软件架构设计方法理论

1、软件架构概述 1.什么是软件架构 1.1软件架构的概念很混乱。如果你问五个不同的人，可能会得到五种不同的答案。软件架构概念主要分为两大流派：交互。 + 组件 组成派：软件架构 = 重要决策集。 = 决策派：软件架构组成派和决策派的概念相辅相成。软件架构和子系统、框架之间的关系 1.2 复杂性是层次化的。 。 )好的架构设计必须把变化点错落有致地封装到 软件系统的不同部分(即关注点分离的目标。”通过关注点分离，达到“系统中的一部分发生了变化，不会影响其他部分 软件单元的粒度： 。”粒度最 小的单元通常是“类 *。”“模块* 几个类紧密协作形成 。”“子系统* 完成相对独立的功能的多个模块构成了

2、。”“系统* 多个子系统相互配 合才能满足一个完整应用的需求，从而构成了软件 。”“集成系统* 一个大型企业往往使用多套系统，多套系统通过互 操作形成 软件单元的粒度是相对的。同一个软件单元，在不同场景下我们会以不同的粒度看待它。不等于框架 (Framework) 架构 (Architecture) 框架只是一种特殊的软件， 框架也有架构。 框架提供的 Spring ” 的目的，如很多人都在用 可以通过架构框架化达到“架构重用 控制反转和依赖注入来构建自己的架构。软件架构的作用 1.3尚未确定，就不应该进行此系统的全面开发。)如果一个项目的系统架构(包括理论基础ContextEngineeri

3、ng- BarryBoehm, 一个缺陷充斥的系统，将始终是一个缺陷充斥的系统。 面向对象软件工程 Lethbridge,C.- Timothy软件架构设计为什么这么难？因为它是跨越现实世界与计算机世界之间鸿沟的一座桥。 软件架构设计要完成从面向业务到面向技术的转换， 在鸿沟 上架起一座桥梁。软件系统 - 软件架构 系统开发- 需求 架构设计 件架构对新产品开发的作用：上承业务目标。 *下接技术决策。 *控制复杂性。 * 的理念。“基于问题深度分而治之”先进行架构设计，后进行详细设计和编码实现，符合 组织开发。1/8的作用。”“合作契约软件架构方案在小组中间扮演了“桥梁”和 利于迭代开发和增量

4、交付。 * 以架构为中心进行开 发，为增量交付提供了良好的基础。在架构经过验证之后，可以 专注于功能的增量提交。 提高质量。 *软件架构对软件产品线开发的作用： 固化核心知识； * 提供可重用资产； *缩短推出产品的周期； *降低开发和维护成本； *提高产品质量； *支持批量定制。 *软件产品线：指具有一组可管理的、公共特性的、软件密集性系统的集合，这些系统满足特定的市场需求或任务需求，并且按照预定义方式从一个公共的核心资产集开发得到。 软件产品线架构：针对一个公司或 组织内的一系列产品而设计的通用架构。软件架构设计方法 2.软件架构为谁而设计 2.1 架构师应当为项目相关的不同角色而设计：

5、架构师要为客户负责， 满足他们的业务目标 和约束条件。 * 架构师要为用户负责，满足他们关心的功能需求和运行期质量属性。 * 的开发人员。”“下游* 架构师 必须顾及处于协作分工 的管理人员，为他们进行分工管理、协调控制和评估监控等工作提供清晰的基础。周边”“* 架构师必须考虑五视图法 2.2什么是软件架构视图？软件架构视图是对于从某一视角看到的系统所作的简化描述， 描述中涵盖了系统的某一 特定方面， 而省略了与此无关 的其他方面。 的能力范围，因此宜采”软件架构要涵盖的内容和决策太多了，超过了人脑“一蹴而就的办法。即通过不同的视图来描述架构。” “分而治之用 软件架构的五视图法：逻辑架构 *

6、逻辑架构关注功能。 其设计着重考虑功能需求。 开发架构 * 开发架构关注程序包。 其设计着重考虑开发期质量属性， 如可扩展性、可重用性、 可移植性、易理解性和易测试性等。 运行架构 *运行架构关注进程、线程、对象等运行时概念，以及相关的并发、同步、通信等问题。其设计着重考虑运行期质量属性，例如性能、可伸缩性、持续可用性和安全性等。 物理架构 * 2/8安装和物理架构关注软件系统最终如何安装或部署到物理机器。其设计着重考虑“ 。部署需求” 数据架构* 。数据需求”数据架构关注持久化数据的存储方案。其设计着重考虑“从概念性架构到实际架构 2.3密斯凡德罗。-(Less is more.) 少就是多

7、 概念性架构是对系统设计的最初构 想。 一般来说，实际的软件架构设计过程是，先进行概念性架构的设计，把最关键的设计 要素和交互机制确定 下来，然后再考虑具体技术的运用，设计出实际架构。架构设计中的关键要素及解决策略 2.4 策略是制胜的关键。 挡不住的趋势张明正， - 最好的软件开发人员都知道一个秘密：美的东西比丑的东西创建起来更廉价，也更快捷。 软件之美 Martin,Robert C.-时间就是系统架构的生命。 KruchtenPhilippe -方法产生于恐惧。面对时间紧迫的压力，我们有理由质疑那种不顾时间花销、一味追求软件架构高质量的 用时间换做法。软件架构是软件系统质量的核心，必须足

8、够重视，但在不适当的时候“ 会毁掉整个项目。完美” 。适合的才是成功的”，而是“ 架构设计并非“好的就是成功的软件架构设计中的关键要素及解决策略： 策略关键要素 全面认识需求。是否遗漏了至关重要的非功能需求？ 1.关键需求决定架构。 能否驯服数量巨大且频繁变化的需求？ 2. 多视图探寻架构。能否从容地设计软件架构的不同 方面？ 3.及早验证架构。是否及早验证架构方案并作出了调整？ 4.软件架构要设计到什么程度 2.5。一寸深” 软件系统的架构涵盖了整个系统，尽管架构的有些部分可能只有“统一软件开发过程之路IvarJacobson,-软件架构是团队开发的基础。 软件架构要设计到什么程度？ 由于项

9、目的不同、开发团队情况的不同，软件架 构的设计程度会有不同。 *软件架构应当为开发人员提供足够的指导和限制。 *高来高去式架构设计的症状： 缺失重要架构视图。 * 遗漏了某些重要视图，从而遗漏了对团队某些角色的指导。 浅尝辄止、不够深入。 * 将重大技术风险遗留到后续开发中。 名不副实的分层架构。 *3/8对各层之间交互接口和交互机制的设计严重不足。软件架构设计过程 3.软件架构设计过程总览 3.1一般的软件过程：验收与交付阶段 - 并行开发与测试阶段 分析阶段 - 架构设计阶段 - 概念化阶段 -(Availability) 持续可用性 *(Scalability) 可伸缩性 *(Inter

10、operability) 互操作性 *(Reliability) 可靠性 *(Robustness) 鲁棒性 *开发期质量属性 (Understandability) * 易理解性 (Extensibility) * 可扩展性 (Reusability) * 可重用性 (Testability) * 可测试行 (Maintainability) * 可维护性 (Portability) 可移植性 *领域建模3.3的观点一样，”“有内而外全面造就自己 就像高效能人士的七个习惯提到的 的理念。“有内而外 造就软件对待软件开发，要具备 。心 想让软件系统随需应变吗？请给软件一个支持变化的什么是领域模

11、型？领域模型是对实际问题领域的抽象表示，它专注于分析问题领域本身，发掘重要的 业务领域概念，并建立业务领域概 念之间的关系。领域建模和需求分析活动是相互伴随、互相支持、交叠演进的领域模型对软件架构乃至整个软件系统开发工作的作用：探索复杂问题、固化领域知识； *决定功能范围、影响可扩展性； *提供交流基础、促进有效沟通。 *确定关键需求 3.4了架构。功能、质量和商业需求的某个集合“塑造 )2 版 Bass, 软件架构实践 (第 Len-关键需求决定架构，其余需求验证架构。什么是对软件架构关键的需求？ 关键的功能需求。 *关键的质量属性需求。 *关键的商业需求。 *如何确定关键需求？ 厂 确定关

12、键功能需求卜门 分析约束性需求全面整理需求 - -L确定关键质量属性需求概念性架构设计 3.5:)这三个步骤以迭代方式进行概念性架构设计的步骤(5/8鲁棒性分析； 1. 引入架构模式； 2. 质量属性分析。 3.鲁棒性分析 3.5.1 所谓鲁棒性分析是这样一种方法： 通过分析用例规约中的事件流， 识别出实现用例规定 的功能 所需的主要对象及其职责，形成以职责模型为主的初步设计。 鲁棒性分析是从功能需求向设计方案过度的第一步，所 获得的初步设计是一种理想化的 职责模型， 它的重点是识别组成软件系统的高级职责块、 规划它们之间的关系。 鲁 棒性分析填补了分析和设计之间的鸿沟。 P196)(鲁棒图包

13、含三种元素：边界对象、控制对象和实体对象。见书引入架构模式 较为经典的几种架构模式：过滤器。、微内核、基于元模型的架构、管道-分层、MVC关于架构模式的几点说明：分层*避免名不副实的分层架构，即对各层之间交互接口和交互机制的设计严重不足。 微内核 * 缺点：设计和实现的复杂性；性能较低。 优点：扩展性强，可移植性强，软件系统的生命周期长。质量属性分析353表方法。举例如下：”-决策场景 “属性-!I I属性I决策I场景I111I建立数据库存取层II可扩展性I数据库类型可替换 I111I允许加载第三方模块I采用插件机制II 111 I . I . I I 11I细化架构设计3.6架构细化工作主要

14、体现在基于五视图方法进行架构细化：约束J ! I基于五视图方法I-领域模型架构方案- 关键需求- I I6/8I进行架构细化- I概念架构11 t经验架构细化设计的工作内容：I11I设计任务 I I 架构设计视图I11I I逻辑架构细化功能单元；II发现通用机制；III细化领域模型；III I确定子系统接口和交互机制。丨 1II I开发架构确定要开发或直接利用的程序包之间的依赖关系；II I确定采用的技术；I I II确定采用的框架等。I11 I持久化数据存储方案；I数据架构II。可选)(I I数据传递、数据复制、数据同步等策略I11I确定引入哪些进程与线程；II运行架构I I确定主动对象、被

15、动对象，以及控制关系；I I处理进程线程的创建、销毁、通信机制、资源争用等；II协议设计。I I I11I物理架构I确定物理配置方案；II确定如何将目标程序映射到物理节点。II 11是应被特别强调的。”逻辑架构设计中，“发现通用机制是模式的实例。机制是特定上下文中重复出现的问题的特定解决方案。(Mechanism)机制具有良好架构的系统具备概念完整性。 它通过对系统架构建立一种清晰的认识来发现通用的 抽象和机制。 利用这种共 性使最终产生的系统结构更为简单。实现并验证软件架构 3.7好的策略必须是一再求证、测试、发现瑕疵漏洞，另想途径或方法来弥补策略不足，有时 甚至得全盘放弃，重新 策划。 挡

16、不住的趋势张明正， -要验证什么？”架构原型对功能性需求的实现非常有限，那么“架构验证 答案是要验证架构对质量属性需求的支 持程度，包括运行期质量属性和开发期质量属性。7/8验证架构的两种方法： 原型法。 * 。即对一组架构设计决策在非功能需求方面的满足” “原型法对于项目型开 发，常采用 程度进行验证。该原型往往是演进型，而非抛弃型。 框架法。 *有更多优点。该方法将架构设计方案用框架的形式实现，框架法”对于产品型开发，采用“ 并在此基础上进行评估验 证。在框架实现后，在框架基础上实现部分应用的功能，即实现 一个小的垂直原型，从而进行实际非功能测试和开发 期质量属性评价。8/8交付的系统愿景架构可执行系统需求软件架构设计过程： 验证架构 - 概念性架构设计 - 细化架构 需求分析 - 领域建模 - 确定关键需求 -11 丨 1 丨实际架构概念性架构丨1n11!* 1架构设计阶段分析阶段需求分析 3.2几个概念 系统分析 vs 需求分析 需求捕获 vs 需求捕获是获取知识的过程，知识从无到有。 * 需求分析是挖掘和整理知识的过程，它在已掌握知识的基础上进行。 *。”，那么系统