软件体系结构-第二讲(架构模式)

软件架构的10个常见模式企业规模的软件系统该如何设计呢？在开始写代码之前，我们需要选择一个合适的架构，这个架构将决定软件实施过程中的功能属性和质量属性。

因此，了解软件设计中的不同架构模式对我们的软件设计会有较大的帮助。

什么是架构模式？根据维基百科：架构模式是针对特定软件架构场景常见问题的通用、可重用解决方案。

架构模式类似于软件设计模式，但范围更广。

本文将简要解释10种常见架构模式及其用法、优缺点。

1.分层模式（Layered pattern）2.客户端-服务器模式（Client-server pattern）3.主从模式（Master-slave pattern）4.管道-过滤器模式（Pipe-filter pattern）5.代理模式（Broker pattern）6.点对点模式（Peer-to-peer pattern）7.事件-总线模式（Event-bus pattern）8.模型-视图-控制器模式（Model-view-controller pattern）9.黑板模式（Blackboard pattern）10.解释器模式（Interpreter pattern）1. 分层模式此模式用于可分解为子任务的结构化程序，每个子任务都位于特定的抽象层级，每一层都为上一层提供服务。

一般信息系统最常见的4个层次如下。

•表示层(也称为UI层)•应用层(也称为服务层)•业务逻辑层(也称为领域层)•数据访问层(也称为持久层)应用场景：•一般的桌面应用程序•电子商务web应用程序•一般的移动App分层模式2. 客户端-服务器模式这种模式由两部分组成：服务器和多个客户端。

服务器将向多个客户端提供服务。

客户端从服务器请求服务，服务器向这些客户端提供相关服务。

此外，服务器继续侦听客户端请求。

应用场景：•电子邮件、文档共享和银行等在线应用程序。

•基于IPC的应用程序客户端-服务器模式3.主从模式这种模式由两部分组成：主节点和从节点。

1.软件体系结构建模的种类◎结构模型◎框架模型◎动态模型◎过程模型◎功能模型2.4+1模型4+1视图模型从5个不同的视角包括逻辑视图、进程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描述软件体系结构。

每一个视图只关心系统的一个侧面，5个视图结合在一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容。

逻辑视图：逻辑视图主要支持系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务。

在逻辑视图中，系统分解成一系列的功能抽象，这些抽象主要来自问题领域。

这种分解不但可以用来进行功能分析，而且可用作标识在整个系统的各个不同部分的通用机制和设计元素。

在面向对象技术中，通过抽象、封装和继承，可以用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图。

要保持单一内聚的对象模型开发视图开发视图也称模块视图，主要侧重于软件模块的组织和管理。

开发视图要考虑软件内部的需求，如软件开发的容易性、软件的重用和软件的通用性，要充分考虑由于具体开发工具的不同而带来的局限性。

开发视图通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描述。

在开发视图中，最好采用4-6层子系统，而且每个子系统仅仅能与同层或更低层的子系统通讯，这样可以使每个层次的接口既完备又精练，避免了各个模块之间很复杂的依赖关系。

设计时要充分考虑，对于各个层次，层次越低，通用性越强，这样，可以保证应用程序的需求发生改变时，所做的改动最小。

开发视图所用的风格通常是层次结构风格。

进程视图进程视图侧重于系统的运行特性，主要关注一些非功能性的需求。

进程视图强调并发性、分布性、系统集成性和容错能力，以及从逻辑视图中的主要抽象如何适合进程结构。

它也定义逻辑视图中的各个类的操作具体是在哪一个线程中被执行的。

进程视图可以描述成多层抽象，每个级别分别关注不同的方面。

在最高层抽象中，进程结构可以看作是构成一个执行单元的一组任务。

它可看成一系列独立的，通过逻辑网络相互通信的程序。

它们是分布的，通过总线或局域网、广域网等硬件资源连接起来。

软件工程师软件体系结构与架构设计软件工程师：软件体系结构与架构设计软件工程师是现代社会中不可或缺的职业之一。

在软件开发的过程中，体系结构与架构设计是一个至关重要的环节。

本文将针对软件工程师在软件体系结构与架构设计方面的任务和技能进行探讨，以及如何有效地应对挑战。

一、什么是软件体系结构与架构设计软件体系结构是软件系统的基础框架，它决定了软件系统的组织结构、关键组件之间的关系以及系统的行为特征。

架构设计则是指在软件体系结构中确定具体组件和模块的设计方案和结构。

软件体系结构与架构设计是软件工程师在软件开发过程中的重要任务。

二、软件体系结构与架构设计的任务1. 定义系统需求：软件工程师在软件体系结构与架构设计的初期，需要明确系统的需求，包括功能需求、性能需求、可靠性需求等。

这对于后续的设计和实施工作非常重要，也是确保软件系统能够满足用户需求的关键。

2. 选择适当的架构风格：根据系统需求和特点，软件工程师需要选择合适的架构风格。

常见的架构风格包括分层架构、客户端-服务器架构、面向服务的架构等。

选择合适的架构风格能够提高系统的可维护性、可重用性和可扩展性。

3. 划分模块和组件：软件工程师需要将系统划分为模块和组件，并定义它们之间的接口和交互方式。

模块和组件的划分应该考虑到功能的独立性和耦合性，以及实现的可行性和效率。

4. 确定关键技术选型：在软件体系结构与架构设计过程中，软件工程师需要评估和选择关键技术和工具。

例如，选择合适的数据库管理系统、开发框架和编程语言等，以支持系统的实现和运行。

5. 进行系统性能分析：软件工程师需要对系统进行性能分析，评估系统的性能瓶颈和瓶颈原因，并提出优化方案。

这将直接影响系统的性能和用户体验。

三、软件体系结构与架构设计的技能要求1. 系统思维能力：软件工程师需要具备良好的系统思维能力，能够从宏观角度看待系统，理解系统的整体结构和各个组件之间的关系。

2. 抽象与建模能力：软件工程师需要有抽象和建模的能力，能够将系统需求和架构设计抽象成合适的模型，以便于理解和沟通。

一. 软件体系结构（架构）软件体系结构的定义通常，软件体系结构通常被称为架构，指可以预制和可重构的软件框架结构。

架构尚处在发展期，对于其定义，学术界尚未形成一个统一的意见，而不同角度的视点也会造成软件体系结构的不同理解。

比如，ANSI/IEEE 610.12-1990软件工程标准词汇对于体系结构定义是“体系架构是以构件、构件之间的关系、构件与环境之间的关系为内容的某一系统的基本组织结构以及知道上述内容设计与演化的原理(principle)”；而Garlan & Shaw模型的基本思想是：软件体系结构={构件(component),连接件(connector)，约束(constrain)}。

对于软件项目的开发来说，一个清晰的软件体系结构是首要的。

传统的软件开发过程可以划分为从概念到实现的若干个阶段，包括问题定义、需求分析、软件设计、软件实现及软件测试等。

软件体系结构的建立就位于需求分析之后，软件设计之前。

在建立软件体系结构时系统设计师主要从结构的角度对整个系统进行分析，选择恰当的构件（Component）、构件间的相互作用以及它们的约束，最后形成一个系统框架（Framework）以满足用户的需求，为软件设计奠定基础。

软件体系结构风格软件体系结构设计的一个核心问题是能否使用重复的体系结构模式，即能否达到结构级的软件重用。

也就是说，能否在不同的软件体系中，使用同一体系结构。

基于这个目的，学者们开始研究和实践软件体系结构的风格问题。

软件体系结构风格（Software Architecture Style）是描述某一特定应用领域系统组织方式的惯用模式。

它反映了领域中众多系统所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。

对软件体系结构风格的研究和实践促进了对设计的复用，一些经过实践证明的解决方案也可以可靠地用于解决新的问题。

体系结构风格的不变部分使不同的系统可以共享一个实现代码。

软件体系结构基本概念展开全文声明：本文总结于软件体系结构课程第1章软件体系结构基本概念1.1软件体系结构基本概念1.2软件体系结构风格、模式和框架1.3软件结构的基本元素和连接1.4软件体系结构设计的基本原则1.1 软件体系结构的基本概念软件体系结构是软件工程的重要研究领域，软件体系结构并没有统一的定义。

90年代开始，很多专家学者对软件体系结构引起广泛关注，综合软件体系结构的定义，比较权威性的论述是:总体组织全局控制通讯、同步、协议设计元素的功能物理分布和集成软件体系结构要点：软件体系结构是软件设计过程的一个层面，是相对独立的、有价值的软件设计方法的总结，可作为软件开发指导性的策略和途径。

强调设计过程，而非分析的过程。

分析的目标是理解和表示，设计的目标是实现。

非用户的观点及非功能的观点。

对于用户，结构是软件系统功能的组合。

对于设计者，结构是为特定目标而设立的软件成分以及成分之间的关系。

1.2 软件体系结构风格、模式和框架软件体系结构风格(Architecture Styles)风格是表达特定系统元素和组织方式的通用范例（idiomaticparadigm）。

软件体系结构风格，反映众多系统共有结构的习惯用法和语义，表述系统的静态结构方式，强调软件元素的组织形式和通常用法。

软件设计模式（DesignPattern)设计模式是软件问题高效和成熟的设计模板（pattern)，模板包含了固有的问题的处理逻辑，强调处理逻辑采用方式的直接复用。

软件应用框架(Application Framework)框架是待实例化的、可复用的大粒度部件结构。

框架面向不同规模的应用问题，是通用的结构。

强调针对实际问题和通用结构。

1.3软件结构的基本元素和连接软件结构的表示从低层到高层，高层软件结构是建立在基础结构之上的。

软件构成的基础结构包括：①数据类型结构②控制流连接结构③中断触发连接结构④层次结构①数据类型结构数据类型是最基本的软件结构元素，是描述复杂算法和软件结构的基础，即数据结构。

软件架构模式与实践在软件开发领域中，软件架构起到了重要的作用。

它是指对软件系统整体结构的抽象描述，包括各个组件之间的关系、功能的划分以及数据流的流向。

软件架构模式是指在不同的应用场景下，为解决特定问题而设计的一种通用架构模板。

本文将介绍几种常见的软件架构模式以及它们在实践中的应用。

一、分层架构模式分层架构模式是将一个软件系统划分为若干个层次，每个层次都有各自的职责和功能。

常见的分层包括表现层、业务层和数据访问层。

表现层负责与用户交互，并将请求传递给业务层处理；业务层负责处理业务逻辑，并调用数据访问层获取或修改数据；数据访问层负责与数据库进行交互。

这种架构模式有助于实现系统的分离和解耦，使得各个层次可以独立开发和测试，提高了系统的可维护性和可扩展性。

同时，它也降低了代码的重复程度，提高了系统的整体性能。

二、客户端-服务器架构模式客户端-服务器架构模式是将软件系统划分为客户端和服务器两部分。

客户端负责向用户提供界面，并将用户的请求发送给服务器；服务器负责处理客户端的请求，并返回相应的结果。

客户端-服务器架构模式常用于分布式系统的开发，可以实现系统的负载均衡和高可用性。

另外，通过将业务逻辑放在服务器端，客户端可以实现轻量化，提高了用户体验。

三、面向服务架构模式面向服务架构（Service-Oriented Architecture，SOA）模式是将软件系统划分为一系列松散耦合的服务。

每个服务都是一个独立的功能单元，可以通过网络进行通信和交互。

面向服务架构模式的优势在于提供了灵活性和可扩展性。

不同的服务可以独立开发和部署，可以根据需求进行组合和替换。

同时，通过服务的复用，可以降低开发成本和提高系统的可维护性。

四、发布-订阅架构模式发布-订阅架构模式是一种事件驱动的架构模式。

系统中的发布者将消息发布到特定的消息队列或主题，而订阅者可以选择订阅感兴趣的消息。

当有新的消息发布时，订阅者会接收到相应的消息并进行处理。

软件架构模式软件架构模式是指在设计和组织软件系统时，采用的一种通用的框架或模式。

它定义了系统的基本结构、组件之间的关系以及数据流的方式，旨在解决软件开发过程中的一系列挑战和需求。

软件架构模式能够帮助开发团队实现系统的可靠性、可维护性、可扩展性以及可重用性，从而提高软件的质量。

一、层次架构模式层次架构模式是软件架构设计中最常用的模式之一，它将系统划分为多个层次，每个层次负责完成特定的功能。

常见的层次包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。

表示层负责与用户进行交互，通过界面展示数据和接收用户的输入。

它可以是一个Web页面、一个移动应用程序或者一个桌面软件界面。

表示层的主要目的是提供用户友好的界面，保证用户与系统的交互流畅。

业务逻辑层负责处理系统的核心业务逻辑，它是系统的大脑。

在该层，开发人员负责编写业务规则和算法，确保系统能够按照预期的方式运行。

业务逻辑层可以调用数据访问层获取数据，并将处理结果返回给表示层。

数据访问层负责与数据库或其他数据存储系统进行交互，负责读取和存储数据。

开发人员在该层实现数据的增删改查功能，并提供接口供业务逻辑层调用。

数据访问层的设计需要考虑数据的安全性、一致性以及性能等因素。

二、客户-服务器模式客户-服务器模式是将一个系统划分为两个独立的部分：客户端和服务器端。

客户端负责处理用户的请求和显示数据，服务器端负责处理请求并提供相应的数据或服务。

客户端可以是一个应用程序、一个浏览器或者一个移动设备上的应用程序。

它与用户进行交互，将用户的请求发送给服务器，并将服务器返回的数据显示给用户。

客户端还可以缓存数据以提高性能，并处理用户的输入和事件。

服务器端负责接收客户端发送的请求，并处理请求的逻辑。

它可以是一个物理服务器或者一个云服务器。

服务器端根据请求的类型执行相应的业务逻辑，并将处理结果返回给客户端。

服务器端的设计需要考虑并发性、可扩展性和安全性等因素。

三、发布-订阅模式发布-订阅模式是一种广泛应用于消息系统中的架构模式。