软件体系结构与设计模式 第一章

软件设计模式与体系结构课程设计
4、这样，一个简单的maven项目就已经构建好了
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4、打开pom.xml文件并在其中添加servlet依赖项和Tomcat maven插件，如下 代码所示，pom.xml
<properties> <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding> <failOnMissingWebXml>false</failOnMissingWebXml>
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localRepository节点默认是被注释掉的，需要把它移到注释之外，然后将localRepository 节点的值改为我们在3.1中创建的目录D:\Program Files\Apache\maven-repository。 3. localRepository节点用于配置本地仓库，本地仓库其实起到了一个缓存的作用，它的 默认地址是 C:\Users\用户名.m2。 当我们从maven中获取jar包的时候，maven首先会在本地仓库中查找，如果本地仓库有 则返回；如果没有则从远程仓库中获取包，并在本地库中保存。 此外，我们在maven项目中运行mvn install，项目将会自动打包并安装到本地仓库中。
7、右键-run->Maven build,并输入tomcat：run运行嵌入式tomcat服务器
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8、现在运行配置启动tomcat服务器。 控制台输出如下图所示
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9、打开浏览器并在地址栏中输入URL: ，得到以下结 果：

▪ 作为现实世界的一个成分，每个模式表达了下列三者之间的一 种关系：特定环境，在该环境中反复出现的力(forces)的系统， 以及协调这些力的某种空间排列。
▪ 作为语言的一个成分，每个模式是一条指令，展示了这种空间 排列如何被一再重复使用，目的是协调同特定环境相关的力的 系统。
▪ 简单地说，模式既是存在于现实世界中的事物，又是告诉我们 如何以及何时创造该事物的规则。模式既是过程，又是事物； 既是活生生的事物的描述，又是创造该事物的过程的描述。
管道-过滤器风格优点
❖ 设计者可以将整个系统的输入、输出特性简单的理解为 各个过滤器功能的合成。
▪ 设计人员将整个系统的输入输出行为理解为单个过滤器行为的 叠加与组合。这样可以将问题分解，化繁为简。将系统抽象成 一个“黑箱”，其输入是系统中第一个过滤器的输入管道，输 出是系统中最后一个过滤器的输出管道，而其内部各功能模块 的具体实现对用户完全透明。
认 识 到 了 贫 困户贫 困的根 本原因 ，才能 开始对 症下药 ，然后 药到病 除。近 年来国 家对扶 贫工作 高度重 视，已 经展开 了“精 准扶贫 ”项目
管道-过滤器风格不足
❖ 交互式处理能力弱
▪ 管道-过滤器模型适于数据流的处理和变换，不适合为与用户交 互频繁的系统建模。在这种模型中，每个过滤器都有自己的数 据，这些数据或者是从磁盘存储器中读取来，或者是由另一个 过滤器的输出导入进来，整个系统没有一个共享的数据区。这 样，当用户要操作某一项数据时，要涉及到多个过滤器对相应 数据的操作，其实现较为复杂。由以上的缺点，可以对每个过 滤器增加相应的用户控制接口，使得外部可以对过滤器的执行 进行控制。
认 识 到 了 贫 困户贫 困的根 本原因 ，才能 开始对 症下药 ，然后 药到病 除。近 年来国 家对扶 贫工作 高度重 视，已 经展开 了“精 准扶贫 ”项目

第1章软件体系结构概述✓SEI软件体系结构讨论群定义如下：一个程序/系统构件的结构，它们之间的相互关系，以及在设计和交付的整个过程中的原则和指导方针。

✓Mary Shaw和David Garlan认为软件体系结构包括构成系统的设计元素的描述，设计元素的交互，设计元素组合的模式，以及在这些模式中的约束。

✓软件体系结构包括构件(Component)、连接件(Connector)和约束(Constrain)或配置(Configuration)三大要素。

✓国内普遍接受的定义：软件体系结构包括构件、连接件和约束，它是可预制和可重构的软件框架结构。

✓构件是可预制和可重用的软件部件，是组成体系结构的基本计算单元或数据存储单元✓连接件也是可预制和可重用的软件部件，是构件之间的连接单元✓构件和连接件之间的关系用约束来描述✓软件体系结构= 构件+ 连接件+ 约束软件体系结构的优势容易理解、重用、控制成本、可分析性第2章软件体系结构风格♦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。

♦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。

♦过程控制环路♦C/S风格体系结构有三个主要组成部分：数据库服务器、客户应用程序和网络。

♦B/S风格浏览器/Web服务器/数据库服务器。

优点：C/S体系结构具有强大的数据操作和事务处理能力，模型思想简单，易于人们理解和接受。

将大的应用处理任务分布到许多通过网络连接的低成本计算机上，以节约大量费用。

现在你大概知道了为什么优秀率那么高了

课前说明
最终的期末考试难度？
好好学，不难！
不好学，好难！
发生在某位同学身上真实的例子：
2013年考试成绩 2014年考试成绩 平时成绩：0，期末35，最终成绩18分 平时成绩：82，期末79，最终成绩80分

希望通过定义的方式来区分架构和模式是不太可能的，因为本来就是交互交叉和 提供服务的，比如著名的MVC(Model-View-Controller)就是一个例子，在设计模式中是 一个非常经典的模式，在架构中同样适用。对于熟悉架构设计的系统架构师而言，似乎 可以用如下来解释架构和模式之间的关系：架构是High-Level Design,着眼于不同业务 中共性的解决方案，而模式是General Principle(通用原理)。
1、点名中有3次不到（点名时代替同学答到者1次即挂）
2、上课私下聊天，第一次提醒，第二次继续提醒，第三 3、超过3次（含3次）作业没有提交 4、考试作弊，这个后果，你懂得……

课前说明
成绩的计算方式：
1、平时成绩（书面作业＋上机实验＋考勤） 2、课程大作业 3、期末闭卷笔试 4、总成绩 = 笔试成绩（40%）+ 平时成绩（40%） + 大作业成绩（20%） 只要你每次点名都在，平时作业认真完成，那么恭喜你， 平时成绩很可能是：

一些基本概念
什么是软件体系结构（续）
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)}．
其中构件可以是一组代码，如程序的模块；也可以是 一个独立的程序，如数据库服务器。连接件可以是过程调 用、管道、远程过程调用(RPC)等，用于表示构件之间的 相互作用。约束一般为对象连接时的规则，或指明构件连 接的形式和条件，例如，上层构件可要求下层构件的服务， 反之不行；两对象不得递规地发送消息；代码复制迁移的 一致性约束；什么条件下此种连接无效等。

《软件体系结构》教学大纲课程英文名称: Software Architecture课程编号：050302一、课程说明1．课程性质《软件体系结构》课程，是软件工程专业硕士研究生的主干课程。

2．课程的目的和任务软件体系结构主要介绍软件体系结构和中间件的基本概念，使学生对软件体系结构有比较深入的了解。

通过学习，使得学生在软件工程思想的基础上，更进一步掌握软件分析和软件开发的方法和思想，并能在实际中应用。

培养学生成为一名合格的软件分析师或软件工程师，并为其在该领域进一步深造打下坚实的基础。

3．适用专业软件工程，计算机科学与技术专业4．学时与学分学分：3 学时：45 讲授学时：45 实践学时：05．先修课程软件工程，数据结构与算法，操作系统，程序设计6．推荐教材或参考书目教材名称：《软件体系结构》张友生编著清华大学出版社ISBN：7302078106 2004版主要参考书目：《软件体系结构理论与实践》冯冲，江贺，冯静芳编著人民邮电出版社2004版7．主要教学方法与多媒体要求主要教学方法：理论和技术教学，案例驱动教学多媒体要求：多媒体教学占80%8．考核方式1、平时成绩（书面作业＋上机实验＋考勤）2、课程大作业3、期末闭卷笔试4、总成绩 = 笔试成绩（60/100）+ 平时成绩（20/100）+ 大作业成绩（20/100）9．课外自学要求书本上没讲过的内容，让学生自学。

推荐的教材，学有余力的学生可以自学。

二、教学基本要求和能力培养要求1．通过本课程的教学环节，达到以下基本要求1）、应使学生全面了解软件体系结构的概念。

2）、使学生对软件体系结构有比较深入的了解，掌握软件体系结构的思想，了解软件体系结构的设计过程。

3）、使学生在了解软件体系结构的基础上，能用之于软件开发的实践过动中去。

2．通过学习本课程应具备以下能力培养学生成为一名合格的软件分析师或软件工程师，并为其在该领域进一步深造打下坚实的基础。

三、课程教学内容第一章软件体系结构概论重点：了解软件危机的概念、产生以及表现。

3
牡丹江师范学院--软件工程--朱有富 2015 年 6 月整理
第一章 1.什么是软件？软件的特点是什么？软件有那些分类？ 计算机软件是由专业人员开发并长期维护的软件产品； 特点：
1）软件不是在传统意义上生产制造的，而是由设计开发的； 2）软件不会像硬件那样磨损和老化； 3）随着构件构造模式的发展，软件需要根据实际需求定制； 分类：计算机软件分为 7 个大类: ①系统软件②应用软件③嵌入式软件④科学和工程计 算软件⑤产品线软件⑥人工智能软件⑦Web 应用软件 2.软件设计应该包括哪些要素？软件设计在软件工程中所处的位置和重要性如何？ 元素：①分析模型②数据/类设计③体系结构设计④接口设计⑤构件级设计 位置：软件需求分析->需求规格说明->软件设计->设计文档->软件编码…… 重要性： 软件设计是软件工程中形成质量的地方，设计为我们提供了质量评估的软件表示，设 计是我们能够将用户需求准确地转化为软件产品或系统的唯一方法。是所有软件工程 活动和随后的软件支持活动的基础。没有设计，就会有构造不稳定系统的风险。 3.请用自己的话说明软件体系结构。传统的建筑体系结构科学和软件体系结构有何相 似之处？有何不同之处？ 软件体系结构是软件系统的基本组织，包含构件、构件之间、构件与环境之间的关系 ，以及相关的设计与演化原则等。 相似之处： 都是所构建系统的计划，都具有确保得到期望的特性，也是所构建系统的描述。 不同之处： 建筑师创建的是相对静止的静态描述而软件体系结构师创建的体系结构描述、代码在 以后将被执行多次，靠许多组件的交互来得到期望结果。
2垂直型设计是指运用面向体系结构的专用建模设计工具及其表达模型所进行的软件体系结构的设计一般来说这种专用工具针对软件体系结构的描述首先定义一种表达模型然后围绕该模型通过提供相应的设计工具来支持软件体系结构的设计

容器体系结构模型的优缺点
• 能高效的共享数据，无需在组件之间进行数据交换。 • 组件一定要与容器的数据模型一致。大量信息都按照一致的数据模型生成。 • 生产数据的组件不需要关心数据如何被其他组件使用。 • 备份、保密性、访问控制、错误回复等活动都是容器管理员的职责，客户
程序主要集中在自己的功能上。不同的组件对这些活动的要求不同，而容 器模型迫使所有的组件使用相同的策略。 • 容器中出现问题会影响整个系统。 • 是系统的静态结构，不能展现系统运行时的组织。
软件体系结构并非是可执行的软 件，它是一种设计表示，通过该 表示使得软件体系结构师能够分 析其所完成的设计是否满足软件 需求，以减少软件构造过程中存 在的风险。
体系结构设计步骤
1. 设计准备 2. 确定影响系统设计的 约束因素 3. 确定设计策略 4. 系统分解与设计 5. 撰写体系结构设计文 档 6. 设计评审
目相关人员之间讨论的焦点，有利于设计决策。 2. 有利于系统分析
在系统开发的早期阶段给出系统的体系结构，实际上就 是对系统的分析过程。对体系结构的设计决策，对系统能 否满足关键性需求具有深远的影响。 3. 有利于大规模复用
体系结构能在具有相似需求的系统之间互用，由此来支
持大规模的软件复用。
体系结构表示
体系结构模型
软件系统的体系结构要给予特定的体系结构模型
对这些模型的掌握可以简化定义系统体系结构的问题
绝大多数的大型系统的体系结构都包括不同的体系结构类型，并不属于一 个单一的类型
软件系统的体系结构要给予特定 的体系结构模型
对这些模型的掌握可以简化定义 系统体系结构的问题
绝大多数的大型系统的体系结构 都包括不同的体系结构类型，并 不属于一个单一的类型

《软件设计与体系结构》教学大纲一、课程基本信息二、课程目的和任务软件体系结构是根植于软件工程发展起来的一门新兴学科，目前已经成为软件工程研究和实践的主要领域。

专门和广泛地研究软件体系结构是从20世纪90年代才开始的，1993-1995年之间，卡耐基梅隆大学的Mary Shaw与David Garlan，贝尔实验室的Perry,南加州大学的Barry Boehm，斯坦福大学的David Luckham等人开始将注意力投向软件体系结构的研究和学科建设。

三、本课程与其它课程的关系。

体系结构在软件开发中为不同的人员提供了共同交流的语言，体现并尝试了系统早期的设计决策，并作为系统设计的抽象，为实现框架和构件的共享和重用、基于体系结构的软件开发提供了有力的支持。

鉴于体系结构的重要性，Dewayne Perry将软件体系结构视为软件开发中第一类重要的设计对象，Barry Boehm也明确指出：“在没有设计出体系结构及其规则时，整个项目不能继续下去，而且体系结构应该看做是软件开发中可交付的中间产品”。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配第一章软件体系结构概论1．1 从软件危机谈起1．1．1 软件危机的表现1．1．2 软件危机的原因1．1．3 如何克服软件危机1．2 构件与软件重用1．2．1 构件模型及实现1．2．2构件获取1．2．3 构件管理1．2．4构件重用1．2．5 软件重用实例1．3 软件体系结构的兴起和发展1．3．1 软件体系结构的定义1．3．2 软件体系结构的意义1．3．3 软件体系结构的发展史1．4 软件体系结构的应用现状第二章软件体系结构建模2．1 软件体系结构建模概述2．2 "4+1"视图模型2．2．1 逻辑视图2．2．2 开发视图2．2．3 进程视图2．2．4 物理视图2．2．5 场景2．3 软件体系结构的核心模型2．4 软件体系结构的生命周期模型2．5 软件体系结构抽象模型2．5．1 构件2．5．2 连接件2．5．3 软件体系结构2．5．4 软件体系结构关系2．5．5 软件体系结构范式第三章软件体系结构风格3．1 软件体系结构风格概述3．2 经典软件体系结构风格3．2．1 管道和过滤器3．2．2 数据抽象和面向对象组织3．2．3 基于事件的隐式调用3．2．4 分层系统3．2．5 仓库系统及知识库3．2．6 C2风格3．3 客户朋艮务器风格3．4 三层C／S结构风格3．4．1 三层C／S结构的概念3．4．2 三层C／S结构应用实例3．4．3 三层C／S结构的优点3．5 浏览器朋艮务器风格3．6 公共对象请求代理体系结构3．7 正交软件体系结构3．7．1 正交软件体系结构的概念3．7．2 正交软件体系结构的实例3．7．3 正交软件体系结构的优点3．8 基于层次消息总线的体系结构风格3．8．1 构件模型3．8．2 构件接口3．8．3 消息总线3．8．4 构件静态结构3．8．5 构件动态行为3．8．6 运行时刻的系统演化3．9 异构结构风格3．9．1 为什么要使用异构结构3．9．2 异构结构的实例3．9．3 异构组合匹配问题3．10 连系统构成的系统及其体系结构3．10．1 连系统构成的系统3．10．2 基于SASIS的软件过程3．10．3 应用范围3．11 特定领域软件体系结构。

重构的实施
4
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
2
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。

解决时应该考虑的各个方面，如：
– 解决方案必须满足的需求—例如：对等进程的通信 必须是高效的
– 你必须考虑的约束—例如：进程间通信必须遵守特 定协议
– 解决方案必须具有希望的特性—例如，软件更改应 该是容易的
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2.3 解决方案
模式的解决方案给出了如何解决再现问题，或 者更恰当地说是如何平衡与之相关的强制条件。 其包括两个方面：
体系结构模式表示软件系统的基本结构化组织 图式。它提供一套预定义的子系统，规定它们 的职责，包含用于组织它们之间关系的规则和 指南。
例如：MVC体系结构模式
13
3.2 设计模式
软件体系结构的子系统，以及它们之间的关系， 通常由几个更小的体系结构单元构成。我们用 设计模式来进行描述。
设计模式提供一个用于细化软件系统的子系统 或组件，或它们之间关系的图式。它描述通信 组件的公共再现结构，通信组件可以解决特定 语境中的一个一般设计问题。
– 每个模式规定了一个特定的结构，即元素的一个空 间配置
– 每个模式规定了运行期间的行为
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三、模式类别
模式可分为三种类型
– 体系结构模式 – 设计模式 – 惯用法
每一种类型都由具有相似规模或抽象程度的模 式组成。
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3.1体系结构模式
根据一些整体构建原理来建立可行的软件体系 结构。
软件体系结构模式
1
软件体系结构模式
教学目标:
– 掌握模式的概念 – 熟练掌握模式的构成 – 掌握模式的类别
教学重点:
– 掌握模式的概念、作用与构成
教学难点:
– 熟练掌握模式的构成
2
一、什么是模式
当专家求解一个特殊问题时，一般不会发明一 种和已有解决完全不同的方案来处理这个问题。

◇ 构件模型及实现 ◇ 构件获取 ◇ 构件管理 ◇ 构件重用
课本第17页图1-7
第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件模型及实现
◎ 构件的定义
1.2 构件与软件重用
构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单 位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构 上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。
第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件管理
◎ 构件描述
1.2 构件与软件重用
构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件 的制作与构件的重用提供依据； 从管理角度出发，也需要对构件进行描述，例如： 实现方式、实现体、注释、生产者、生产日期、大小、 价格、版本和关联构件等信息，它们与构件模型共同组 成了对构件的完整描述。
1.2 构件与软件重用
自学
第1章 软件体系结构概论 ◇ 本次课重点
1. 软件危机的表现和成因。 2. 构件和软件重用的概念？ 3. 基于构件软件重用的开发组织结构关系和关 系图。
第1章 软件体系结构概论 ◇ 作业
1.查阅课外资料，谈一谈如何克服软件危机。 2.（1)什么是构件？ (2)什么是软件重用？
第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件模型及实现
◎ 青鸟构件模型
1.2 构件与软件重用
参数化属性 构件名称 提供的 功能 具体成员 功能描述 虚拟成员 所需的构件
成员关系
第1章 软件体系结构概论 ◇ 构件获取
1.2 构件与软件重用
从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作 适应性修改，得到可重用的构件；
◎ 理解与评价构件
◇ 构件的功能与行为 ◇ 相关的领域知识
1.2 构件与软件重用
◇ 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

• 创建模式(Creational Pattern)
• AbstractFactory;Builder;FactoryMethod;Prototype;Singleton
• 结构模式(Structural Pattern)
• Adapter.4Class;adapter.4Object;Bridge;Composite.s;Composi te.t;Decorator;Façade;Flyweight;Proxy
的其他类处理器上，类的集合可以作为一个整体。
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责任链(Chain of Responsibility)模式 何时使用： (1)多个对象可以处理一个请求，而其处理器却是未 知的。 (2)想要在不指定确切的请求对象的情况下，向几个 对象中的一个发送请求。 (3)可以动态地指定能够处理请求的对象集。
41
责任链(Chain of Responsibility)模式
42
命令(Command)模式
意图:将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化； 对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤消的操作。
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装饰器(Decorator)模式
装饰模式以对客户端透明的方式扩展对象的功能， 是继承关系的一个替代方案，提供比继承更多的灵活 性。动态给一个对象增加功能，这些功能可以再动态 的撤消。增加由一些基本功能的排列组合而产生的非 常大量的功能。
优点： (1)比静态继承具有更大的灵活性。 (2)简化了编码，用户编写的每一个类都针对功能 的一个特定部分，不用将所有的行为编码到对象中。
模式
• 模式描述了一个在我们的环境中不断出现的问题，然后描 述了该问题的解决方案的核心。通过这种方式，你可以无 数次地使用那些已有的解决方案，无需在重复相同的工作。 ----《建筑的永恒之道》Alexander