體系結(jié)構(gòu)第1章認(rèn)識(shí)體系結(jié)構(gòu)ppt課件

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軟件體系結(jié)構(gòu),1,第1章 軟件體系結(jié)構(gòu)概論,從軟件危機(jī)談起 ◎ 軟件成本日益增長(zhǎng) ◎ 開發(fā)進(jìn)度難以控制 ◎ 軟件質(zhì)量差 ◎ 軟件維護(hù)困難,2,,軟件成本日益增長(zhǎng) 20世紀(jì)50年代，軟件成本在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成本中所占的比例為10%-20%。到20世紀(jì)60年代中期，軟件成本在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所占的比例已經(jīng)增長(zhǎng)到50%左右。 而且，該數(shù)字還在不斷地遞增，下面是一組來自美國空軍計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：1955年，軟件費(fèi)用約占總費(fèi)用的18%，1970年達(dá)到60%，1975年達(dá)到72%，1980年達(dá)到80%，1985年達(dá)到85%左右。,3,,開發(fā)進(jìn)度難以控制 由于軟件是邏輯、智力產(chǎn)品，軟件的開發(fā)需建立龐大的邏輯體系，這是與其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不一樣的。 在軟件開發(fā)過程中，用戶需求變化等各種意想不到的情況層出不窮，令軟件開發(fā)過程很難保證按預(yù)定的計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，給項(xiàng)目計(jì)劃和論證工作帶來了很大的困難。 盲目增加軟件開發(fā)人員并不能成比例地提高軟件開發(fā)能力。相反，隨著人員數(shù)量的增加，人員的組織、協(xié)調(diào)、通信、培訓(xùn)和管理等方面的問題將更為嚴(yán)重。,4,,軟件質(zhì)量差 軟件項(xiàng)目即使能按預(yù)定日期完成，結(jié)果卻不盡人意。1965年至1970年，美國范登堡基地發(fā)射火箭多次失敗，絕大部分故障是由應(yīng)用程序錯(cuò)誤造成的。 在“軟件作坊”里，由于缺乏工程化思想的指導(dǎo)，程序員幾乎總是習(xí)慣性地以自己的想法去代替用戶對(duì)軟件的需求，軟件設(shè)計(jì)帶有隨意性，很多功能只是程序員的“一廂情愿”而已，這是造成軟件不能令人滿意的重要因素。,5,,軟件維護(hù)困難 由于在軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，沒有嚴(yán)格遵循軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，各種隨意性很大，沒有完整的真實(shí)反映系統(tǒng)狀況的記錄文檔，給軟件維護(hù)造成了巨大的困難。 特別是在軟件使用過程中，原來的開發(fā)人員可能因各種原因已經(jīng)離開原來的開發(fā)組織，使得軟件幾乎不可維護(hù)。 有資料表明，工業(yè)界為維護(hù)軟件支付的費(fèi)用占全部硬件和軟件費(fèi)用的40%-75%。,6,軟件危機(jī)的原因,用戶需求不明確 缺乏正確的理論指導(dǎo) 軟件規(guī)模越來越大 軟件復(fù)雜度越來越高,7,,用戶需求不明確 在軟件開發(fā)完成之前，用戶不清楚軟件的具體需求； 用戶對(duì)軟件需求的描述不精確，可能有遺漏、有二義性、甚至有錯(cuò)誤； 在軟件開發(fā)過程中，用戶還提出修改軟件功能、界面、支撐環(huán)境等方面的要求； 開發(fā)人員對(duì)用戶需求的理解與用戶本來愿望有差異。,8,,缺乏正確的理論指導(dǎo) 缺乏有力的方法學(xué)和工具方面的支持。由于軟件不同于大多數(shù)其他工業(yè)產(chǎn)品，其開發(fā)過程是復(fù)雜的邏輯思維過程，其產(chǎn)品極大程度地依賴于開發(fā)人員高度的智力投入。由于過分地依靠程序設(shè)計(jì)人員在軟件開發(fā)過程中的技巧和創(chuàng)造性，加劇軟件產(chǎn)品的個(gè)性化，也是發(fā)生軟件危機(jī)的一個(gè)重要原因。,9,,軟件規(guī)模越來越大 隨著軟件應(yīng)用范圍的增廣，軟件規(guī)模愈來愈大。大型軟件項(xiàng)目需要組織一定的人力共同完成，而多數(shù)管理人員缺乏開發(fā)大型軟件系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，而多數(shù)軟件開發(fā)人員又缺乏管理方面的經(jīng)驗(yàn)。各類人員的信息交流不及時(shí)、不準(zhǔn)確、有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤解。 軟件項(xiàng)目開發(fā)人員不能有效地、獨(dú)立自主地處理大型軟件的全部關(guān)系和各個(gè)分支，因此容易產(chǎn)生疏漏和錯(cuò)誤。,10,,軟件復(fù)雜度越來越高 軟件不僅僅是在規(guī)模上快速地發(fā)展擴(kuò)大，而且其復(fù)雜性也急劇地增加。軟件產(chǎn)品的特殊性和人類智力的局限性，導(dǎo)致人們無力處理“復(fù)雜問題”。 所謂“復(fù)雜問題”的概念是相對(duì)的，一旦人們采用先進(jìn)的組織形式、開發(fā)方法和工具提高了軟件開發(fā)效率和能力，新的、更大的、更復(fù)雜的問題又?jǐn)[在人們的面前。,11,如何克服軟件危機(jī),人們面臨的不光是技術(shù)問題，更重要的是管理問題。管理不善必然導(dǎo)致失敗 。 要提高軟件開發(fā)效率，提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量，必須采用工程化的開發(fā)方法與工業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)。 在技術(shù)上，應(yīng)該采用基于重用的軟件生產(chǎn)技術(shù)；在管理上，應(yīng)該采用多維的工程管理模式。,12,“建筑體系結(jié)構(gòu)”,13,前言 體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱架構(gòu)或構(gòu)架。 構(gòu)：本義架木造屋，引申為構(gòu)造 構(gòu)架：建筑的結(jié)構(gòu) 結(jié)：用繩、線、皮條等綰成的疙瘩；關(guān)鍵點(diǎn)；被聯(lián)結(jié)狀態(tài) 結(jié)構(gòu)：組成整體的各部分的搭配和安排 對(duì)住房的功能需求：能夠居住。 對(duì)住房的質(zhì)量需求： 安全性：能避免地震、臺(tái)風(fēng)、暴雨等各種自然災(zāi)害。 居住者在建筑內(nèi)的健康性，舒適性。 美觀性：有親和感，社會(huì)文化的體現(xiàn)。 不同住房具有相同的功能，但其架構(gòu)不同，所滿足的居住質(zhì)量也不相同。,14,人類最早的居住方式：巢居和穴居,炎熱或高海拔地區(qū)的穴居方式，可獲得相對(duì)穩(wěn)定的室內(nèi)熱環(huán)境，頂部的天窗既可采光又可排煙。,15,愛斯基摩雪屋的外觀和室內(nèi)布置,用干雪沏成，厚度500ｍｍ的墻體可以提供較好的保溫性能。當(dāng)室外平均溫度－30℃時(shí)可維持室內(nèi)溫度－5℃以上。,16,大陸氣候的中國民居,土窯洞借助土壤大熱慣性，達(dá)到冬暖夏涼的目的。,17,利用太陽高度角的特點(diǎn)，僅在北方出現(xiàn)。 四合院建筑冬季有效地利用了太陽能采暖和抵御北風(fēng)侵襲，屋頂設(shè)計(jì)避免了夏季室內(nèi)過熱。,中國四合院：座北朝南的典范,18,濕熱地區(qū)的中國民居,云南干闌竹樓：防雨，防濕和防熱。,19,地球環(huán)境還可持續(xù)發(fā)展嗎？,? 遍布全球的玻璃和鋼筋盒子建筑,空調(diào)的普及使人們不再關(guān)心建筑的冷暖，但高能耗又使環(huán)境受到影響。,20,為什么研究軟件架構(gòu)? 思想有多遠(yuǎn)，我們就能走多遠(yuǎn) 高度決定思路，思路決定出路 系統(tǒng)的建立是為了滿足組織的需求（包括功能和質(zhì)量），質(zhì)量需求決定了系統(tǒng)必須達(dá)到的特征, 包括性能, 可靠性, 互操作性以及生命周期等。隨著軟件系統(tǒng)的日益復(fù)雜，涉眾對(duì)軟件的要求已不局限于功能上的滿足，而是更加注重質(zhì)量。 很少有人注意到組織（開發(fā)組織、客戶等）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)成敗上扮演的角色。 系統(tǒng)的質(zhì)量特征受到軟件架構(gòu)的限制，或者說構(gòu)架設(shè)計(jì)的選擇受到要達(dá)到的質(zhì)量特征的影響。,21,,本課程的目的：對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生、演化做通俗介紹，減少對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的神秘感，對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供實(shí)用的指導(dǎo)。,22,,第1部分: 軟件構(gòu)架的基礎(chǔ) 第2部分: 構(gòu)架的創(chuàng)建 第3部分: 構(gòu)架的分析與評(píng)審,23,,課程形式 理論課、專題課、作業(yè) 成績(jī)?cè)u(píng)定 作業(yè)、考勤、考試 作業(yè) +考勤 30%、考試 70%,24,軟件架構(gòu)的概念,25,軟件架構(gòu)—在一定的設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上，從不同角度對(duì)組成系統(tǒng)的各部分進(jìn)行搭配和安排，形成系統(tǒng)的多個(gè)結(jié)構(gòu)而組成架構(gòu)，它包括該系統(tǒng)的各個(gè)組件、組件的外部可見屬性及相互關(guān)系。 外部可見屬性—指其它組件可對(duì)該組件所做的假設(shè)，如該組件提供的服務(wù)、具備的性能特征、錯(cuò)誤處理、共享資源的使用。 為什么設(shè)計(jì)原則是架構(gòu)的一部分？ 做事先做人 很多人不懂或不遵守走路的規(guī)則，結(jié)果丟掉性命 很多人不遵守開車的規(guī)則，結(jié)果造成嚴(yán)重交通事故 同樣，不遵循架構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，架構(gòu)也容易失敗。,軟件架構(gòu)的定義,26,架構(gòu)定義可以從下面六個(gè)方面來理解： 架構(gòu)應(yīng)建立在一定的設(shè)計(jì)原則之上，否則很容易失敗。 系統(tǒng)可能由多個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其中任何一個(gè)結(jié)構(gòu)都不能與構(gòu)架等同。 每個(gè)軟件系統(tǒng)都有自己的架構(gòu)。 軟件架構(gòu)決定了各個(gè)組件。 只要某個(gè)組件的行為可以從其它組件的角度觀察到或區(qū)別開，這樣的行為就是軟件架構(gòu)的內(nèi)容。 軟件架構(gòu)是抽象的，它不考慮實(shí)現(xiàn)、算法和數(shù)據(jù)表示的細(xì)節(jié)，而集中研究“黑盒”組件的行為和交互，是設(shè)計(jì)第一步。,27,其它觀點(diǎn),觀點(diǎn)1 軟件架構(gòu)是高層次的設(shè)計(jì) 觀點(diǎn)2 軟件架構(gòu)是軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 觀點(diǎn)3 IEEE的定義：軟件架構(gòu)是一個(gè)程序或系統(tǒng)的組件結(jié)構(gòu)、組件之間的相互聯(lián)系及支配組件設(shè)計(jì)和進(jìn)化的指導(dǎo)原則 觀點(diǎn)4 Perry和Wo1f提出：軟件架構(gòu)是具有一定形式的結(jié)構(gòu)化元素，包括處理元素、數(shù)據(jù)元素和連接元素。處理元素負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，數(shù)據(jù)元素是被加工的信息，連接元素把架構(gòu)的不同部分組合連接起來。,28,觀點(diǎn)5 Mary Shaw和David Garlan認(rèn)為軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)層次，這一層次超越計(jì)算過程中的算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)問題包括總體組織和全局控制、通訊協(xié)議、同步、數(shù)據(jù)存取，給設(shè)計(jì)元素分配特定功能，設(shè)計(jì)元素的組織，規(guī)模和性能，在各設(shè)計(jì)方案間進(jìn)行選擇等。軟件體系結(jié)構(gòu)處理算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上關(guān)于整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和描述方面的一些問題，如全局組織和全局控制結(jié)構(gòu)、關(guān)于通訊、同步與數(shù)據(jù)存取的協(xié)議，設(shè)計(jì)構(gòu)件功能定義，物理分布與合成，設(shè)計(jì)方案的選擇、評(píng)估與實(shí)現(xiàn)等。 觀點(diǎn)6 Kruchten指出，軟件體系結(jié)構(gòu)有四個(gè)角度，它們從不同方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述：概念角度描述系統(tǒng)的主要構(gòu)件及它們之間的關(guān)系；模塊角度包含功能分解與層次結(jié)構(gòu)；運(yùn)行角度描述了一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)；代碼角度描述了各種代碼和庫函數(shù)在開發(fā)環(huán)境中的組織。,29,這些角度形成了一個(gè)“4+1”的視角模型。“4+1”模型從5個(gè)不同的視角包括邏輯視角、過程視角、物理視角、開發(fā)視角和場(chǎng)景視角來描述軟件體系結(jié)構(gòu)。每一個(gè)視角只關(guān)心系統(tǒng)的一個(gè)側(cè)面，5個(gè)視角結(jié)合在一起才能夠反映系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)容?！?+1”模型如圖所示：,30,觀點(diǎn)7 Hayes Roth則認(rèn)為軟件架構(gòu)是一個(gè)抽象的系統(tǒng)規(guī)范，主要包括用其行為來描述的功能構(gòu)件和構(gòu)件之間的相互連接、接口和關(guān)系 。 觀點(diǎn)8 Barry Boehm提出，軟件架構(gòu)包括系統(tǒng)構(gòu)件，互聯(lián)及約束的集合；系統(tǒng)需求說明的集合；一個(gè)基本原理用以說明這一構(gòu)件，互聯(lián)和約束能夠滿足系統(tǒng)需求。 觀點(diǎn)9 軟件架構(gòu)為軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)、行為和屬性的高級(jí)抽象，由構(gòu)成系統(tǒng)的元素的描述、這些元素的相互作用、指導(dǎo)元素集成的模式以及這些模式的約束組成。軟件架構(gòu)不僅指定了系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且顯示了系統(tǒng)需求和構(gòu)成系統(tǒng)的元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提供了一些設(shè)計(jì)決策的基本原理。,31,設(shè)計(jì)僅是系統(tǒng)功能需求分析的產(chǎn)物？ 功能需求?設(shè)計(jì)?系統(tǒng)開發(fā)？,否也！??！,2009年1月3號(hào)廣州火車站16萬張票同時(shí)出閘致系統(tǒng)癱瘓。,911中是世界貿(mào)易大廈的倒塌。,2007年1月18日，招商證券的客戶發(fā)現(xiàn)，在公司進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交易時(shí)，公司網(wǎng)站竟然無法登陸。一部分客戶轉(zhuǎn)向電話服務(wù)尋求幫助，卻發(fā)現(xiàn)電話線路出現(xiàn)同樣的阻塞。行情轉(zhuǎn)瞬即逝。擁堵是由于交易量激增，原有系統(tǒng)容量不足引起的 。,奧運(yùn)門票銷售系統(tǒng)的失敗,軟件架構(gòu)的產(chǎn)生?,32,軟件體系結(jié)構(gòu)研究的問題,結(jié)構(gòu)性問題 系統(tǒng)的組織,由哪些組件構(gòu)成 全局性的控制結(jié)構(gòu) 通訊,同步或訪問的協(xié)議 將功能分配到不同的系統(tǒng)組成部分 設(shè)計(jì)元素的組成 系統(tǒng)的物理分布 可擴(kuò)展性,性能,33,,主要內(nèi)容包括 A對(duì)系統(tǒng)組成元素的描述 B這些元素相互之間的交互 C系統(tǒng)組成的模式 D模式的約束 所以在軟件構(gòu)架中,系統(tǒng)以組件和組件之間的交互進(jìn)行定義 當(dāng)前的系統(tǒng)同時(shí)可以作為更高層設(shè)計(jì)的一個(gè)系統(tǒng)組件,34,軟件設(shè)計(jì)的層次,軟件設(shè)計(jì)可以在多個(gè)不同的層次,在每一層我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的組件以及由這些組件組成更大的組件的組合機(jī)制. 二進(jìn)制執(zhí)行文件層 位模式 代碼層 編程語言的原語,操作符; 記錄,數(shù)組,過程; 構(gòu)架層 模塊,35,軟件體系結(jié)構(gòu)的意義,體系結(jié)構(gòu)是風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者進(jìn)行交流的手段 軟件體系結(jié)構(gòu)代表了系統(tǒng)的公共的高層次的抽象。這樣，系統(tǒng)的大部分有關(guān)人員（即使不是全部）能把它作為建立一個(gè)互相理解的基礎(chǔ)，形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，互相交流。 體系結(jié)構(gòu)提供了一種共同語言來表達(dá)各種關(guān)注和協(xié)商，進(jìn)而對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)能進(jìn)行理智的管理。這對(duì)項(xiàng)目最終的質(zhì)量和使用有極大的影響。,36,,體系結(jié)構(gòu)是早期設(shè)計(jì)決策的體現(xiàn) 軟件體系結(jié)構(gòu)明確了對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的約束條件 軟件體系結(jié)構(gòu)決定了開發(fā)和維護(hù)組織的組織結(jié)構(gòu) 軟件體系結(jié)構(gòu)制約著系統(tǒng)的質(zhì)量屬性 通過研究軟件體系結(jié)構(gòu)可能預(yù)測(cè)軟件的質(zhì)量 軟件體系結(jié)構(gòu)使推理和控制更改更簡(jiǎn)單 軟件體系結(jié)構(gòu)有助于循序漸進(jìn)的原型設(shè)計(jì) 軟件體系結(jié)構(gòu)可以作為培訓(xùn)的基礎(chǔ),37,,軟件體系結(jié)構(gòu)是可傳遞和可重用的模型 軟件體系結(jié)構(gòu)級(jí)的重用意味著體系結(jié)構(gòu)的決策能在具有相似需求的多個(gè)系統(tǒng)中發(fā)生影響，這比代碼級(jí)的重用要有更大的好處。,38,軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展史,,“無體系結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)階段,39,,Perry和Wolf認(rèn)為 未來的年代是研究軟件體系結(jié)構(gòu)的時(shí)代,40,軟件體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀,軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 體系結(jié)構(gòu)描述構(gòu)造與表示 體系結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 體系結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)、演化與重用 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)方法 特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)框架 軟件體系結(jié)構(gòu)支持工具 軟件產(chǎn)品線體系結(jié)構(gòu) 建立評(píng)價(jià)軟件體系結(jié)構(gòu)的方法,41,我們的目標(biāo),在軟件開發(fā)過程中使用軟件體系結(jié)構(gòu) 成為系統(tǒng)架構(gòu)師,42,系統(tǒng)架構(gòu)師,系統(tǒng)架構(gòu)師負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體架構(gòu)，從需求到設(shè)計(jì)的每個(gè)細(xì)節(jié)都要考慮到，把握整個(gè)項(xiàng)目，使設(shè)計(jì)的項(xiàng)目盡量效率高，開發(fā)容易，維護(hù)方便，升級(jí)簡(jiǎn)單等。 系統(tǒng)構(gòu)架師是近幾年來在國內(nèi)外迅速成長(zhǎng)并發(fā)展良好的一個(gè)職位。比爾? 蓋茨 （首席軟件架構(gòu)師）；丁磊 （首席架構(gòu)師 ）,43,,系統(tǒng)架構(gòu)師的職責(zé) l、領(lǐng)導(dǎo)與協(xié)調(diào)整個(gè)項(xiàng)目中的技術(shù)活動(dòng)（分析、設(shè)計(jì)和實(shí)施等） 2、推動(dòng)主要的技術(shù)決策，并最終表達(dá)為軟件構(gòu)架 3、確定和文檔化系統(tǒng)的相對(duì)構(gòu)架而言意義重大的方面，包括系統(tǒng)的需求、設(shè)計(jì)、實(shí)施和部署等“視圖” 4、確定設(shè)計(jì)元素的分組以及這些主要分組之間的接口 5、為技術(shù)決策提供規(guī)則，平衡各類涉眾的不同關(guān)注點(diǎn)，化解技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，并保證相關(guān)決定被有效的傳達(dá)和貫徹 6、理解、評(píng)價(jià)并接收系統(tǒng)需求 7、評(píng)價(jià)和確認(rèn)軟件架構(gòu)的實(shí)現(xiàn),44,,某集團(tuán)公司要開發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)財(cái)務(wù)程序，使各地員工能在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行財(cái)務(wù)處理和報(bào)銷。在設(shè)計(jì)該財(cái)務(wù)程序的體系結(jié)構(gòu)時(shí)，項(xiàng)目組產(chǎn)生了分歧： 張工程師認(rèn)為應(yīng)該采用客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)。各分公司財(cái)務(wù)部要安裝一個(gè)軟件客戶端，通過這個(gè)客戶端連接到總公司財(cái)務(wù)部主機(jī)。如果員工在外地出差，需要報(bào)銷帳務(wù)的，也需要安裝這個(gè)客戶端才能進(jìn)行。 李工程師認(rèn)為應(yīng)該采用瀏覽器/服務(wù)器（BS）結(jié)構(gòu)，各分公司及出差員工直接通過Windows操作系統(tǒng)自帶的IE瀏覽器就可以連接到總公司的財(cái)務(wù)部主機(jī)。,45,架構(gòu)受系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者的影響 風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者—對(duì)構(gòu)建軟件系統(tǒng)感興趣的人或組織，包括合同中的客戶、系統(tǒng)最終用戶、開發(fā)人員、開發(fā)組織、系統(tǒng)維護(hù)人員等，他們所關(guān)注的問題各不相同，但都要求系統(tǒng)在他們所關(guān)注的方面提供保證或優(yōu)化。,事物有主要矛盾和次要矛盾之分。 開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，首先要確定其軟件構(gòu)架。借助于構(gòu)架，設(shè)計(jì)師可以分析眾多風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者所提出的各種要求的優(yōu)先級(jí)，并將這些要求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的各個(gè)特性，再針對(duì)它們?cè)谙到y(tǒng)結(jié)構(gòu)上做折衷，從而得到和諧的架構(gòu)。,46,開發(fā)組織所關(guān)心的問題不同于客戶，它對(duì)軟件構(gòu)架的影響分為3類： · 直接影響 如希望向產(chǎn)品線發(fā)展 · 長(zhǎng)遠(yuǎn)影響 如行業(yè)布局 · 組織結(jié)構(gòu)的影響 如軟件外包 · 開發(fā)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)師的影響,47,架構(gòu)受設(shè)計(jì)師的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)的影響,1 熟悉.NET的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮.NET的框架和技術(shù)。 2 熟悉J2EE的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮J2EE的框架和技術(shù)。 3 設(shè)計(jì)師具有數(shù)據(jù)庫方向的背景，系統(tǒng)會(huì)被認(rèn)為是數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。 4 設(shè)計(jì)師具有網(wǎng)絡(luò)安全的背景，系統(tǒng)的安全會(huì)被放在很突出的位置。,48,構(gòu)架受技術(shù)環(huán)境的影響,現(xiàn)在B/S樣式很流行，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)往往首先考慮系統(tǒng)能否在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行。,49,架構(gòu)所受的影響,50,軟件的架構(gòu)不是靜止的,51,軟件在開發(fā)過程中或交付使用后，都可能會(huì)發(fā)生修改，這些修改往往涉及到架構(gòu)的變更。因此軟件版本的演進(jìn)也是軟件架構(gòu)的演進(jìn)。 軟件架構(gòu)影響設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)。 軟件架構(gòu)影響開發(fā)組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和經(jīng)營目標(biāo)。 軟件架構(gòu)可能會(huì)影響客戶對(duì)下個(gè)系統(tǒng)的需求 有些系統(tǒng)甚至?xí)绊懖?shí)際改變軟件工程的發(fā)展，以及開發(fā)人員學(xué)習(xí)和實(shí)踐的技術(shù)環(huán)境，如互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、手機(jī)等。,52,架構(gòu)商業(yè)周期—架構(gòu)是軟件開發(fā)的必經(jīng)之路和必要手段，它受到來自客戶和開發(fā)組織的影響，也受到設(shè)計(jì)師的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)環(huán)境的影響；反過來，構(gòu)架也影響著被開發(fā)的系統(tǒng)，對(duì)客戶、開發(fā)組織、構(gòu)架和技術(shù)環(huán)境也都有影響，還影響著客戶及其開發(fā)組織的未來目標(biāo)。圍繞著構(gòu)架的這些影響和反饋循環(huán)構(gòu)成構(gòu)架商業(yè)周期。 事物是靜止的，也是運(yùn)動(dòng)、發(fā)展和變化的，軟件架構(gòu)也不例外。軟件的架構(gòu)是運(yùn)動(dòng)、發(fā)展和變化的。,53,構(gòu)件與軟件重用,構(gòu)件模型及實(shí)現(xiàn) 構(gòu)件是指語義完整、語法正確和有可重用價(jià)值的單位軟件，是軟件重用過程中可以明確辨識(shí)的系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)上，它是語義描述、通訊接口和實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)合體。,54,,在大多數(shù)工程學(xué)科中，系統(tǒng)是通過組合現(xiàn)有構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這些構(gòu)件已經(jīng)在其它系統(tǒng)上使用過。 軟件工程一直以來注重于原始開發(fā)，現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到要更快、更低成本的獲得更好的軟件，我們需要采取一種基于系統(tǒng)化軟件復(fù)用（systematic software reuse）的設(shè)計(jì)過程。,55,,在軟件演化的過程中，重復(fù)使用的行為可能發(fā)生在三個(gè)維上： 1. 時(shí)間維：使用以前的軟件版本作為新版本的基礎(chǔ)，加入新功能，適應(yīng)新需求，即軟件維護(hù)。 2. 平臺(tái)維：以某平臺(tái)上的軟件為基礎(chǔ)，修改其和運(yùn)行平臺(tái)相關(guān)的部分，使其運(yùn)行于新平臺(tái)，即軟件移植。 3. 應(yīng)用維：將某軟件(或其中構(gòu)件)用于其他應(yīng)用系統(tǒng)中，新系統(tǒng)具有不同功能和用途，即真正的軟件復(fù)用。,56,,促進(jìn)從手工作坊式的軟件開發(fā)向工業(yè)化開發(fā)發(fā)展： 核心的就是軟件構(gòu)件技術(shù)。工業(yè)化的軟件生產(chǎn)，應(yīng)該有一個(gè)工業(yè)化的軟件生產(chǎn)線，軟件生產(chǎn)應(yīng)該做成什么樣，應(yīng)該有不同的車間，有的車間專門是做構(gòu)架的，就是框架。有的車間做構(gòu)件，零件。,57,復(fù)用的好處,增強(qiáng)可靠性（Increased reliability） 復(fù)用構(gòu)件在工作系統(tǒng)上試用過，應(yīng)該比新軟件更可靠。失誤已經(jīng)在初始使用中暴露和解決，復(fù)用軟件的失效數(shù)目應(yīng)比較低。 減少過程風(fēng)險(xiǎn)（Reduced process risk） 有現(xiàn)成的軟件，成本比重新開發(fā)低。同時(shí)降低了項(xiàng)目成本估算的不確定性。在大型系統(tǒng)中，如果子系統(tǒng)是復(fù)用的，效果最明顯。 符合標(biāo)準(zhǔn)（Standards compliance） 有些象用戶界面這樣的標(biāo)準(zhǔn)，，就可以制成一組可復(fù)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。例如，如果把用戶界面中的菜單（Menu）做成可復(fù)用的構(gòu)件，并讓所有的應(yīng)用都采用相同的菜單格式展現(xiàn)給用戶。使用這樣的標(biāo)準(zhǔn)用戶界面就使系統(tǒng)的可信度得到改善，因?yàn)橛脩粼谙嗨频慕缑嫦赂蝗菀壮鲥e(cuò)。 加速開發(fā)（Accelerated development） 盡快地把一個(gè)系統(tǒng)投入市場(chǎng)有時(shí)候比它的總開發(fā)成本更重要。因?yàn)闇p少了開發(fā)和確認(rèn)的時(shí)間，復(fù)用軟件能夠加速系統(tǒng)生產(chǎn)。,58,,構(gòu)件模型的三個(gè)主要流派 OMG（Object Management Group，對(duì)象管理集團(tuán)）的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu)） Sun的EJB（Enterprise Java Bean） Microsoft的DCOM（Distributed Component Object Model，分布式構(gòu)件對(duì)象模型）。,59,,“九五”期間，青鳥工程研究軟件的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)軟件工業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng) ——青鳥軟件生產(chǎn)線系統(tǒng)，即基于構(gòu)件—構(gòu)架模式的軟件開發(fā)技術(shù)及系統(tǒng)，為軟件開發(fā)提供整體解決方案，推行軟件工業(yè)化生產(chǎn)模式，促進(jìn)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模的形成。,60,,61,,青鳥構(gòu)件模型,62,,構(gòu)件獲取 從現(xiàn)有構(gòu)件中獲得符合要求的構(gòu)件，直接使用或作適應(yīng)性修改，得到可重用的構(gòu)件； 通過遺留工程，將具有潛在重用價(jià)值的構(gòu)件提取出來，得到可重用的構(gòu)件； 從市場(chǎng)上購買現(xiàn)成的商業(yè)構(gòu)件，即COTS（Commercial Off-The-Shell）構(gòu)件； 開發(fā)新的符合要求的構(gòu)件。,63,,64,構(gòu)件管理,構(gòu)件描述 構(gòu)件分類與組織 人員及權(quán)限管理,65,,構(gòu)件描述 構(gòu)件模型是對(duì)構(gòu)件本質(zhì)的抽象描述，主要是為構(gòu)件的制作與構(gòu)件的重用提供依據(jù)； 從管理角度出發(fā)，也需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行描述，例如：實(shí)現(xiàn)方式、實(shí)現(xiàn)體、注釋、生產(chǎn)者、生產(chǎn)日期、大小、價(jià)格、版本和關(guān)聯(lián)構(gòu)件等信息，它們與構(gòu)件模型共同組成了對(duì)構(gòu)件的完整描述。,66,,67,,構(gòu)件分類與組織 關(guān)鍵字分類法 刻面分類法 超文本組織方法,68,,關(guān)鍵字分類法,69,,刻面分類法 使用環(huán)境 應(yīng)用領(lǐng)域 功能 層次 表示方法,70,,71,,72,,超文本組織法,73,,,74,,人員及權(quán)限管理 一般來講，構(gòu)件庫系統(tǒng)可包括五類用戶，即注冊(cè)用戶、公共用戶、構(gòu)件提交者、一般系統(tǒng)管理員和超級(jí)系統(tǒng)管理員。,75,構(gòu)件重用,檢索與提取構(gòu)件 理解與評(píng)價(jià)構(gòu)件 修改構(gòu)件 構(gòu)件組裝,76,檢索與提取構(gòu)件,基于關(guān)鍵字的檢索 刻面檢索法 超文本檢索法 其他檢索方法,77,理解與評(píng)價(jià)構(gòu)件,構(gòu)件的功能與行為 相關(guān)的領(lǐng)域知識(shí) 可適應(yīng)性約束條件與例外情形 可以預(yù)見的修改部分及修改方法,78,修改構(gòu)件,理想的情形是對(duì)庫中的構(gòu)件不作修改而直接用于新的軟件項(xiàng)目。 但是，在大多數(shù)情況下，必須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行或多或少的修改，以適應(yīng)新的需求。 為了減少構(gòu)件修改的工作量，要求開發(fā)人員盡量使構(gòu)件的功能、行為和接口設(shè)計(jì)更為抽象化、通用化和參數(shù)化。,79,構(gòu)件組裝,◇ 基于功能的組裝技術(shù) ◇ 基于數(shù)據(jù)的組裝技術(shù) ◇ 面向?qū)ο蟮慕M裝技術(shù),80,,基于功能的組裝技術(shù) 基于功能的組裝技術(shù)采用子程序調(diào)用和參數(shù)傳遞的方式將構(gòu)件組裝起來。它要求庫中的構(gòu)件以子程序/過程/函數(shù)的形式出現(xiàn)，并且接口說明必須清晰。當(dāng)使用這種組裝技術(shù)進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)，開發(fā)人員首先應(yīng)對(duì)目標(biāo)軟件系統(tǒng)進(jìn)行功能分解，將系統(tǒng)分解為強(qiáng)內(nèi)聚、松耦合的功能模塊。然后根據(jù)各模塊的功能需求提取構(gòu)件，對(duì)它進(jìn)行適應(yīng)性修改后再掛接在上述功能分解框架中。,81,,基于數(shù)據(jù)的組裝技術(shù) 首先根據(jù)當(dāng)前軟件問題的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一個(gè)框架，然后根據(jù)框架中各結(jié)點(diǎn)的需求提取構(gòu)件并進(jìn)行適應(yīng)性修改，再將構(gòu)件逐個(gè)分配至框架中的適當(dāng)位置。此后，構(gòu)件的組裝方式仍然是傳統(tǒng)的子程序調(diào)用與參數(shù)傳遞。這種組裝技術(shù)也要求庫中構(gòu)件以子程序形式出現(xiàn)，但它所依賴的軟件設(shè)計(jì)方法不再是功能分解，而是面向數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法，例如Jackson系統(tǒng)開發(fā)方法。,82,,面向?qū)ο蟮慕M裝技術(shù) · 構(gòu)造法 在子類中引進(jìn)基類的對(duì)象作為子類的成員變量，然后在子類中通過成員變量重用基類的屬性和方法。 · 子類法 將新子類直接說明為庫中基類的子類，通過繼承和修改基類的屬性與行為完成新子類的定義。,83,,84,,85,,86,