面向对象软件架构设计

【软件架构】运⽤RUP4+1视图软件架构设计（逻辑视图、实现视图、进程视图、物理视图和⽤例视图）RUP概述RUP（Rational Unified Process），统⼀软件开发过程，统⼀软件过程是⼀个⾯向对象且基于⽹络的程序开发⽅法论。

在RUP中采⽤“4+1”视图模型来描述软件系统的体系结构。

“4+1”视图包括逻辑视图、实现视图、进程视图、部署视图和⽤例视图。

最终⽤户关⼼的是系统的功能，因此会侧重于逻辑视图；程序员关⼼的是系统的配置、装配等问题，因此会侧重于实现(开发)视图；系统集成⼈员关⼼的是系统的性能、可伸缩性、吞吐率等问题，因此会侧重于进程(处理)视图；系统⼯程师关⼼的是系统的发布、安装、拓扑结构等问题，因此会侧重于部署(物理)视图。

分析⼈员和测试⼈员关⼼的是系统的⾏为，因此会侧重于⽤例(场景)视图；原⽂链接：https:///turbock/article/details/102930810（2）4+1视图介绍：（3）UML 4+1视图：（）运⽤RUP 4+1视图⽅法进⾏软件架构设计下⽂摘⾃：⽐如设计⼀座跨江⼤桥：我们会考虑"连接南北的公路交通"这个"功能需求"，从⽽初步设计出理想化的桥墩⽀撑的公路桥⽅案；然后还要考虑造桥要⾯临的"约束条件"，这个约束条件可能是"不能影响万吨轮从桥下通过"，于是细化设计⽅案，规定桥墩的⾼度和桥墩之间的间距；另外还要顾及"⼤桥的使⽤期质量属性"，⽐如为了"能在湍急的江流中保持稳固"，可以把⼤桥桥墩深深地建在岩⽯层之上，和⼤地浑然⼀体；其实，"建造期间的质量属性"也很值得考虑，⽐如在⼤桥的设计过程中考虑"施⼯⽅便性"的⼀些措施。

和⼯程领域的功能需求、约束条件、使⽤期质量属性、建造期间的质量属性等类似，软件系统的需求种类也相当复杂，具体分类如图1所⽰。

软件架构设计的分层与模块化软件架构设计是指在软件开发过程中，对软件系统的整体框架和结构进行规划和设计。

良好的软件架构设计可以提高软件的可维护性、可扩展性和可重用性，使软件具备更好的扩展性和适应性。

在软件架构设计中，分层与模块化是两个关键的设计原则。

本文将深入探讨软件架构设计中分层与模块化的概念、特点以及应用。

一、分层设计分层设计是一种将软件系统划分为不同层次的设计思想，每一层都有明确的职责与功能。

通过分层设计，可以将复杂的系统划分为相对独立的模块，各个模块之间通过接口进行通信和交互，降低了模块之间的耦合度，提高了系统的灵活性和可维护性。

典型的软件分层设计包括三层架构和MVC架构。

1. 三层架构三层架构是指将软件系统分为表示层、业务层和数据层三个层次，并且每个层次有着不同的职责和功能。

表示层主要负责用户界面的展示与交互，将用户请求传递给业务层进行处理；业务层负责处理具体的业务逻辑，对外暴露接口供上层调用；数据层则负责数据的访问和持久化，与数据库进行交互。

三层架构的优点是模块清晰、耦合度低、易于维护，适用于大型软件系统的开发。

2. MVC架构MVC（Model-View-Controller）架构是一种常用的应用程序设计架构，将软件系统划分为模型层、视图层和控制器层三个部分。

模型层负责处理业务逻辑和数据操作；视图层负责界面的显示和用户交互；控制器层负责协调模型层和视图层的交互，并根据用户的请求进行处理。

MVC架构的优点是良好的模块划分，易于扩展和维护，适用于中小型软件系统的开发。

二、模块化设计模块化设计是将软件系统划分为相互独立、具有一定功能的模块，每个模块都有自己的职责和接口。

通过模块化设计，可以将复杂的系统分解成多个小的模块，每个模块可独立开发和测试，提高了开发效率和质量。

常用的模块化设计方法有面向对象编程和微服务架构。

1. 面向对象编程面向对象编程是一种将问题分解成多个对象，并将对象组织成相互交互的模块的编程思想。

架构设计之数据架构概述：数据架构是指在软件系统中对数据进行组织、存储和管理的结构和方式。

一个良好的数据架构设计能够提高系统的性能、可靠性和可扩展性。

本文将详细介绍数据架构的标准格式，包括数据模型、数据存储和数据管理等方面。

一、数据模型：数据模型是描述数据结构和数据之间关系的一种工具。

常用的数据模型有层次模型、网络模型、关系模型和面向对象模型等。

在进行数据架构设计时，需要选择适合系统需求的数据模型，并根据实际情况进行定制。

1.1 层次模型：层次模型是最早的数据模型之一，它将数据组织成树状结构，每个节点代表一个实体，节点之间通过父子关系进行连接。

层次模型适用于具有明确层次结构的数据，但对于复杂的关系无法很好地表示。

1.2 网络模型：网络模型是在层次模型的基础上进行扩展，引入了多对多的关系。

它通过记录集（record set）和集合（set）之间的连接来表示数据之间的关系。

网络模型适用于具有复杂关系的数据，但对于查询和维护操作较为复杂。

1.3 关系模型：关系模型是目前最常用的数据模型，它将数据组织成二维表格的形式，通过行和列来表示数据和属性。

关系模型具有良好的结构化特性，能够方便地进行查询和维护操作。

在进行数据架构设计时，通常选择关系模型作为基础。

1.4 面向对象模型：面向对象模型是在关系模型的基础上进行扩展，引入了对象、类和继承等概念。

面向对象模型适用于具有复杂对象关系的数据，能够更好地反映现实世界的复杂性。

但在实际应用中，需要考虑面向对象模型的复杂性和性能开销。

二、数据存储：数据存储是指将数据保存在物理介质中的过程。

在进行数据架构设计时，需要选择合适的数据存储方式，并考虑数据的安全性、可靠性和性能等因素。

2.1 关系型数据库：关系型数据库是最常用的数据存储方式，它将数据以表格的形式存储，并通过SQL语言进行查询和操作。

关系型数据库具有良好的结构化特性和事务支持，适用于大部分的数据管理需求。

2.2 非关系型数据库：非关系型数据库是近年来兴起的一种新型数据存储方式，它以键值对、文档、列族和图等形式存储数据。

软件架构设计的规范与准则知识点：软件架构设计的规范与准则一、软件架构的定义1. 软件架构的概念2. 软件架构的组成要素3. 软件架构与系统架构的关系二、软件架构设计的目标1. 可靠性2. 可维护性3. 可扩展性4. 性能5. 安全性三、软件架构设计的原则1. 模块化原则2. 分层原则3. 抽象原则4. 松耦合原则5. 重用原则四、软件架构设计的过程1. 需求分析2. 架构风格选择3. 架构设计4. 架构评估5. 架构优化五、常见的软件架构风格1. 管道-过滤器风格2. 数据抽象和面向对象风格3. 层次化风格4. 事件驱动风格5. 微服务风格六、软件架构设计的关键技术1. 组件技术2. 服务技术3. 中间件技术4. 分布式技术5. 云计算技术七、软件架构设计的模式1. 创建型模式2. 结构型模式3. 行为型模式八、软件架构设计中的非功能性需求1. 性能需求2. 可用性需求3. 安全性需求4. 可移植性需求5. 兼容性需求九、软件架构设计的评估方法1. 定性评估方法2. 定量评估方法3. 模型检查方法4. 形式化验证方法十、软件架构设计的最佳实践1. 代码规范2. 设计模式3. 架构重构4. 架构演进5. 架构师角色十一、软件架构设计的前沿技术与发展趋势1. 人工智能与软件架构2. 物联网与软件架构3. 边缘计算与软件架构4. 云原生与软件架构5. 开源软件架构十二、软件架构设计的教育意义1. 培养学生的抽象思维能力2. 培养学生的系统观3. 培养学生的创新意识4. 培养学生的团队协作能力习题及方法：一、选择题1. 以下哪个选项不是软件架构设计的目标？答案：B. 可定制性解题思路：根据知识点“软件架构设计的目标”，可定制性并非软件架构设计的主要目标，而可靠性、可维护性、可扩展性、性能和安全性是软件架构设计的主要目标。

2. 以下哪种方法不属于软件架构设计的评估方法？答案：D. 用户体验评估解题思路：根据知识点“软件架构设计的评估方法”，用户体验评估并不属于软件架构设计的评估方法，而定性评估方法、定量评估方法、模型检查方法和形式化验证方法是软件架构设计的主要评估方法。

软件架构设计之“4+1”视图模型1、软件架构设计 软件架构是具有⼀定形式的结构话元素，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，数据构建是被加⼯的信息，连接构件把架构不同部分负责连接起来。

软件架构是软件设计过程中⼀个层次，这⼀层次超越计算过程中的算法设计和数据结构设计。

2、软件架构建模 设计软件架构的⾸要问题是如何表⽰软件架构，即对软件架构建模。

根据建模的侧重点不同，可以讲软件建构的模型分为5种，分别是结构模型、框架模型、动态模型、过程模型和功能模型。

2.1结构模型这是⼀个最直观、最普遍的建模⽅法。

这种⽅法以架构的构件、连接件和其他概念呢来刻画架构，并⼒图通过结构来反映系统的重要寓意内容，包括系统的配置、约束、隐含的假设条件、风格和性质等。

研究结构模型的核⼼是架构描述语⾔。

2.2框架模型框架模型和结构模型类似，但他不太侧重描述结构的细节⽽更侧重与整体的结构。

框架模型主要以⼀些特殊的问题为某表建⽴⾄针对和适应该问题的结构。

2.3动态模型动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统“⼤颗粒”的⾏为性质例如，描述系统的重新配置活演化。

动态可以指系统的总体结构和配置、建⽴活拆除通信通道或计算的过程。

这类系统是激励型的。

2.4过程模型过程模型研究构造系统的步骤和过程，因⽽结构是遵循某些过程脚本的结果。

2.5功能模型该模型认为架构是⼀组功能构件按层次组成，下层向上提供服务。

它可以看作是⼀种特殊的框架模型。

在这5中模型中，最常⽤的是结构模型和动态模型。

这5中模型各有所长，将5中模型有机地统⼀在⼀起，形成⼀个完整的模型来刻画软件架构更合适。

例如，Kruchten在1995年提出了“4+1”视图模型。

3、“4+1”视图模型 “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架构。

每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软件架构的全部内容。

第1篇一、实验目的1. 理解软件设计的基本概念和原则。

2. 掌握软件设计的方法和工具。

3. 培养软件设计的实践能力。

4. 提高软件设计文档的编写能力。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 开发工具：Visual Studio 20193. 编程语言：C三、实验内容本次实验以设计一个简单的学生信息管理系统为例，进行软件设计。

1. 需求分析学生信息管理系统主要功能包括：（1）学生信息录入：包括姓名、性别、年龄、学号、班级等基本信息。

（2）学生信息查询：根据学号、姓名等关键字进行查询。

（3）学生信息修改：修改学生信息。

（4）学生信息删除：删除学生信息。

（5）学生信息统计：统计学生信息。

2. 系统架构设计（1）采用分层架构，分为表现层、业务逻辑层和数据访问层。

（2）表现层：使用Windows窗体作为用户界面。

（3）业务逻辑层：封装业务逻辑，实现功能模块。

（4）数据访问层：负责与数据库进行交互，实现数据的增删改查。

3. 类设计（1）学生类（Student）属性：姓名、性别、年龄、学号、班级方法：添加学生信息、删除学生信息、修改学生信息、查询学生信息（2）学生管理类（StudentManager）属性：学生列表方法：添加学生、删除学生、修改学生、查询学生、统计学生信息（3）数据库访问类（DatabaseAccess）方法：连接数据库、执行SQL语句、关闭数据库连接4. 数据库设计（1）数据库：使用SQL Server 2019（2）数据表：学生表（Student）字段：姓名、性别、年龄、学号、班级5. 界面设计（1）使用Windows窗体设计用户界面。

（2）界面包括：学生信息录入、查询、修改、删除、统计等功能模块。

6. 编码实现（1）使用C进行编程实现。

（2）根据设计文档，实现各个类和方法。

7. 测试与调试（1）进行功能测试，确保系统正常运行。

（2）进行性能测试，确保系统响应速度快。

（3）调试程序，修复发现的错误。

软件架构设计师希赛讲义
软件架构设计师是一个负责软件系统整体架构设计和实施的角色。

在软件开发过程中，架构设计师负责定义系统的整体结构和各个组件之间的关系，以及选择合适的技术框架和工具来支持系统的设计和开发。

软件架构设计师需要具备以下技能和知识：
1. 扎实的软件开发和编程基础：了解常用的编程语言和开发工具，能够编写高质量的代码。

2. 系统设计能力：能够理解系统的需求和功能，并将其转化为可靠和可扩展的软件架构设计。

3. 技术选型和评估能力：能够根据系统需求和架构设计原则，选择合适的技术框架和工具，并评估其适用性和风险。

4. 面向对象设计和设计模式：熟悉常用的设计模式和面向对象设计原则，能够将其应用到系统的架构设计中。

5. 分析和解决问题的能力：能够分析和解决系统开发中的各种技术和架构问题，寻找最佳的解决方案。

6. 沟通和协调能力：与其他团队成员和利益相关者进行有效的沟通和协调，确保系统的需求得到满足。

7. 掌握常用的软件架构模式：熟悉常用的软件架构模式，如分
层架构、微服务架构、事件驱动架构等，并能够根据应用场景选择合适的架构模式。

8. 了解相关的技术和领域知识：了解当前流行的技术趋势和最佳实践，以及相关领域的知识，能够将其应用到架构设计中。

希赛讲义是一个提供软件架构设计师培训和学习资料的平台，通过希赛讲义，软件架构设计师可以获取到相关的教程、案例和实践经验，提升自己的软件架构设计能力。

希赛讲义还提供在线学习和交流的机会，帮助软件架构设计师与其他同行进行知识共享和经验交流。

软件架构设计-----软件架构风格软件架构风格概念：软件架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（ idiomatic paradigm）。

架构风格定义了⼀个系统家族，即⼀个架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。

架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。

按这种⽅式理解，软件架构风格定义了⽤于描述系统的术语表和⼀组指导构建系统的规则。

架构风格不变的部分使不同的系统可以共享同⼀个实现代码。

只要系统是使⽤常⽤的、规范的⽅法来组织，就可使别的设计者很容易地理解系统的架构。

软件架构风格为⼤粒度的软件重⽤提供了可能。

要为系统选择或设计某⼀个架构风格，必须根据特定项⽬的具体特点，进⾏分析⽐较后再确定，架构风格的使⽤⼏乎完全是特定的。

软件架构风格分类：（1）设计词汇表是什么？（2）构件和连接件的类型是什么（3）可容许的结构模式是什么？（4）基本的计算模型是什么？（5）风格的基本不变性是什么？（6）其使⽤的常见例⼦是什么？（7）使⽤此风格的优缺点是什么？（8）其常见的特例是什么？架构风格 四要素：提供⼀个词汇表、定义⼀套配置规则、定义⼀套语义解释原则和定义对基于这种风格的系统所进⾏的分析。

软件架构风格：（1）数据流风格：批处理序列；管道-过滤器。

（2）调⽤/返回风格：主程序/⼦程序；⾯向对象风格；层次结构。

（3）独⽴构件风格：进程通信；事件系统。

（4）虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。

（5）仓库风格：数据库系统；超⽂本系统；⿊板系统。

数据流风格-批处理序列：批处理风格的每⼀步处理都是独⽴的，并且每⼀步是顺序执⾏的。

只有当前⼀步处理完，后⼀步处理才能开始。

数据传输在步与步之间作为⼀个整体。

（组件唯⼀系列固定顺序的计算单元，组件只通过数据传递交互。

每个处理步骤是⼀个独⽴的程序，每⼀步必须前⼀步结束才能开始，数据必须是完整的，以整体的⽅式传递）批处理的典型应⽤：（1）经典数据处理（2）程序开发（3）Windows下的BAT程序数据流风格-管道和过滤器在管道/过滤器的软件架构中，每个构件都有⼀组输⼊和输出，构件读输⼊的数据流，经过内部处理，然后产⽣输出数据流。