《软件体系结构风格》ppt课件

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1、软 件 体 系 结 构,孟博 计算机科学学院 ,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,定义,第3章 软件体系结构风格,3.1 软件体系结构风格概述,软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。 体系结构风格定义了一个系统家族，即一个体系结构定义一个词汇表和一组约束。词汇表中包含一些构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的。 体系结构风格反映了领域中众多系统所共有的结构和语

2、义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统。,讨论体系结构风格时要回答的问题,第3章 软件体系结构风格,3.1 软件体系结构风格概述,设计词汇表是什么？ 构件和连接件的类型是什么？ 可容许的结构模式是什么？ 基本的计算模型是什么？ 风格的基本不变性是什么？ 其使用的常见例子是什么？ 使用此风格的优缺点是什么？ 其常见的特例是什么？,经典的体系结构风格,第3章 软件体系结构风格,3.1 软件体系结构风格概述,软件体系结构的四个要素内容： 提供一个词汇表 定义一套配置规则 定义一套语义解释原则 定义对基于这种风格的系统所进行的分析,经典的体系结构风格,第3章 软件体系结构风格,

3、3.1 软件体系结构风格概述,数据流风格：批处理序列；管道/过滤器。 调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层次结构。 独立构件风格：进程通讯；事件系统。 虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。 仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。,管道和过滤器,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,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，所以在输入被完全消费之前，输出便产生了。 这里的构件被称为过滤器，这种风格的连接件就象是数据流传输的管道，将一个过滤器的输出传到另一过滤器的输入。,第3

4、章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,图 3-1 管道过滤器风格的体系结构,管道,管道,管道,管道,管道,管道,管道,管道和过滤器,管道和过滤器,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,管道和过滤器风格的优点,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,使得软构件具有良好的隐蔽性和高内聚、低耦合的特点； 允许设计者将整个系统的输入/输出行为看成是多个过滤器的行为的简单合成； 支持软件重用。只要提供适合在两个过滤器之间传送的数据，任何两个过滤器都可被连接起来； 系统维护和增强系统性能简单。新的过滤器可以添加到现有系统中来；旧的可以被改进的过滤器替换掉；

5、允许对一些如吞吐量、死锁等属性的分析； 支持并行执行。每个过滤器是作为一个单独的任务完成，因此可与其它任务并行执行。,管道和过滤器的缺点,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,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； 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； 因为在数据传输上没有通用的标准，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。,Unix shell: cat file|grep xyz|sor

6、t|uniqout 即找到含xyz的行，排序、去掉相同的行，最后输出,信号处理系统 并行计算,编译器,数据抽象和面向对象组织,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,这种风格建立在数据抽象和面向对象的基础上，数据的表示方法和它们的相应操作封装在一个抽象数据类型或对象中。 这种风格的构件是对象，或者说是抽象数据类型的实例。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。,数据抽象和面向对象组织,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,面向对象系统的优点,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,因为对象对

7、其它对象隐藏它的表示，所以可以改变一个对象的表示，而不影响其它的对象； 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。,面向对象系统的缺点,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,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(显式调用)。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； 必须修改所有显式调用它的其它对象，并消除由此带来的一些副作用。例如，如果A使用了对象B，C也使用了对象B，那么，C对B的使用所造成的对A的影响可能是料想不到的。,广播媒介,agent,agent,agent,agent,声明事件,监听事件,

8、基于事件的隐式调用,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,基于事件的隐式调用,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,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。系统中的其它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，这样，一个事件的触发就导致了另一模块中的过程的调用。 这种风格的构件是一些模块，模块既可以是一些过程，又可以是一些事件的集合。过程可以用通用的方式调用，也可以在系统事件中注册一些过程，当发生这些事件时，过程被调用。,P2-4、体系结构模式,构件的接口：过程的集合+事件的集合 过程：即可以

9、用一般的方式调用，也可以声明为与某些事件相关 构件可以声明或广播一个或多个事件，或着向系统注册它希望响应的一个或多个事件 连接件：对过程的隐式或显式调用,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,基于事件的隐式调用,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,这种风格的主要特点是事件的触发者并不知道哪些构件会被这些事件影响。这样不能假定构件的处理顺序，甚至不知道哪些过程会被调用，因此，许多隐式调用的系统也包含显式调用作为构件交互的补充形式。,基于事件的隐式调用,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,基于事件的隐式调用,基于事件的隐式调用的优点,第3章

10、 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,为软件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，只需将它注册到系统的事件中。 为改进系统带来了方便。当用一个构件代替另一个构件时，不会影响到其它构件的接口。,基于事件的隐式调用的缺点,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,构件放弃了对系统计算的控制。一个构件触发一个事件时，不能确定其它构件是否会响应它。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。 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

11、成了问题。 既然过程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。,数据库中的一致性约束 集成开发环境中的编辑器支持的语法检查 开发工具中调试过程中的变量监视器刷新变量值 WORD的词正确性检查 ,应用：,基于事件的隐式调用,分层系统,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,层次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，内部的层只对相邻的层可见。这样的系统中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层间交互的约束。 这种风格支持基于可增加抽象层的设计。允

12、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，允许每层用不同的方法实现，同样为软件重用提供了强大的支持。,分层系统,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,每一层为上层提供服务，并作为下层的客户 层只对邻层可见 连接件定义了层间交互的协议 支持递增抽象层的设计 支持复杂问题的分解和增量式步骤序列的实现 支持软件复用：体现在每层只影响邻层，所以每层可采用不同的实现方法,分层系统,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,分层系统,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,分层系统的优点,第3章

13、软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以把一个复杂系统按递增的步骤进行分解； 支持功能增强，因为每一层至多和相邻的上下层交互，因此功能的改变最多影响相邻的上下层； 支持重用。只要提供的服务接口定义不变，同一层的不同实现可以交换使用。这样，就可以定义一组标准的接口，而允许各种不同的实现方法。,分层系统的缺点,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,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； 很难找到一个合适的、正确的层

14、次抽象方法。,广泛应用在分层通讯协议中，诸如OSI/ISO的分层通讯模型 计算机网络协议组，如TCP/IP OS X窗口系统 ,应用：,分层系统,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,仓库系统及知识库,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,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，仓库与外构件间的相互作用在系统中会有大的变化。 控制原则的选取产生两个主要的子类。若输入流中事务处理类型决定执行哪个处理过程，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。,仓库系统及

15、知识库,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,仓库系统及知识库,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,仓库系统及知识库,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,黑板系统主要有三个部分组成： 知识源：知识源中包含独立的、与应用程序相关的知识， 知识源之间不直接进行通信，它们之间的交互通过黑板来 完成。 黑板数据结构：黑板数据是按照与应用程序相关的层次来 组织的解决问题的数据，知识源通过不断的改变黑板数据 来解决问题。,仓库系统及知识库,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,控制器：控制完全由黑板的状态驱动，黑板状态的改变 决定

16、使用的特定知识。防止两个知识源同时写黑板的某一 空间。控制器完全由黑板状态驱动和决定。一旦黑板数据 的改变需要知识源的时候，控制器会及时通知知识源随即 进行响应。,仓库系统及知识库,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,信号处理与模式识别领域 用于具有松散偶合实体对共享数据的存取 Ftp服务器 ,应用：,仓库系统及知识库,第3章 软件体系结构风格,3.2 经典软件体系结构风格,一个解释器就是一个虚拟机 就解释器来说，一个解释器包括：伪程序(pseudoprogram)和解释引擎(interpretation engine)两个部分 就虚拟机来说，包括：计算状态机CSM(Computation State Machine)和存储器(Memory)两个部分 也可以说，一个解释器包括：一个计算状态机(CSM)和一个存储器。而一个存储器又包括：被解释的伪码、解释引擎控制状态的表示、以及被模拟程序的当前状态表示。,解释器,第3章 软