软件体系结构(Software Architecture)

软件框架(Software Framework)介绍面向某领域（包括业务领域，如ERP，和计算领域，如GUI）的、可复用的“半成品”软件，它实现了该领域的共性部分，并提供一系列定义良好的可变点以保证灵活性和可扩展性。

可以说，软件框架是领域分析结果的软件化，是领域内最终应用系统的模板。

随着软件规模的扩大、应用的广泛和软件复用技术的发展，以子程序或类（Class）为单位的软件复用有许多不足：（1）子程序库日趋其庞大以致于使用人员难以掌握，（2）大多数类粒度很小，且其自身往往不能完成有用的功能。

这一问题迫使人们在复用中将一组类（或模块）及其交互作为一个整体来考虑，由此出现了软件框架。

软件框架至少包含以下组成部分：（1）一系列完成计算的模块，在此称为构件。

（2）构件之间的关系与交互机制。

（3）一系列可变点（也称热点，Hot-spots，或调整点）。

（4）可变点的行为调整机制。

开发人员通过软件框架的行为调整机制，将领域中具体应用所特有的软件模块绑定到该软件框架的可变点，从而得到最终应用系统，这一过程称为软件框架的例化（instantiation）。

通过软件框架的使用，开发人员可将主要精力放在应用所特有的模块的开发上，从而大大提高了软件生产率和质量。

软件框架的行为调整机制是指如何针对具体的应用调整该框架的可变部分、如何在可变点加入特定应用模块所采用的方法和规则。

行为调整机制可分为四种：（1）模板参数化。

软件框架提供代码自动生成工具，该工具根据用户设置的参数自动生成所需的代码。

（2）继承和多态。

通过面向对象中的子类继承和重载，在子类中加入新的功能或改变父类的行为。

（3）动态绑定。

在运行时刻动态绑定所需的对象服务，可通过软件模式技术实现。

（4）构件替换。

通过替换框架中可插拔的构件来加入业务特定的功能，不同于一般的可复用软件制品，软件框架的一个显著特点是逆向控制（Inversion of Control），在复用过程中，前者需被显式调用，控制是在应用特定的模块中，软件框架则不然，应用开发人员只要将应用特定的模块绑定到框架内，框架则根据自己的交互机制自动调用该模块，控制由框架负责。

计算机093 09416612 恽小燕软件体系结构评估近几年来,软件体系结构(Software Architecture ,SA) 成为软件工程发展的一个热门方向。

随着对软件体系结构研究的深入开展,逐渐形成了以软件系统的体系结构形式化描述、风格、建模、评估、软件产品线以及基于软件体系结构的软件开发过程等为主要研究内容的一个新领域。

对一个系统的体系结构进行评估,是为了在系统被构建之前预测它的质量,并不需要精确的评估结果,通过分析SA体系结构对于系统质量的主要影响,进而提出改进。

因此,软件体系结构评估的目的是分析潜在的风险,并检验设计中提出的质量需求。

本文主要讨论三种有代表性的方法,它们可以指导评估人员成功地对系统的体系结构进行评估。

这三种方法是: 基于场景的体系结构分析方法(SAAM) 、体系结构权衡分析方法(ATAM) 、体系结构级别上的软件维护预测(ALPSM) 。

1.主要的术语(1)软件体系结构定义:软件体系结构定义很多,本文采用为大多数人所接受的一种定义:“软件系统或计算系统的软件体系结构就是系统的一个或多个结构,它包括软件组件,这些组件的外部可见属性以及组件之间的相互关系”。

这个定义仅仅关注系统内在的方面,而大多数的分析方法都是基于这个定义的。

这个定义具有如下的含义:①SA 是一个或多个系统的抽象。

SA 以抽象的组件(Com2ponent) 来表示系统,这些组件具有外部可见属性,并且相互之间是有联系的,这种联系有时被称为连接件(Connector) 。

②SA 是一种可重用、可传递的系统抽象,而组件的细节部分不属于体系结构的范畴。

③系统由多个结构组成,通常也称为视图(View) 。

任何一个视图只能表示SA 的部分内容,而不是全部。

(2)质量属性质量属性是一个组件或一个系统的非功能性特征。

软件质量在IEEE 1061中定义,它体现了软件拥有所期望的属性组合的程度。

另一个标准ISO/IEC Draft 91262 1定义了一个软件质量模型。

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。

模拟试题（一）第一题: 名词解释(每题5分, 共20分)1.软件体系构造（Software Architecture）2.软件体系构造风格（Software Architecture Style）3.软件质量属性4.质量属性驱动旳设计措施（ADD）第二题: 单项选择(每题4分, 共20分)1. 下面哪种方略可以用来满足可测试性（Testability）旳质量属性?A) 心跳（Heartbeat） B) 模块旳抽象化（Generalize the module）C) 记录/重放 D) 授权顾客2. “系统在提供服务给合法顾客旳同步抵制未授权使用旳能力”这是哪种质量属性关怀旳问题？A) 性能 B) 可测试性C) 可移植性 D) 安全性3. 下面哪种视图不属于软件体系构造中定义旳“4+1”视图?A) 物理视图 B) 设计视图C) 场景视图 D) 开发视图4. 下面旳图是什么图？A) 序列图 B) 组件图C) 对象图 D) 用例图5. 下面旳图形描述了何种体系构造风格？A) C/S B) 有序批处理 C) 主程序/子程序 D) 面向对象第三题:简答（每题5分, 共20分）1.请描述管道-过滤器体系构造风格旳特点并给出适合使用这种风格旳一种应用场景。

2.请简要阐明黑板风格旳定义。

3.请简要阐明体系构造权衡分析措施和该措施旳特点。

4. 什么是“4+1视图”, 分别给出每个视图旳名称和重要关注点。

软件体系构造分析: 效用树(20分)某企业要开发一种在线交易系统, 该系统重要关注性能、可更改性、可用性和安全这五个质量属性。

负责开发旳团体分析了各个质量属性, 设计了一种参照旳体系构造。

该团体欲采用效用树技术对体系构造进行评估, 下面是有关旳场景: ☎∙∙站点 断电后 可以在 秒内完毕流量到站点 旳迁移；●信用卡交易需要有99.999% 旳安全性；●顾客旳授权数据库需要在 99.999% 旳状况下保证可用；●视频必须实时传播；●可以在4人-周内完毕对Web顾客界面旳变化网络失效和恢复必须在1.5分钟内完毕；●减少对客户数据库访问旳时间至200毫秒以内；请根据以上描述, 构建对应旳效用树2. 软件体系构造构建（20分）Travelling 是一家新兴旳旅游服务提供商, 可以在线为顾客提供在线旳实时旅游信息服务, 包括路线信息, 景点简介, 公交线路查询等, 其系统旳基本旳功能如下所示:☎∙∙顾客可以在网站上注册帐号和密码 成为该站点旳客户；☎∙∙客户可以使用浏览器访问网上旳站点 搜索并返回感爱好旳景点信息；☎∙∙该企业需要集成来自旅游线路提供商旳数据库 提供旅游线路支持；需要集成来自景点旳信息提供商旳数据库提供景点信息；需要集成公交企业旳应用系统提供公交信息查询能力。

《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。

SA12基于体系结构的软件开发基于体系结构的软件开发（Software Architecture）是一种在软件开发中使用的方法论，它通过将软件系统分解成多个模块或组件，并定义它们之间的相互关系，以及系统整体的架构风格，来指导软件开发过程。

体系结构的合理设计可以提高软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性，并且能够更好地满足用户需求。

在基于体系结构的软件开发中，首先需要进行需求分析和系统规划，以确定软件系统的整体功能和性能要求。

然后，依据这些要求，设计出适合系统的体系结构，包括定义系统的组件结构、模块划分和模块之间的接口与通信方式。

体系结构设计的核心是要保持模块的独立性和低耦合，同时确保模块之间能够高效地协同工作。

在体系结构设计完成后，需要进行模块设计和实现。

根据模块之间的接口定义，不同的开发人员可以并行地进行开发，提高开发效率。

同时，由于模块之间的接口已经定义清楚，不同模块的开发人员可以独立地测试自己的模块，并且模块之间的集成测试也能够更加方便地进行。

另外，基于体系结构开发的软件系统还能够更好地进行复用。

在体系结构设计阶段，可以考虑到系统中可能会出现的变化点，并将其抽象成可替换的组件或模块。

当系统需要进行扩展或修改时，只需要替换掉相应的组件，而无需对整个系统进行大规模的修改，这大大提高了软件系统的可维护性。

基于体系结构的软件开发方法还可以提高软件开发团队的协作效率。

每个开发人员只需要专注于自己的模块设计和实现，无需关心整个系统的细节。

开发人员之间的沟通和合作也更加简单明了，减少了因为软件系统复杂度带来的沟通成本。

综上所述，基于体系结构的软件开发方法可以提高软件系统的开发效率、可维护性和可扩展性。

它强调模块化设计和低耦合的原则，通过定义模块之间的接口和通信方式，提高模块的独立性和可替换性。

同时，它还能够提高软件开发团队的协作效率，并且能够更好地满足用户的需求。

因此，基于体系结构的软件开发方法在当前的软件开发中得到了广泛应用。

软件工程体系结构软件工程体系结构（Software Engineering Architecture）是一种将软件系统划分为不同组件并描述其关系以及如何实现各个组件的方法。

体系结构是软件中运行时、开发和维护的基础，它定义了系统的组成和规模。

软件体系结构通常包括架构风格、设计模式、编码约定和组件的通信协议等方面。

软件体系结构设计是一项复杂的任务，需要考虑多个方面的需求，如性能、安全性、可维护性、可扩展性、可重用性以及可移植性。

软件体系结构需要满足现有或未来的需求，而这些需求可能会随着时间和技术的变化而发生变化。

因此，软件体系结构的设计需要能够适应变化并具有可扩展性。

架构风格是软件体系结构设计的核心概念之一。

不同的架构风格可以提供不同的组件关系和通信协议。

常见的架构风格包括分层架构、客户端-服务器架构、发布-订阅架构、事件驱动架构、面向服务架构（SOA）等等。

这些架构风格有不同的优缺点，应根据具体的应用场景进行选择。

设计模式是另一种常用的软件工程体系结构。

设计模式是解决常见问题的可重用解决方案。

例如，MVC模式可以将模型、视图和控制器分离，使代码更易于维护和扩展。

设计模式提供了一种可以重复使用的解决方案，在不同的应用程序中可用于多种情况。

编码约定是一种定义软件组件访问规则的方法。

编码约定可以提高软件的可读性和可维护性。

例如，使用命名约定和代码格式可以使代码更易于理解和修改。

编码约定还可以帮助保持代码的标准化，使不同团队中的开发人员之间的代码更加一致。

组件通信协议规定了软件中组件之间如何交换信息。

组件之间的通信可以通过各种方式进行，包括进程间通信、消息传递或使用共享内存。

通信协议还可以定义如何处理错误、如何处理并发访问等其他相关方面。

软件工程体系结构设计是一项重要的任务，需要综合考虑多个因素。

好的软件体系结构设计可以使软件更易于维护和扩展，并提高系统可靠性、性能和安全性。

还需要深入了解业务需求，以确保软件体系结构与业务需求相符合。

软件体系结构
软件体系结构（Software architecture，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。

软件体系结构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。

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直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应位于需求分析之后，软件设计之前。

但在传统的软件工程方法中，需求和设计之间存在一条很难逾越的鸿沟，从而很难有效地将需求转换为相应的设计。

而软件体系结构就是试图在软件需求与软件设计之间架起一座桥梁，着重解决软件系统的结构和需求向实现平坦地过渡的问题。

软件体系结构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。

软件体系结构使推理和控制更改更简单，有助于循序渐进的原型设计，可以作为培训的基础。

软件体系结构是可传递和可复用的模型，通过研究软件体系结构可能预测软件的质量。

软件框架(Software Framework)介绍面向某领域（包括业务领域，如ERP，和计算领域，如GUI）的、可复用的“半成品”软件，它实现了该领域的共性部分，并提供一系列定义良好的可变点以保证灵活性和可扩展性。

可以说，软件框架是领域分析结果的软件化，是领域内最终应用系统的模板。

随着软件规模的扩大、应用的广泛和软件复用技术的发展，以子程序或类（Class）为单位的软件复用有许多不足：（1）子程序库日趋其庞大以致于使用人员难以掌握，（2）大多数类粒度很小，且其自身往往不能完成有用的功能。

这一问题迫使人们在复用中将一组类（或模块）及其交互作为一个整体来考虑，由此出现了软件框架。

软件框架至少包含以下组成部分：（1）一系列完成计算的模块，在此称为构件。

（2）构件之间的关系与交互机制。

（3）一系列可变点（也称热点，Hot-spots，或调整点）。

（4）可变点的行为调整机制。

开发人员通过软件框架的行为调整机制，将领域中具体应用所特有的软件模块绑定到该软件框架的可变点，从而得到最终应用系统，这一过程称为软件框架的例化（instantiation）。

通过软件框架的使用，开发人员可将主要精力放在应用所特有的模块的开发上，从而大大提高了软件生产率和质量。

软件框架的行为调整机制是指如何针对具体的应用调整该框架的可变部分、如何在可变点加入特定应用模块所采用的方法和规则。

行为调整机制可分为四种：（1）模板参数化。

软件框架提供代码自动生成工具，该工具根据用户设置的参数自动生成所需的代码。

（2）继承和多态。

通过面向对象中的子类继承和重载，在子类中加入新的功能或改变父类的行为。

（3）动态绑定。

在运行时刻动态绑定所需的对象服务，可通过软件模式技术实现。

（4）构件替换。

通过替换框架中可插拔的构件来加入业务特定的功能，不同于一般的可复用软件制品，软件框架的一个显著特点是逆向控制（Inversion of Control），在复用过程中，前者需被显式调用，控制是在应用特定的模块中，软件框架则不然，应用开发人员只要将应用特定的模块绑定到框架内，框架则根据自己的交互机制自动调用该模块，控制由框架负责。