外在表现形式，视图可以直接

11、访问模型；查询数据信息，当模型中数据发生变化时，它会通知视图刷新界面，显示更新后的数据。,MVC架构示意图,MVC模式和三层模式有共同特点（业务逻辑、数据和表示的分离），但不完全遵守分层约定。,MVC架构模式工作流程,控制器对象负责页面转向，并传递页面数据,5. 多层的物理配置,由于应用软件封装成不同层次的独立组件，这给软件部署带来了灵活性： 物理一层：所有应用软件的组件都安装配置在一台机器上。比如全部Web程序、DBMS都在Web服务器上。 物理两层：应用软件的组件配置在两台机器上，比如一部分安装在客户端，另一部分配置在应用服务器上。 物理多层：客户端、一台或多台应用服务器、数据库服务器，即

12、多台服务器的方式，这是分布式结构的一种形式。,多层体系结构的优势,客户对数据的访问通过中间层进行了隔离，数据库的安全性提高了。 应用程序分布部署在多个物理节点上成为可能，从而增强了处理大量的用户负载或计算任务的能力，系统可靠性和响应速度得到了提高。 业务逻辑处于不同的中间服务器，当业务规则变化后，客户端程序基本不做改动，当组件接口不变时，某一层的改动不会影响其它层，这也意味着更好的重用和可维护性（如从窗口界面变更到Web界面）。 将不同层的开发任务在开发者之间适当地分配（如一些人专注页面表现，另一些人专注于业务逻辑），有效地利用开发人员的专长和开发技巧，并且能够提高并行开发能力。,11.1.3

13、 软件框架,“不要重复发明轮子” 软件复用： 从代码角度（开发态）看有子过程、函数、类等 从部署角度（运行态）看有类库、Web服务等二进制可执行组件、中间件和平台 架构模式同样可以复用，当架构模式的复用形式不仅仅停留在逻辑层面，而以物理的二进制组件的方式提供重用时，就产生了框架。,1. 软件框架的概念,软件框架（software framework）是对整个或部分系统可重用的设计和实现。 框架可以选择对某种架构模式的基本结构和接口机制进行编程实现，不仅封装该架构模式的基本元素对外提供类库，还封装底层公用的流程控制逻辑，从而直接为应用软件提供了最初的骨架。 框架就是一个半成品软件平台，软件框架和

14、应用软件： 八股文/元芳体 与 具体文章 汽车流水线 与 汽车,基于框架的软件开发,引入软件框架之后，整个开发过程变成了“分三步走”： 决定应用架构 选择实现应用架构的框架 基于框架之下编写程序（简单、统一） 优点： 代码具有相同规范和结构，易于理解和维护；提高效率；更稳定更可靠。 局限： 囿于框架所限定的“框框”之内构建应用程序，比较死板，缺乏灵活性,典型框架产品,支持MVC架构模式的框架： Java开源MVC框架Struts 微软平台的MVC4框架 PHP的Zend框架 多种框架产品的组合使用： 如SSH（Struts、Spring、Hibernate）,Struts2简介,MVC： Vi

15、ew：由JSP页面实现 Model：由自行编写的Action对象完成，Action类就是一个普通的Java类，里面封装了领域对象的属性和方法，可以用于存取数据和执行有关业务逻辑。属性和方法也可以分开到不同类中。 Controller：由Struts2的内置过滤器（dispatcher filter）、拦截器（interceptor）或自行编写的拦截器来实现，过滤器和拦截器可以截获JSP页面请求，解析http请求中的参数，赋值给Action对象中对应的属性，还可以在调用Action之前或之后进行预处理或后处理。,11.2 高层结构设计,高层结构讨论系统比较大的组成部件（如包、构件、子系统等）及其

16、接口设计。 11.2.1 包 11.2.2 子系统及接口 11.2.3 构件及接口,11.2.1 包,包（Package）是一种逻辑分组手段，可以取UML模型中的任何一种事物，将相关成分聚在一起，以构成更高层的组织单元包。 最常用的方法是将类以包为单位进行分组，比如上一节提到的层，每一层中的所有类组成一个包。 一个包可以包含其它的包，高层包被分成若干子包，子包又可以在分成更小的包。 但在Java中，包还指代了物理的组织手段,如何分包,分包（软件类的分组）有两种原则： 共同封闭原则（Common Closure Principle）。一个包中的各个类应该是由于相似的原则而改变，即将一组职责相似、但以不同方式实现的类归为一个包中。比如按照层来进行分包就是这种类型。 共同复用原则（Common Reuse Principle）。一个包中的各个类应该一起被复用，复用其中一个可能需要同时考虑同一个包中的其它协作类。通常和业务功能相关。,包图,包图用来描述包及其依赖关系。 当表现层包中的类要使用领域包中的领域类提供的服务时，表示包就依赖于领域包。,11.2.2 子系