【精品】PPT课件 软件体系结构(Software Architecture)

第1章 软件体系结构概论 ◇ 软件体系结构的定义
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。
◎ 检索与提取构件 ◎ 理解与评价构件 ◎ 修改构件 ◎ 构件组装
第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件重用
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
第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件重用
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
第1章 软件体系结构概论 ◇ 软件危机的表现
1.1 从软件危机谈起
◎ 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。
……………
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第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件管理
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。
第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件重用
1.2 构件与软件重用

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• 架构师应当为项目相关的不同角色而设计： – 架构师要为客户负责，满足他们的业务目标和约束条件。 – 架构师要为用户负责，满足他们关心的功能需求和运行期质 量属性。 – 架构师必须顾及处于协作分工“下游”的开发人员。 – 架构师必须考虑“周边”的管理人员，为他们进行分工管理 、协调控制和评估监控等工作提供清晰的基础。
• 三、写作、沟通表达、培训。
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• 角色 • 软件架构师Software Architect • 定义 • 主导系统全局分析设计和实施、负责软件构架和关键技术决策
的角色
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• 职责 – 领导与协调整个项目中的技术活动（分析、设计和实施等） – 推动主要的技术决策，并最终表达为软件构架 – 确定和文档化系统的相对构架而言意义重大的方面，包括系统的 需求、设计、实施和部署等“视图” – 确定设计元素的分组以及这些主要分组之间的接口 – 为技术决策提供规则，平衡各类涉众的不同关注点，化解技术风 险，并保证相关决定被有效的传达和贯彻 – 理解、评价并接收系统需求 – 评价和确认软件架构的实现
框架和业务框架） • 二、对系统框架相关技术和业务进行培训，指导开发人员开发。
并解决系统开发、运行中出现的各种问题。
• 系统架构师的目的： • 对系统的重用、扩展、安全、性能、伸缩性、简洁等做系统级
的把握。
• 系统架构师能力要求：
• 一、系统架构相关的知识和经验。
• 二、很强的自学能力、分析能力、解决问题的能力。
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• 软件架构要层次化并隔离关注点 – 复杂性是层次化的。 --《人月神话》 – 好的架构设计必须把变化点错落有致地封装到软件系统的 不同部分(即关注点分离)。 – 通过关注点分离，达到“系统中的一部分发生了变化，不 会影响其他部分”的目标。

管道/过滤器结构
Ø 每个过滤器都是一个独立的个体元素，各个过滤器的状态互不 相关，非邻近过滤器不共享任何信息；
9 Ø 运行结果的正确性与各个过滤器运行的先后顺序无关。
管道/过滤器体系结构风格
➢管道/过滤器风格具有以下优点： ✓ 简单性，允许将系统的输入和输出看作是各个
过滤器行为的简单组合，独立的过滤器能够减 小构件之间的耦合程度； ✓ 系统具有可扩展性和可进化性，各个过滤器是 相互独立的，因此可以很容易地将新过滤器添 加到现有的系统之中，以扩展系统的业务处理 能力，原有过滤器可以很方便地被改进的过滤 器所替代；
➢软件体系结构表示系统的框架结构，用于从较高 的层次上来描述各部分之间的关系和接口，主要 包括：构件、构件性质和构件之间的关系。
➢不同系统的设计方案存在着许多共性问题，把这 些共性部分抽取出来，就形成了具有代表性的和 可广泛接受的体系结构风格。
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几种典型的软件体系结构风格
➢软件体系结构风格也称为软件体系结构惯用模 式，是指不同系统所拥有的共同组织结构和语 义特征。
软件密集型系统的总体结构的语言，说明系统众
多构件之间的结构关系。
➢代表性的体系结构描述语言包括：
➢ Wright
➢ ACME
➢ Rapide
➢ ABC/ADL
➢ Darwin
➢ XYZ/ADL
➢ Unicon
➢ XADL
➢ 大部分结构描述语言都有构件、连接子、配置
等概念。
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几种典型的软件体系结构风格
➢软件体系结构风格定义了用于系统描述的术语 表和一组用于指导系统构建的规则。
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几种典型的软件体系结构风格
➢管道/过滤器风格 ➢数据共享风格 ➢客户机/服务器风格 ➢浏览器/服务器风格 ➢MVC体系结构风格

重构的实施
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来进行重构。
重构应该是一个渐进的过程，通过逐步 修改系统的部分来达到整体的改进。
软件体系结构的例子和项目实践
实例一：在线商店系统
以在线商店系统为例，介绍如何 设计和实现具有扩展性和可维护 性的软件体系结构。
实例二：社交媒体平台
以社交媒体平台为例，讨论如何 应用不同的架构模式来满足用户 的需求。
项目实践：设计和实现一 个软件系统
通过一个具体的项目实践，展示 如何在整个软件开发生命周期中 应用软件体系结构的原理和方法。
结语
1 总结和反思
回顾我们在这份PPT课件中所讨论的内容，并总结其中的关键要点。
2 展望未来的发展趋势
预测软件体系结构领域的发展趋势，并对未来的研究方向提出建议。
3 鼓励学习和实践软件体系结构的重要性
通过评估和分析软件体系结构，我们可以发 现潜在的问题并做出相应的改进。
软件体系结构的演化和重构
1
演化的原因
技术的进步、需求的变化和系统的缺陷
重构的目的和方法
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可能会导致软件体系结构的演化。
重构旨在改善系统的设计和结构，以提
高可维护性和可扩展性。Βιβλιοθήκη 3重构的技术和策略
通过使用设计模式、分解复杂的模块和
简化系统之间的依赖关系等技术和策略
客户端-服务 器架构
客户端发送请求，服 务器提供响应。这种 架构常用于网络应用 程序和分布式系统。
浏览器-服务 器架构
浏览器充当客户端， 通过HTTP协议与服务 器进行通信。这种架 构常用于Web应用程 序。
面向服务的架 构
系统通过服务进行通 信，每个服务提供特 定的功能。这种架构 可以促进系统的松耦 合和可扩展性。

图A 播放AVI文件的Graph Filter图
上图中每个模块分别代表了不同的Filter，媒体文件Filter从硬盘读取AVI文件，AVI分离 Filter将文件分离为音频流和视频流，AVI解码Filter对视频流进行解码并送往Video表现Filter， 由后者将各帧在显示器上显示，默认的 DirectSound 设备用DirectSound将音频流输 2019 10 出。。
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2019
1概述－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。
2019
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1概述
• 它是一种简单的、清楚的、完善的方式 形成的
• 软件工程师需要一种更好的视角来理解 软件，并试图找到一种新的方法来构建 更复杂的大型软件系统 • SA (software architecture)
• 一个简单程序到复杂系统软件的距离是 十年
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1概述－需求开发的主要困难
软件体系结构
刘兴
2019
计算机学院软件工程系
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软件体系结构内容
• • • • • • • 1概述 2软件体系结构风格 3案例研究 4软件体系结构的分析与评估（略） 5流行的软件体系结构 6设计模式与软件架构 7企业架构师和设计师、企业软件架构简介
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1概述
• • • • 我们要学的这个是什么玩意？ 我们为什么要学这个玩意？ 我们将来会怎么干？ 其他人是怎么玩的？

基于规则系统
• 调用和返回系统
数据中心系统（知识库）
• 主程序和子程序
• 面向对象系统
• 多级分层
数据库
超文本系统
黑板
• 独立构件
• 通讯进程
• 事件系统
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2.1体系结构风格
• 7种通用的风格
• 管道和过滤器、对象、隐式调用、层、知识库、解释器和过程调用。
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2.2管道过滤器（pipes &filters）
软件体系结构
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1
1概述
• 我们要学的这个是什么玩意？
• 我们为什么要学这个玩意？
• 我们将来会怎么干？
• 其他人是怎么玩的？
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1概述
• 软件工程师需要一种更好的视角来理解软件，并试图找到一种新的方法来
构建更复杂的大型软件系统
• SA (software architecture)
软件系统“可扩展”的前提条件是“保持结构稳定”，否则软件难
以按计划开发出来，稳定性是使系统能够持续发展的基础。所以稳
定性和可扩展性都是体系结构设计的要素。
• •如果每次变化都导致体系结构发生大的变动，那简直就是“伤筋
动骨”，这样的体系结构无疑是败笔之作。（例如房屋装修）
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• 复用就是指“重复利用已经存在的东西”。被复用的对象可以是有
套共享的，语义丰富的词典，它由软件系统的习
惯用语，模式，软件系统组织结构风格组成。
• 通过识别一个管道过滤器体系结构风格的实例，
一个软件工程师传达了这样的事实：这个系统的
主要功能就是进行数据流的转换，系统的主要功

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Use-Case model
Use-Case system
*
*
The Use-Case system denotes the top-level package of the model
Actor
Use case
Use-Case 模型以及其内容
参与需求工作流的有关人员
System Analysis
由上可见：USDP对于如何运用UML的概念进行软件开发提 供了详细指导。即：
指导开发队伍安排其开发活动的次序； 为各开发者和整个开发组指定任务； 明确地规定需要开发的制品； 提供对项目中的制品和活动进行监控与度量的准则。
1）需求获取的目标 对大系统的开发来说，需求一般包括需求获取和需求分析 需求获取的目标是：
其中， Business entity 表示某些事物（ something）,例如 一张发票。 它们在一个业务use case中被使用之。 A work unit 是这样实体的一个集合，对最终用户 而言，形成了可认知的整体。
Business entities 和 work unit 用于表达同一类概念，作为 领域类，例如定单，栏目，发票等。 每一个业务use case的细化可以通过交互图和活动图予以 表示。
产生的制品
特征（Feature）列表 领域模型或业务模型 Use case 模型 补充需求或针对一些特定需求 的use cases
特征（Feature）: 一个功能项（function item ）以及相关的简要描述
称为特征（ feature）。作为需求, 并被转换为其它制品。
feature
应用系统
业务模型 业务模型可以分为以下2个层次： •业务 use case 模型 通过业务use case和业务 actors 来描述业务过程，他们分别 对应业务过程（business processes）和客户（customers ）。 一般来说，业务 use case 模型 是以use case 图予以描述的. • 业务对象模型 业务对象模型是一个业务的内部（interior）模型。描述每 一个业务use case 是如何通过一组workers 、business entities 、 work units予以细化的。