软考分类精讲-软件架构设计(一)

软件架构的概念

• 软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相 互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。
• 软件架构的是项目干系人进行交流的手段，明确了对系统实现的约束条件，决定了开发和维护组织的组织 结构，制约着系统的质量属性
• 软件架构使推理和控制的更改更加简单，有助于循序渐进的原型设计，可以作为培训的基础 l 软件架构是可传递和可复用的模型，通过研究软件架构可能预测软件质量。
• 软件架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。

软件架构的发展史

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软件架构建模

• 结构模型：以架构的构件、连接件和其他概念来刻画结构
• 框架模型：不太侧重描述结构的细节而更侧重于整体的结构
• 动态模型：系统的“大颗粒”的行为性质
• 过程模型：构建系统的步骤和过程
• 功能模型：由一组功能构件按层次组成，下层向上层提供服务

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架构描述语言

体系结构描述语言（architecture description language， 简称ADL），支持构件、连接件及其配置的描述语言就 是如今所说的体系结构描述语言。ADL对连接子的重视 成为区分ADL和其他建模语言的重要特征之一。典型的 ADL包括Unicon，Rapide，Darwin，Wright，C2 SADL， Acme，xADL，XYZ/ADL，ABC/ADL等

软件架构风格

• 架构设计的一个核心问题是能否达到架构级的软件复用
• 架构风格反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性，并指导如何将各 个构件有效地组织成一个完整的系统
• 架构风格定义了用于描述系统的术语表和一组指导构建系统的规则
• 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、层次结构
• 独立构建风格：进程通信、事件驱动系统（隐式调用）
• 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

软件架构风格-数据流风格

• 批处理序列:构件为一系列固定顺序的计算单元，构件之间只通过数 据传递交互，每个处理步骤是一个独立的程序，每一步 必须在其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。
• 管道—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,这个过程通常是通过 对输入数据流的变换或计算来完成的,包括通过计算和增 加信息以丰富数据、通过浓缩和删除以精简数据，通过 改变记录方式以转化数据和递增地转化数据等.这里的构 件称为过滤器,连接件就是数据传输的管道，将—个过滤 器的输出传到另一个过滤器的输入。 早期翻译器就是采用的这种架构.要一步一步处理的, 均可考虑采用此架构风格

软件架构风格-调用/返回风格

• 主程序/子程序:单线程控制，把问题划分为若干个处理步骤，构件即为主程序 和子程序，子程序通常可合成为模板。过程调用作为交互机制， 即充当连接件的角色。通用关系具有层次性，其语义逻辑表现 为主程序的正确性取决于它调用的子程序的正确性
• 面向对象: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。连接件即是对象间交互的方式，对象是 通过函数和过程的调用来交互的
• 层次结构:构件组织成一个层次结构，连接件通过决定层间如何交互的协议 来定义。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。通过层次结构，可以将大的问题分解为若干个 渐进的小问题逐步解决，可以隐藏问题的复杂度。修改某一层， 最多影响其相邻的两层（通常只能影响上层）

软件架构风格—调用/返回风格（层次结构）

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• 优点：
  • 1、这种风格支持基于可增加抽象层的设计，允许 将一个复杂问题分解成一个增量步骤序列实现。
  • 2、不同的层次处于不同的抽象级别： 越靠近底层，抽象级别越高； 越靠近顶层，抽象级别越低；
  • 3、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， 同样为软件复用提供了强大的支持
• 缺点：
  • 1、并不是每个系统都可以很容易的划分为分层的模式。
  • 2、很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法

软件架构风格—独立构件风格

• 进程通信:构件是独立的过程，连接件是消息传递，构件通常是命 名过程，消息传递的方式可以是点对点、异步或同步方 式，以及远程过程（方法）调用等
• 事件驱动系统 （隐式调用）: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。构件中的过程在一个或多个事件中注册,当某个事 件被触发时,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的过程调用。这 种风格中的构件是匿名的过程,它们之间交互的连接件往 往是以过程之间的隐式调用来实现的。主要优点是为软 件复用提供了强大的支持,为构件的维护和演化带来了方 便;其缺点是构件放弃对系统计算的控制

软件架构风格—虚拟机风格

• 解释器:解释器通常包括一个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，其缺 点是执行效率比较低
• 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 选择器和工作内存，一般用在人工智能领域和DSS中

软件架构风格—仓库风格(以数据为中心的风格)

• 数据库系统:构件主要有两大类，一类是中央共享数据源，保存当前系统的 数据状态；另一类是多个独立处理单元，处理单元对数据元素 进行操作
• 黑板系统:包括知识源、黑板和控制三部分。知识源包括若干独立计算的不 同单元,提供解决向题的知识。知识源响应黑板的变化,也只修改 黑板；黑板是一个全局数据库,包含问题域解空间的全部状态,是 知识源相互作用的唯一媒介;知识源响应是通过黑板状态的变化 来控制的。黑板系统通常应用在于解决问题设有确定性算法的软 件中(信号处理、问题规划和编译器优化等）
• 超文本系统:构件以网状链接方式相互连接，用户可以在构件之间进行按照人 类的联想思维方式任意跳转到相关构件，超文本是一种非线性的 网状信息组织方法，它以结点为基本单位，链作为结点之间的联 想式关联。超文本系统通常应用在互联网区域