软 件 体 系 结 构 课程性质:必修 学时/学分:40/2.5 关 于 教 材 ◇ 出版社：清华大学出版社 ◇ 作者：张友生 课 程 内 容 ◇ 软件体系结构概论 ◇ 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构风格 ◇ 软件体系结构描述 ◇ 动态软件体系结构◇ Web 服务体系结构◇ 基于体系结构的软件开发 ◇ 软件体系结构的分析与测试 ◇ 软件体系结构评估 ◇ 软件产品线体系结构 ◇ 软件危机的表现 ◎ 软件成本日益增长 ◎ 开发进度难以控制◎ 软件质量差◎ 软件维护困难 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的表现 ◎ 软件成本日益增长 20 世纪 50 年代，软件成本在整个计算机系统成本中所占的比例为 10%-20% 到 20 世纪 60 年代中期，软件成本在计算机系统中所占的比例已经增长到 50% 左右而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国空军计算机系统的数 据：1955 年，软件费用约占总费用的 18%，1970 年达到 60%，1975 年达到 72%，1980 年达到 80%，1985 年达到 85%左右 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的表现 ◎ 开发进度难以控制 由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。
在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况层出不穷，令软 件开发过程很难保证按预定的计划实现，给项目计划和论证工作带来了很大的 困难盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力相反，随着人 员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培训和管理等方面的问题将更为严 重 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的表现 ◎ 软件质量差 软件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人意1965 年至 1970 年， 美国范登堡基地发射火箭多次失败，绝大部分故障是由应用程序错误造成的在“软件作坊”里，由于缺乏工程化思想的指导，程序员几乎总是习惯性 地以自己的想法去代替用户对软件的需求，软件设计带有随意性，很多功能只 是程序员的“一厢情愿”而已，这是造成软件不能令人满意的重要因素 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的表现 ◎ 软件维护困难 由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软件开发标准，各种随意性 很大，没有完整的真实反映系统状况的记录文档，给软件维护造成了巨大的困 难特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能因各种原因已经离开原来 的开发组织，使得软件几乎不可维护。
有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部硬件和软件费用的 40%- 75% 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的原因 ◎ 用户需求不明确 ◎ 缺乏正确的理论指导◎ 软件规模越来越大◎ 软件复杂度越来越高第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◎ 用户需求不明确 在软件开发完成之前，用户不清楚软件的具体需求；用户对软件需求的描述不精确，可能有遗漏、有二义性、甚至有错误；在软件开发过程中，用户还提出修改软件功能、界面、支撑环境等方面的 要求；开发人员对用户需求的理解与用户本来愿望有差异 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的原因 ◎ 缺乏正确的理论指导 缺乏有力的方法学和工具方面的支持由于软件不同于大多数其他工业产 品，其开发过程是复杂的逻辑思维过程，其产品极大程度地依赖于开发人员高 度的智力投入由于过分地依靠程序设计人员在软件开发过程中的技巧和创造 性，加剧软件产品的个性化，也是发生软件危机的一个重要原因 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的原因 ◎ 软件规模越来越大 随着软件应用范围的增广，软件规模愈来愈大。
大型软件项目需要组织一 定的人力共同完成，而多数管理人员缺乏开发大型软件系统的经验，而多数软 件开发人员又缺乏管理方面的经验各类人员的信息交流不及时、不准确、有 时还会产生误解软件项目开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件的全部关系和各 个分支，因此容易产生疏漏和错误 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的原因 ◎ 软件复杂度越来越高 软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其复杂性也急剧地增加软 件产品的特殊性和人类智力的局限性，导致人们无力处理“复杂问题” 所谓“复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采用先进的组织形式、开发 方法和工具提高了软件开发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在 人们的面前 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 软件危机的原因 ◇ 如何克服软件危机 人们面临的不光是技术问题，更重要的是管理问题管理不善必然导致失败 要提高软件开发效率，提高软件产品质量，必须采用工程化的开发方法与 工业化的生产技术在技术上，应该采用基于重用的软件生产技术；在管理上，应该采用多维 的工程管理模式 第 1 章 软件体系结构概论 1.1 从软件危机谈起 ◇ 构件模型及实现 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件的定义 构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过 程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复 合体。
◇ 构件模型及实现 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件模型的三个主要流派 OMG（Object Management Group，对象管理集团）的 CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理结构）Sun 的 EJB（Enterprise Java Bean）Microsoft 的 DCOM（Distributed Component Object Model，分布式构件对象模 型） ◇ 构件模型及实现 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 青鸟构件模型 ◇ 构件获取 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用的 构件；通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件；从市场上购买现成的商业构件，即 COTS（Commercial Off-The-Shell）构 件；开发新的符合要求的构件 ◇ 构件管理 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件描述 ◎ 构件分类与组织◎ 人员及权限管理 ◇ 构件管理 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件描述 构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件的制作与构件的重用提 供依据；从管理角度出发，也需要对构件进行描述，例如：实现方式、实现体、注 释、生产者、生产日期、大小、价格、版本和关联构件等信息，它们与构件模 型共同组成了对构件的完整描述。
◇ 构件管理 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件分类与组织 ◇ 关键字分类法◇ 刻面分类法◇ 超文本组织方法 ◇ 构件管理 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 关键字分类法 ◇ 构件管理 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 刻面分类法◇ 使用环境◇ 应用领域◇ 功能◇ 层次◇ 表示方法 ◇ 构件管理 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 超文本组织法 ◇ 构件管理 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 人员及权限管理 一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公共用户、构件提 交者、一般系统管理员和超级系统管理员 ◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 检索与提取构件 ◎ 理解与评价构件◎ 修改构件◎ 构件组装 ◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 检索与提取构件 ◇ 基于关键字的检索◇ 刻面检索法◇ 超文本检索法◇ 其他检索方法 ◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论1.2 构件与软件重用 ◎ 理解与评价构件 ◇ 构件的功能与行为◇ 相关的领域知识◇ 可适应性约束条件与例外情形◇ 可以预见的修改部分及修改方法 ◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 修改构件 理想的情形是对库中的构件不作修改而直接用于新的软件项目。
但是，在大多数情况下，必须对构件进行或多或少的修改，以适应新的需 求为了减少构件修改的工作量，要求开发人员尽量使构件的功能、行为和接 口设计更为抽象化、通用化和参数化 ◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件组装 ◇ 基于功能的组装技术◇ 基于数据的组装技术◇ 面向对象的组装技术 ◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件组装 ◇ 基于功能的组装技术基于功能的组装技术采用子程序调用和参数传递的方式将构件组装起来 它要求库中的构件以子程序/过程/函数的形式出现，并且接口说明必须清晰当 使用这种组装技术进行软件开发时，开发人员首先应对目标软件系统进行功能 分解，将系统分解为强内聚、松耦合的功能模块然后根据各模块的功能需求 提取构件，对它进行适应性修改后再挂接在上述功能分解框架中◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件组装 ◇ 基于数据的组装技术首先根据当前软件问题的核心数据结构设计出一个框架，然后根据框架中 各结点的需求提取构件并进行适应性修改，再将构件逐个分配至框架中的适当 位置。
此后，构件的组装方式仍然是传统的子程序调用与参数传递这种组装 技术也要求库中构件以子程序形式出现，但它所依赖的软件设计方法不再是功 能分解，而是面向数据的设计方法，例如 Jackson 系统开发方法 ◇ 构件重用 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 ◎ 构件组装 ◇ 面向对象的组装技术· 构造法在子类中引进基类的对象作为子类的成员变量，然后在子类中通过成员变 量重用基类的属性和方法 · 子类法将新子类直接说明为库中基类的子类，通过继承和修改基类的属性与行为 完成新子类的定义 ◇ 软件重用实例 第 1 章 软件体系结构概论 1.2 构件与软件重用 自学 ◇ 背景资料 第 1 章 软件体系结构概论 1.3 体系结构的兴起和发展 ◎ 随着软件系统规模越来越大、越来越复杂，整个系统的结构和规格说明显得 越来越重要 ◎ 对于大规模的复杂软件系统来说，对总体的系统结构设计和规格说明比起对 计算的算法和数据结构的选择已经变得明显重要得多 ◎ 对软件体系结构的系统、深入的研究将会成为提高软件生产率和解决软件维 护问题的新的最有希望的途径 ◇ 背景资料 第 1 章 软件体系结构概论 1.3 体系结构的兴起和发展 ◎ 事实上，软件总是有体系结构的，不存在没有体系结构的软件。
◎ 软件体系结构虽脱胎于软件工程，但其形成同时借鉴了计算机体系结构和网 络体系结构中很多宝贵的思想和方法，最近几年软件体系结构研究已完全独立 于软件工程的研究，成为计算机科学的一个最新的研究方向和独立学科分支 ◇ 软件体系结构的定义 第 1 章 软件体系结构概论 1.3 体系结构的兴起和发展 ◎ Dewayne Perry 和 A1exander Wo1f 软件体系结构是具有一定形式的结构化元素，即构件的集合，包括处理构 件、数据构件和连接构件处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体 系结构的不同部分组合连接起来这一定义注重区分处理构件、数据构件。