软件体系结构(3)：软件体系结构模型

软件体系结构引言软件体系结构是指在软件系统中，对系统整体结构进行组织和设计的过程。

一个合理的软件体系结构能够帮助开发者降低系统的复杂度，提高系统的可维护性和可扩展性。

本文将介绍软件体系结构的基本概念和常用的体系结构模式，以及如何进行软件体系结构设计。

软件体系结构的基本概念软件体系结构是一个抽象的概念，用于描述软件系统中各个组件之间的关系和交互方式。

它主要由以下几个基本概念组成：1.组件（Component）：组件是软件系统中的一个独立的功能单元，可以由一个或多个模块（Module）组成，实现特定的功能。

2.接口（Interface）：接口定义了组件之间的通信方式和消息传递方式。

一个组件可以提供多个接口供其他组件使用。

3.关系（Relationship）：组件之间的关系可以是依赖关系（Dependency）、关联关系（Association）、聚合关系（Aggregation）和组合关系（Composition）等。

这些关系将多个组件链接起来，形成一个组织结构。

4.架构风格（Architectural Style）：架构风格定义了软件系统的整体结构的模式和约束。

常见的架构风格包括层次结构（Layered）、客户端-服务器（Client-Server）、发布-订阅（Publish-Subscribe）等。

常用的软件体系结构模式在进行软件体系结构设计时，可以借鉴一些常用的体系结构模式。

下面介绍几种常见的模式：1.层次结构（Layered）：层次结构将软件系统划分为若干层，每一层负责特定的功能。

上层的组件可以调用下层的组件，反之则不行。

这种模式可以降低系统的复杂度和耦合度，提高系统的可维护性。

2.客户端-服务器（Client-Server）：客户端-服务器模式将软件系统划分为客户端和服务器两个部分。

客户端负责与用户进行交互，而服务器负责处理客户端的请求并返回结果。

这种模式可以实现系统的分布式部署，提高系统的可伸缩性。

第一部分-------填空，选择，判断1．软件工程三个要素：方法、工具和过程2．软件元素：程序代码、测试用例、设计文档、设计过程、需求分析文档3．构件分类：关键字分类刻画分类法和超文本组织法4．软件体系结构技术反战经历四个阶段（1）无体系结构设计阶段----以汇编语言进行小规模应用程序开发（2）萌芽阶段-----以控制流图和数据流图构成软件结构为特征（3）初期阶段-----出现了从不同侧面描述系统的结构模型，UML（4）高级阶段-----描述系统的高层抽象结构，出现“4+1”模型5．软件体系结构模型：结构模型、框架模型、动态模型、过程模型和功能模型。

6．“4+1”视图模型从五个不同的视角，包括逻辑试图，进程试图，物理视图，开发视图和场景视图来描述软件体系结构。

逻辑视图主要支持系统的功能需求，是系统提供给最终用户的服务。

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；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，主要考虑软件内部的需求，如软件开发的容易性、软件的重用等，通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描述,提供给编程人员的；进程视图侧重于系统的运行特性，主要关注非功能性的需求，如系统的性能和可用性。

进程视图强调并发性、分布性、系统集成性和容错能力管道和过滤器风格、客户/服务器风格等适合进程视图，提供给系统集成人员的；物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通常考虑系统性能、规模、可靠性等，解决系统拓扑结构、系统安装、通信问题,提供给系统工程人员的。

而场景是那些重要系统活动的抽象，它使四个视图有机联系起来，是最重要的需求抽象，它可以帮助设计者找到系统结构的构件和他们之间的作用关系。

总之，逻辑视图和开发视图描述系统的静态结构，而进程视图和物理视图描述系统的动态结构。

软件体系结构的核心模型由五中元素组成：构件、连接件、配置、端口和角色。

7. 软件体系结构的核心模型由五中元素组成：构件、连接件、配置、端口和角色。

软件工程中的软件体系结构在数字化时代，软件应用的范围越来越广泛，软件开发的规模和复杂度也在不断增加。

为了应对这些挑战，软件工程师们不断探索各种技术，其中之一就是软件体系结构。

软件体系结构是一个抽象的框架，描述了一个软件系统的组成部分，它们之间的关系和通信方式，以及系统的行为。

在本文中，我们将深入探讨软件体系结构的概念、类型、优缺点和设计原则等重要内容。

软件体系结构的概念软件体系结构是软件系统的架构，它是一个抽象的、高级别的视角，描述了系统的组成部分、相互关系和行为模式。

一般来说，软件体系结构由以下元素组成：1. 模块：代码的意义单位，通常包含一组相关的操作和数据结构。

2. 组件：带有接口的模块，可以与其他组件进行交互和通讯。

3. 连接器：支持组件之间通讯和合作的构建块。

4. 数据：系统中的各种信息，包括文本、图像、声音等。

5. 环境：软件系统运行所依赖的硬件、操作系统和其他外部条件等。

软件体系结构需要注意的重点包括：1. 模块细分：将系统拆分成若干个小模块，每个模块都有自己的职责和功能。

2. 接口设计：设计良好的接口可以提供高效、可靠的组件通讯。

3. 模块复用：通过复用现有组件和模块，可以降低开发成本和时间。

软件体系结构的类型软件体系结构可以分为多种类型，下面将介绍几种常见的。

1. 分层式结构分层式结构是将系统分为若干层次的结构，每个层次都具有特定的功能和职责。

分层式结构最大的特点是分离了应用程序逻辑和界面，将系统的不同部分独立起来，使得开发更容易和灵活。

2. 客户端/服务器结构客户端/服务器结构是一种典型的分布式系统结构，它将应用逻辑和数据存储划分为服务器端和客户端两个部分。

客户端通过网络连接到服务器获取或存储数据，并在本地计算机上运行应用逻辑。

3. MVC结构MVC（模型-视图-控制器）是一种用于用户界面设计的软件体系结构。

在MVC结构中，模型是应用程序的核心组成部分，处理数据和业务逻辑，视图负责渲染用户界面，控制器负责协调视图和模型之间的通讯。

软件体系结构习题答案软件体系结构习题答案1. 什么是软件体系结构？软件体系结构是指软件系统的整体结构和组织方式，它描述了软件系统中各个组件之间的关系以及它们的功能和行为。

软件体系结构通常包括多个层次，从整体到细节逐渐展开，以便更好地理解和设计软件系统。

2. 为什么软件体系结构很重要？软件体系结构对于软件系统的开发和维护具有重要意义。

它可以提供一个框架，指导软件开发者进行系统设计和实现。

良好的软件体系结构可以提高软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性，同时降低开发和维护的成本。

3. 软件体系结构有哪些常见的模式？常见的软件体系结构模式包括分层模式、客户端-服务器模式、发布-订阅模式、模型-视图-控制器模式等。

每种模式都有其特定的应用场景和优缺点，开发者可以根据具体需求选择合适的模式。

4. 什么是分层模式？分层模式是一种常见的软件体系结构模式，将软件系统划分为多个层次，每个层次负责不同的功能。

通常包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。

这种模式可以提高系统的可维护性和可扩展性，同时降低各个层次之间的耦合度。

5. 客户端-服务器模式是什么？客户端-服务器模式是一种常见的软件体系结构模式，将软件系统划分为客户端和服务器两部分。

客户端负责用户界面和用户交互，而服务器负责处理客户端的请求并提供相应的服务。

这种模式可以实现分布式计算和资源共享，提高系统的可伸缩性和可靠性。

6. 发布-订阅模式是什么？发布-订阅模式是一种常见的软件体系结构模式，用于实现消息传递和事件通知。

发布者将消息发布到一个或多个主题，而订阅者可以选择订阅感兴趣的主题并接收相关的消息。

这种模式可以实现解耦和灵活的通信方式，适用于分布式系统和异步通信。

7. 模型-视图-控制器模式是什么？模型-视图-控制器（MVC）模式是一种常见的软件体系结构模式，用于实现用户界面和业务逻辑的分离。

模型负责处理数据和业务逻辑，视图负责显示用户界面，而控制器负责协调模型和视图之间的交互。

软件体系结构◇软件体系结构概论◇软件体系结构建模◇软件体系结构风格◇软件体系结构描述◇动态软件体系结构◇Web服务体系结构◇基于体系结构的软件开发◇软件体系结构的分析与测试◇软件体系结构评估◇软件产品线体系结构软件危机的表现◎软件成本日益增长◎开发进度难以控制◎软件质量差◎软件维护困难软件危机的原因◎用户需求不明确◎缺乏正确的理论指导◎软件规模越来越大◎软件复杂度越来越高◎构件的定义构件是指语义完整、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。

构件模型的三个主要流派OMG（Object Management Group，对象管理集团）的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理结构）Sun的EJB（Enterprise Java Bean）Microsoft的DCOM（Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）。

构件获取1.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；2. 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件；3. 从市场上购买现成的商业构件，即COTS（Commercial Off-The-Shell）构件；4. 开发新的符合要求的构件。

构件管理◎构件描述◎构件分类与组织◎人员及权限管理构件描述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；构件分类与组织◇关键字分类法◇刻面分类法◇超文本组织方法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。

构件重用◎检索与提取构件◎理解与评价构件◎修改构件◎构件组装构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构件组装◇基于功能的组装技术◇基于数据的组装技术◇面向对象的组装技术软件体系结构的定义软件体系结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。

软件工程体系结构软件工程体系结构是指对于软件系统的整体结构进行设计和组织的过程。

它是软件工程中非常重要的一部分，用于定义软件系统的组织结构、模块划分和软件组件之间的关系。

本文将探讨软件工程体系结构的定义、设计原则以及一些常见的体系结构模式。

一、定义软件工程体系结构是指在软件系统设计过程中，对系统的整体结构、组成部分以及各个部分之间的关系进行描述、设计和组织的过程。

它能够帮助开发人员在开发过程中更好地理解系统的结构，将系统分解为更小的、可管理的模块，并且定义了这些模块之间的接口和交互方式。

设计一个好的软件工程体系结构可以提高系统的可维护性、可扩展性和可重用性。

它能够降低系统的复杂性，使得不同的部分可以独立开发和测试，从而提高开发的效率和质量。

二、设计原则在进行软件工程体系结构设计时，有一些设计原则是需要遵循的，下面是几条常见的原则：1. 模块化原则：将系统划分为若干个相互关联的模块，每个模块具有独立的功能，并且能够通过定义的接口与其他模块进行通信。

模块化可以提高系统的可维护性和可重用性。

2. 松耦合原则：模块之间应该尽量减少彼此之间的依赖关系，即模块之间的耦合度应该尽量低。

松耦合可以提高系统的灵活性和可扩展性。

3. 高内聚原则：每个模块内部的元素应该高度相关，即模块内部的元素之间的耦合度应该尽量高。

高内聚可以提高模块的独立性和可维护性。

4. 分层原则：将系统分解为多个层次，每个层次具有不同的功能和职责。

分层可以提高系统的可扩展性和可维护性。

5. 单一职责原则：每个模块应该具有独立的职责，即每个模块只负责一项功能或任务。

单一职责可以提高模块的可重用性和可测试性。

三、常见的体系结构模式除了上述的设计原则外，软件工程体系结构还可以采用一些常见的模式来进行设计，下面介绍几种常见的模式：1. 分层体系结构：将系统分解为多个层次，每个层次具有不同的功能和职责。

常见的层次有表示层、业务逻辑层和数据访问层。

分层体系结构可以提高系统的可扩展性和可维护性。

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"4+1"视图模型：1.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。

2.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。

3.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。

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。

4.物理视图：物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通常要考虑到系统性能、规模、可靠性等。

5.场景：场景可以看作是那些重要系统活动的抽象，它使四个视图有机联系起来，从某种意义上说场景是最重要的需求抽象。

体系结构核心模型由5中元素组成：构件、连接件、配置、端口和角色。

经典的体系结构风格数据流风格：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。

◎其他（如适应性软件系统的体系结构风格、面向Agent的研究、网格计算、Web服务等）过滤器的活动可通过以下三种方式激活：后续构件从过滤器中取出数据；前序构件向过滤器推入数据；过滤器处于活跃状态，不断从前序构件取出、并向后续部件推入数据。

软件体系结构描述方法：图形表达工具、模块内连接语言、基于软构件的系统描述语言、软件体系结构描述语言软件体系结构描述语言ADL是在底层语义模型的支持下，为软件系统的概念体系结构建模提供了具体语法和概念框架。

基于底层语义的工具为体系结构的表示、分析、演化、细化、设计过程等提供支持。

其三个基本元素是：构件、连接件、体系结构配置。

主要的体系结构描述语言有Aesop、MetaH、C2、Rapide、SADL、Unicon和Wright等，尽管它们都描述软件体系结构，却有不同的特点。

软件体系结构汇总软件体系结构是指在软件开发过程中，通过分析和设计将软件系统拆分成不同的模块，确定各个模块之间的关系和通信方式的过程。

软件体系结构的设计对于软件系统的可维护性、可扩展性等方面有着至关重要的影响。

本文将对几种常见的软件体系结构进行汇总介绍。

1. 分层体系结构（Layered Architecture）分层体系结构是将软件系统划分为若干层，每一层都具有特定的功能和对上下层的依赖关系。

常见的分层包括用户界面层、业务逻辑层、数据访问层等。

分层体系结构的优点是模块化、可维护性和可重用性较好，不同层之间的耦合度较低，但也存在性能问题和复杂度较高的缺点。

2. 客户端-服务器体系结构（Client-Server Architecture）客户端-服务器体系结构将软件系统划分为客户端和服务器两部分，客户端负责与用户交互，服务器负责处理和存储数据。

客户端-服务器体系结构的优点是系统的可伸缩性和灵活性较好，但也存在服务器压力过大、网络延迟等问题。

3. MVC体系结构（Model-View-Controller Architecture）MVC体系结构将软件系统划分为模型、视图和控制器三个部分，模型负责业务逻辑和数据存储，视图负责用户界面显示，控制器负责协调模型和视图之间的交互。

MVC体系结构的优点是模块化和分工明确，可以提高系统的可维护性和可扩展性。

4. Pipe and Filter体系结构Pipe and Filter体系结构将软件系统划分为一系列的处理器（Filter）和数据通道（Pipe），每个处理器负责执行一些特定的功能，通过数据通道进行输入和输出。

Pipe and Filter体系结构的优点是模块化和可重用性较好，但也存在处理器之间的依赖性和性能问题。

5. Blackboard体系结构Blackboard体系结构将软件系统划分为一个共享数据结构（Blackboard）和一组独立的处理器（Knowledge Sources），数据结构用于共享问题描述和部分解决方案，处理器根据问题描述和解决方案进行并行计算和协作。

软件体系结构总结考点1.软件体系结构的概念和原则：-什么是软件体系结构，它与软件设计的区别是什么？-软件体系结构的设计原则是什么？-软件体系结构的目标是什么？2.软件体系结构的重要特性：-模块化：将系统划分为独立的模块，每个模块负责一个特定的功能。

-可扩展性：系统可以方便地进行功能扩展，无需对已有模块进行大规模修改。

-可维护性：系统的模块分离清晰，使得修改和维护变得更加容易。

-可重用性：系统中的模块可以被重复使用，在其他项目中节省开发时间和成本。

-可靠性：系统能够提供高质量和稳定的服务，具有高度的可靠性。

3.常见的软件体系结构模式：-分层体系结构：将系统划分为多个层次，每个层次负责特定的功能。

-客户端-服务器体系结构：将系统划分为客户端和服务器，客户端发起请求，服务器提供服务并返回结果。

-MVC体系结构：将系统划分为模型、视图和控制器三个部分，分别负责数据、界面和逻辑处理。

-微服务体系结构：将系统划分为多个小型的、独立的服务，每个服务负责一个特定的业务功能。

4.软件体系结构的评估和选择：-如何评估软件体系结构的有效性和适用性？-如何选择最适合项目需求和条件的软件体系结构？-软件体系结构的选择与项目规模、团队规模有何关系？5.软件体系结构的设计和实现：-如何进行软件体系结构的设计和建模？-有哪些常用的软件体系结构设计工具和方法？-如何将软件体系结构转化为具体的代码实现？6.软件体系结构的演化和维护：-软件体系结构在系统演化和维护过程中的作用是什么？-如何在系统需求发生变化时进行软件体系结构的演化？-如何进行软件体系结构的重构和迁移？软件体系结构是软件开发过程中的关键环节，对于确保系统的质量和可持续发展至关重要。

掌握软件体系结构的基本原理、常见模式和设计方法，以及评估和演化的技巧，能够帮助开发人员构建出高质量且易于维护和扩展的软件系统。

1.软件理论包括：–计算模型与可计算理论、算法理论基础、算法设计与分析、程序设计语言理论基础、程序设计语言设计及其编译技术、数理逻辑、数据抽象与基本数据类型的实现技术等。

对软件工程而言，充满了方法论的内容：–如何分析、如何设计、如何编程、如何测试、如何维护、…；–软件模型与软件系统的“质量”在很大程度上依赖于开发者本身的经验与水平。

因为缺乏对软件开发过程的理论层面的刻画，没有将数目众多的方法论总结提升为理论，故而只能是“工程”。

2.体系结构”的共性一组基本的构成要素——构件–这些要素之间的连接关系——连接件–这些要素连接之后形成的拓扑结构——物理分布–作用于这些要素或连接关系上的限制条件——约束–质量——性能3.软件体系结构(SA)：–提供了一个结构、行为和属性的高级抽象–从一个较高的层次来考虑组成系统的构件、构件之间的连接，以及由构件与构件交互形成的拓扑结构–这些要素应该满足一定的限制，遵循一定的设计规则，能够在一定的环境下进行演化。

–反映系统开发中具有重要影响的设计决策，便于各种人员的交流，反映多种关注，据此开发的系统能完成系统既定的功能和性能需求4.体系结构= 构件+ 连接件+ 拓扑结构+ 约束+ 质量5.目标：提高软件质量–功能属性(functional properties)：能够完成用户功能性需求；–非功能性属性(non-functional properties)：能够以用户要求的性能标准，合理、高效的实现各类功能性需求。

6.软件体系结构关注的是：如何将复杂的软件系统划分为模块、如何规范模块的构成和性能、以及如何将这些模块组织为完整的系统。

⏹主要目标：建立一个一致的系统及其视图集，并表达为最终用户和软件设计者需要的结构形式，支持用户和设计者之间的交流与理解。

⏹分为两方面：–外向目标：建立满足最终用户要求的系统需求；–内向目标：建立满足系统设计者需要以及易于系统实现、维护和扩展的系统构件构成。

软件体系结构设计软件体系结构设计是软件开发中至关重要的一步。

它涉及到整个软件系统的框架和结构，决定了软件的可靠性、可拓展性和可维护性。

本文将讨论软件体系结构设计的重要性、常用的软件体系结构模式以及一些设计原则和最佳实践。

一、软件体系结构设计的重要性软件体系结构设计对于软件系统的稳定性和可维护性起着至关重要的作用。

一个好的软件体系结构能够将系统划分为多个独立的模块，每个模块都有明确的职责和接口，便于团队协作和后续的扩展。

同时，良好的软件体系结构还能提高系统的可测试性、可靠性和可维护性，便于解决bug和添加新功能。

二、常用的软件体系结构模式1. 分层结构分层结构是最常见的软件体系结构模式之一。

它将软件系统划分为多个层次，每个层次都有自己的功能和职责。

通常包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。

这种模式使得系统各个层之间的依赖性降低，提高了系统的可维护性和可扩展性。

2. 客户端-服务器模式客户端-服务器模式将软件系统的功能划分为客户端和服务器两部分。

客户端负责与用户的交互，而服务器则处理客户端的请求并返回结果。

这种模式使得软件系统的吞吐量和响应时间得到了提高，适用于大规模分布式系统。

3. MVC模式MVC（Model-View-Controller）模式是一种常用的软件体系结构模式。

它将软件系统划分为三个部分：模型（Model）、视图（View）和控制器（Controller）。

模型负责处理数据逻辑，视图负责展示数据给用户，控制器负责调度模型和视图之间的交互。

这种模式降低了代码的耦合性，易于扩展和维护。

三、设计原则和最佳实践1. 单一职责原则每个模块或类应该有且只有一个单一的功能或职责。

这有助于减少代码的复杂性，提高系统的可维护性。

2. 开闭原则软件体系结构应该对扩展开放，对修改关闭。

这意味着在系统需要添加新功能时，不需要修改现有的代码，而是通过扩展已有的模块或添加新的模块来实现。

3. 依赖倒置原则高层模块不应该依赖于低层模块，而是通过抽象来解耦。