系统架构设计

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系统架构概述

  • 从需求分析到软件设计之间的过度过程称为架构设计。只要软件架构设计好了，整个软件就不会出现崩塌性错误，即不会崩溃。
  • 架构设计本质就是需求分配，将满足需求的职责分配到具体的组件上。
  • 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，由构件的描述、构件的相互作用（连接件）、指导构件的模式以及这些模型的约束组成。
  • 软件架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件之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。
  • 解决好软件复用、质量和维护问题，是研究软件架构的根本目的。
  • 软件架构设计包括提出架构模型，产生架构设计和进行设计评审等活动，是一个迭代的过程。架构设计主要关注软件组件的结构、属性和交互作用，并通过多种视图全面描述特定的系统架构。
  • 软件架构能过在设计变更相对容易的阶段，考虑系统结构的可选方案，便于技术人员与非技术人员就软件设计进行交互，能够展现软件的结构、属性与内部交互关系。
  • 软件架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。
  • 软件架构使推理和控制的更改更加简单，有助于循序渐进的原型设计，可以作为培训的基础。
  • 软件架构是可传递和可复用的模型，通过研究软件架构可能预测软件的质量。

系统架构设计与生命周期

  • 需求分析阶段。需求分析（问题空间），SA设计（解空间）。关注两个问题：
    • 根据需求模型构建SA模型
    • 保证模型转换的可追踪性
  • 设计阶段。SA研究关注最早、最多的阶段。研究包括：
    • SA模型的描述
      • SA的基本概念（构件和连接子）
      • SA描述语言ADL
      • SA模型的多视图表示
    • SA模型的设计和分析方法
    • SA设计经验的总结和复用
  • 实现阶段。最初SA研究关注高层次的系统设计、描述和验证。为实现SA设计向实现转换：
    • 研究基于SA的开发过程支持，如项目组织结构、配置管理等
    • 寻求从SA向实现过渡的途径，如程序设计语言、模型映射、构件组装、复用中间件平台等
    • 研究基于SA的测试技术
  • 构件组装阶段。再SA设计模型（系统蓝图的作用）的指导下，可复用构件的组装可以在较高层次上实现系统，提高效率：
    • 支持可复用构件的互联，即对SA设计模型中规约的连接子的实现提供支持
    • 在组装过程中，如何检测并消除体系结构失配的问题
  • 部署阶段。SA对软件部署作用
    • 提供高层的架构视图来描述部署阶段的软硬件模型
    • 基于SA模型可以分析部署方案的质量属性，从而选择合理的部署方案
  • 后开发阶段。软件部署安装之后的阶段。SA研究主要围绕维护、演化、复用等方面：
    • 动态软件体系结构。
      • 现实中的软件不有动态性，体系结构在运行时会发生变化：软件内部执行所导致的体系结构改变、软件系统外部请求对软件进行的重配置
      • 两个部分的研究：体系结构设计阶段的支持、运行时刻基础设施的支持
    • 体系结构恢复与重建。对于现有的系统开发时没有考虑SA的情况，从这些系统重恢复或重构体系结构，四类方法：
      • 手工体系结构重建
      • 工具支持的手工重建
      • 通过查询语言来自动建立聚集
      • 其他技术（数据挖掘等）

构件（component）

概念

  • 构件是一个独立可交付的功能单元，外界通过接口访问其提供的服务。
  • 构件由一组通常需要同时部署的原子构件组成。一个原子构件是一个模块和一组资源。原子构件是部署、版本控制和替换的基本单位。原子构件通常成组地部署，但是其也可以单独部署。
  • 构件与原子构件的区别，大多数原子构件永远都不会被单独部署，尽管他们可以单独部署。相反，大多数原子构件都属于一个构件家族，一次部署往往涉及整个家族。
  • 一个模块是不带资源的原子构件。
  • 一个单独的包被编译成多个单独的类文件 – 每个公共类都有一个。
  • 模块是一组类和可能的非面向对象的结构体，比如过程或函数。

特性

构件的特性：

  • 独立部署的单元
  • 作为第三方组装单元
  • 没有（外部的）可见状态

对象的特性：

  • 一个实例单元，具有唯一状态
  • 可能具有状态，此状态外部可见
  • 封装了自己的状态和行为

构建接口

接口标准化是对接口中消息的格式、模式和协议的标准化。关注输入输出的消息的标准化，强调机器在网络中的互连时，标准的消息模式、格式、协议的重要性
restful（json）、grpc（protobuf）

面向构件的编程（COP）

如何支持建立面向构件的解决方案：

  • 多态性（可替代性）
  • 模块封装性（高层次信息的隐藏）
  • 后期的绑定和装载（部署独立性）
  • 安全性（类型和模块安全性）

构件的三大流派

构件技术就是利用某种编程手段，实现各种业务逻辑以支持用户的细节操作，同时封装这些操作细节。

  • EJB（Enterprise Java Bean）sun公司实现应用中关键的业务逻辑，创建基于构件的企业级应用程序

    • 会话Bean(Session Bean)
    • 实体Bean(Entity Bean)
    • 消息驱动Bean(Message-driven Bean)

  • COM、DCOM、COM+:微软公司

  • COBRA（Common Object Request Broker Architecture）面向对象请求中间人架构：

    • 公共设施（最上层）：定义组件框架，提供可直接为业务对象使用的服务，规定业务对象有效协作所需的协定规则
    • 公共对象服务：多种公共服务，例如并发服务、名字服务、事务（交易）服务、安全服务等
    • ORB对象请求代理（最底层）：规定了分布对象定义（接口）和语言映射，实现对象间的通讯和互操作性，是分布对象系统中的“软总线”

软件架构风格