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第9章软件体系结构与设计模式
软件体系结构的基本概念
典型的软件体系结构风格
特定领域的软件体系结构
分布式系统结构
体系结构框架
设计模式
软件体系结构的基本概念
什么是体系结构
目前还没有一个公认的关于软件体系结构的定义,许多专家
学者从不同角度对软件体系结构进行了描述。Bass、
Clements和Kazman给出了如下定义:“一个程序或计算机
系统的软件体系结构是指系统的一个或者多个结构。结构中
包括软件的构件、构件的外部可见属性以及它们之间的相互
关系。外部可见属性则是指软件构件提供的服务、性能、使
用特性、错误处理、共享资源使用等。”
这一定义强调在任一体系结构表述中“软件构件”的角色。
Dewayne Perry和A1exander Wo1f曾这样定义:“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、数据构件和连接构件。
虽然软件体系结构的定义在变化,但其意图是清晰的。
体系结构设计是一系列决策和基本原理的集合,这些决策的
目标在于开发高效的软件体系结构。在体系结构设计中所强
调的基本原理是系统的可理解性、可维护性和可扩展性。
软件体系结构的基本概念

软件设计模式是从软件设计过程中总结出来的,是针对
特定问题的解决方案。
经典定义是:每个模式都描述了一个在我们的环境中不断
出现的问题及该问题解决方案的核心。在软件系统中,可
以将模式划分为以下3类。
(1)体系结构模式(architectural pattern):表达了软
件系统的基本结构组织形式或者结构方案,包含了一组预
定义的子系统,规定了这些子系统的责任,同时还提供了
用于组织和管理这些子系统的规则和向导。典型的体系结
构模式如OSI参考模型。
软件体系结构的基本概念
体系结构模式、风格和框架的概念
(2)设计模式(design pattern):为软件系统的子系
统、构件或者构件之间的关系提供一个精炼之后的解决方
案,描述了在特定环境下,用于解决通用软件设计问题的
构件以及这些构件相互通信时的各种结构。有代表性的设
计模式是Erich Gamma及其同事提出的23种设计模式。
(3)惯用法(idiom):是与编程语言相关的低级模式,
描述如何实现构件的某些功能,或者利用编程语言的特性
来实现构件内部要素之间的通信功能。
软件体系结构的基本概念

风格是带有一种倾向性的模式。同一个问题可以有不同
的解决问题的方案或模式,但我们根据经验,通常会强烈
倾向于采用特定的模式,这就是风格。
每种风格描述一种系统范畴,该范畴包括:
(1)一组构件(如数据库、计算模块)完成系统需要的某
种功能;
(2)一组连接件,它们能使构件间实现“通信”、“合作”和
“协调”;
(3)约束,定义构件如何集成为一个系统;
(4)语义模型,它能使设计者通过分析系统的构成成分的
性质来理解系统的整体性质。
软件体系结构的基本概念
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。
对体系结构风格的研究和实践为大粒度的软件复用提供
了可能。
软件体系结构的基本概念
软件体系结构的基本概念

随着应用的发展和完善,某些带有整体性的应用模式被
逐渐固定下来,形成特定的框架,包括基本构成元素和关
系。框架是特定应用领域问题的体系结构模式,框架定义
了基本构成单元和关系后,开发者就可以集中精力解决业
务逻辑问题。
在组织形式上,框架是一个待实例化的完整系统,定义
了软件系统的元素和关系,创建了基本的模块,定义了涉
及功能更改和扩充的插件位置。典型的框架例子有MFC框
架和Struts框架。
体系结构的重要作用体现在以下三个方面:
(1)体系结构的表示有助于风险承担者(项目干系
人)进行交流。
(2)体系结构突出了早期设计决策。
(3)软件体系结构是可传递和可复用的模型。
软件体系结构的基本概念
体系结构的重要作用
当输入数据经过一系列的计算和操作构件的变换形成输出
数据时,可以应用这种体系结构。管道/过滤器、批处理序
列都属于数据流风格。管道/过滤器结构如下图所示。
典型的体系结构风格
数据流风格