从需求定义到软件体系结构.

《从需求定义到软件体系结构.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《从需求定义到软件体系结构.（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、*1 2.2从需求定义到软件体系结构 *2 什么是“工程”？ 定义有很多，通常来说： 用最少的代价解决问题 . . 目的是处理实际的难题 . . 以科学知识为手段 . . 建造工具 . . 服务于人类 目标：使普通人能做以前只有 专家圣手才能做的事情 *3 工程的进化 *4 工程化的步伐 手工(Craft)商业(Commerical)工程(Professional Engineering) 行家里手和业余天才熟练的工匠 受过系统教育的专业人 员 直觉与强力既定程序分析与理论 偶然的进步注重实效地优化 以科学为指导地升级换 代 不经意的推广言传身教专业教育课程 奢侈地使用原料注重成本与原料利用原

2、料多次利用 生产是为了使用而不是 出售 为销售而生产市场份额 *5 规范化循环 专门的解决方法 土方法 规范化 模型与理论 新的问题 实践提高 *6 构建一个小狗屋构建一个小狗屋 *7 构造一栋房屋构造一栋房屋 *8 构建一个高层建筑构建一个高层建筑 *9 软件中的影响因素软件中的影响因素 技术混合技术混合 性能性能 吞吐量吞吐量 容量容量 可用性可用性 失败安全失败安全 出错容忍程度出错容忍程度 功能功能 成本成本 兼容性兼容性 恢复能力恢复能力 *10 软件设计的目标和目的 软件需求：解决“做什么” 软件设计：解决“怎么做” 软件结构设计的任务 问题结构(软件需求) 软件结构 映射 *11

3、 2.2.1 什么叫软件的体系结构 n软件体系结构，又常被称为架构。 n“软件体系结构”你早就知道 nClient/Server nThree-tier nP2P nDistributed n *12 n架构不是框框应用架构的基本思想 一个架构是一个可复用的设计构 件，它规定了应用的体系结构， 阐明了整个设计、协作构件之间 的依赖关系、责任分配和控制流 程。 *13 “建筑体系结构” *14 “建筑体系结构” *15 SA的定义 n后人精简Garlan and Shaw的定义为： 体系结构 = 组件 + 连接件 + 约束 Architecture = Components + Connecto

4、rs + Constrains *16 n除了构件，连接件和约束3个最基本的 组成元素，软件体系结构还包括端口（ port）和角色（role）两种元素。 n构件的接口由一组端口组成，每个端口 表示了构件和外部环境的交互点。连接 件作为建模软件体系结构的主要实体， 同样也有接口。连接件的接口由一组角 色组成，连接的每个角色定义了该连接 表示的交互的参与者。 *17 SA之重要 n最早指出SA的重要性 的是大师Edsger Dijkstra(1930-2002) “the larger the project, the more essential the structuring!”(1968)

5、*18 程序=？ n程序 = 算法 + 数据结构（1960s ） n程序 = 子程序 + 子程序（1970s ） n对象 = 算法 + 数据结构 程序 = 对象 + 对象（1980s） n程序 = 组件 + 连接件（1990s） *19 软件体系结构学习主要内容 软件体系结构的有关概念 软件体系结构的层次性 软件体系结构的设计原理 *20 什么是软件体系结构 软件体系结构定义了软 件局部和总体部件的构成,以 及这些部件之间的相互作用 关系。 *21 技术进步 n每个新的体系结构的诞生，都给技术的 进步带来深远影响 nWWW n三层结构 nCORBA nJ2EE n.NET 软件体系结构 软件体

6、系结构包括两部分: (1)过程构件(模块)的层次结构 (2)数据构件 *23 软件的架构主要回答的问题 软件的组成部分 软件的层次关系 模块的内部处理逻辑 模块之间的界面 软件体系结构可分为四种不同的体系： 概念结构 包括部件、互连、原则和性能等 代码结构 包括软件的配置管理、系统建造等 模块结构 包括模块界面、模块管理、模块控制和一致性等 执行结构 包括性能分析、调度分析、动态配置和不同的 执行系统之间的接口等 与软件体系结构有关的研究： 体系结构风格(Architecture Styles) 表示软件系统的一种特别的基本结构，以及相 关的构造方法 设计模式(Design Patterns)

7、 构造型模式、结构型模式、行为型模式 框架(Framework) 另一种研究和构造软件体系结构的方法，更多 的是关于应用领域问题的已建立的系统结构。 框架和设计模式 n构件通常是代码重用，而设计模式是设计重用 ，框架则介于两者之间，部分代码重用，部分 设计重用，有时分析也可重用。 n有三种级别的重用： (1)内部重用，即在同一应用中能公共使用的抽 象块; (2)代码重用，即将通用模块组合成库或工具集 ，以便在多个应用和领域都能使用； (3)应用框架的重用，即为专用领域提供通用的 或现成的基础结构，以获得最高级别的重用性 。 n设计模式是对在某种环境中反复出现的 问题以及解决该问题的方案的描述，

8、它 比框架更抽象； n架构可以用代码表示，也能直接执行或 复用，而对模式而言只有实例才能用代 码表示; n设计模式是比架构更小的元素，一个架 构中往往含有一个或多个设计模式，架 构总是针对某一特定应用领域，但同一 模式却可适用于各种应用。 *28 n成功的架构开发需要确定领域专用的“热点” (Hot spot)。应用开发者在框架的基础上进行 开发，只须扩展架构的某些部分，“热点”就是 在应用领域的一种扩展槽，开发者根据自己的 需要填充这些扩展槽 n“食谱” (Cookbook)就是描述如何使用架构方法 的文档。在“食谱”中包含了许多“烹饪”方法， 这些“烹饪”方法相当于一些具体的操作步骤， 描

9、述了为解决某一专门问题如何使用架构的详 细方法。架构的内部设计和实现细节通常不出 现在“食谱”中。 *29 为什么要进行体系结构开发? n领域内的软件结构一致性好； n建立更加开放的系统； n重用代码大大增加; n软件设计人员要专注于对领域的了解，使 需求分析更充分； n存储了经验; n允许采用快速原型技术； n有利于在一个项目内多人协同工作； n大粒度的重用使得平均开发费用降低; *30 n好的开始相当于成功一半 n设计模式是支撑架构的重要组件 n架构设计是骨架，设计模式就是肉 n时刻牢记架构设计的目标 1. 最大化的重用： 2. 尽可能的简单明了： 3. 最灵活的拓展性： *31 好的体系

10、结构 n与大多数好的设计一样 n是一系列相容的原理和技术的产 物，在项目的各个阶段保持一致 n在各种变化面前表现出弹性 n在产品的整个生命周期中充当向 导 n重用成熟的工程知识 *32 2.3 软件体系结构的风格 n软件体系结构风格主要分为两类。 固定术语类：包括全局组织结构，如分层 系统，管道过滤器系统，客户/服务系统 ，黑板系统等，还包括局部化的模式， 如模型视图控制等其他面向对象开 发的模式。全局化的模式是在软件全局 上提供设计方式；而局部化的模式则侧 重于软件系统的一小部分，是针对特定 问题提供解决方案。 *33 参数化模型类：这一类别的风 格包括对特定应用领域的特定系 统组织，它指定

11、了构件及其交互 的配置，如词法分析器，类型分 析器，优化器和代码生产器，还 有一些参考模型，如人机交互框 架，通信参考模型，以及在航空 、移动机器人等领域的大量特定 领域方法。 *34 体系结构风格的最关键四个要素 n提供一个设计的词汇表 n定义一套配置规则 n定义一套解释原则 n定义基于这种风格的系统所进行的分析 *35 2.3.2 常用的软件体系结构风格 n1、 管道和过滤器风格 在管道/过滤器风格的软件体系 结构中，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。 管 道 管 道 管 道 管道 过滤 器 过滤 器 过滤 器 过滤 器 过滤 器 过滤

12、 器 *37 2、仓库风格和黑板风格 n仓库（Repositories）风格的体系结构有 两种不同的构件组成： （1）中央数据结构，它说明当前状态； （2）独立构件的集合，它对中央数据结构 进行操作。 *38 n对于系统中数据和状态的控制方法 有两种。 （1）输入事务选择进行某种处理， 并把执行结果作为当前状态存储到 中央数据结构中，这时，仓库是一 个传统的数据库体系结构 （2）另一种方法是，由中央数据结 构的当前状态决定进行某种处理， 这时，仓库是一个黑板（ blackboard）体系结构。 *39 存储器 直接存 取 黑板 （共享数据 ） 知识源 知识源 知识源 知识源 知识源 知识源 计

13、算 *40 仓库和黑板 n仓库在计算机应用中几乎无处不在 n信息共享系统在很多领域有相似的 发展趋势，因为有相似的技术和商 业压力的激励 n黑板是一种特别的仓库，主要用于 需要对凌乱的信息进行处理的领域 ，其控制策略必须是机会主义的 *41 3、数据抽象和面向对象风格 n面向对象的风格主要是利用对象的3 个特性，即封装特性、继承和多态 特性，建立构件对象。对象是一种 被称作管理者的构件，因为它负责 保持资源的完整性。对象是通过函 数和过程的调用来交互的。 抽象数据类 型 过程调用 对象对象 对象 对象 对象 *43 4、客户/服务器风格（C/S结构 ） n三部分组成： l 中心服务数据系统 l

14、 客户应用程序 l 网络 客户端通过网络直接连接到数据库服 务器，由二者分担业务处理。 *44 客户机/服务器体系结构 *45 C/S体系结构的处理流程 客户机/服务器体系结构 应用系统的组成： 显示逻辑部分(表示层):实现与用户交互 应用处理部分(功能层):进行具体运算和数据处理 数据管理部分(数据层):对数据库中数据进行查询 、 修改、更新等任务 应用分层 表示层 功能层 数据层 三层明确分割, 逻辑上独立 胖客户机和瘦客户机 客户机 “胖” 客户机 应用 处理 逻辑 显 示 逻 辑 服务器 数据 管理 逻辑 数据库 “瘦” 客户机 表示 显 示 逻 辑 数据 管理 逻辑 数据库 表示 应

15、用处理 应用 处理 逻辑 客户机服务器 三层C/S的基本硬件结构 将三层功能装载到硬件的三种基本方法 表示层表示层表示层 功能层 数据层 数据层 功能层 功能层 数据层 客 户 机 服 务 器 (1)将数据层和 功能层放在 一台服务器上 (2)将数据层和 功能层放在 不同服务器上 服 务 器 (3)将功能层放 在客户机上 *49 体系结构 3.4 三层客户/服务器风格 第三章 软件体系结构风格 表示层 数据层 功能层 三层客户机/服务器体系结构 *50 处理流程 3.4 三层客户/服务器风格 第三章 软件体系结构风格 三层C/S体系结构的处理流程 *51 5、浏览器/服务器风格（B/S结构 ）

16、 n具体结构为：浏览器/Web服务器/数据 库服务器。B/S体系结构主要是利用不断 成熟的WWW浏览技术，结合浏览器的多 种脚本语言，用通用浏览器实现原来需 要复杂的专用软件才能实现的功能。 *52 浏览器/服务器体系结构 *53 结合三层C/S的B/S结构（四层 ） 数据库数据库 客户端 数据库 驱动 应用 服务 中间服务器 客户端 (Browser) Web App. Web Server 客户端 远程 连接 客户机 *54 6、分层系统风格 n分层（layered）系统组织成一个层次结构 ，每一层为上层服务，并作为下层客户。 在一些层次系统中，除了一些精心挑选的 输出函数外，内部的层次对相邻的层可见 。 n这种风格支持基于可增加抽象层的设计。 这样，允许将一个复杂问题分解成一个增 量步骤序列的实现。由于每一层最多只影 响两层，同时只要给相邻层提供相同的接 口。 *55 过程调用 构件元素 可用系统 基本功能 核心层