计算机软件体系结构知识点纲要

《计算机软件体系结构》课程知识纲要目录1、课程安排 22、软件体系结构的基础知识 22.1软件体系结构概论 22.2软件体系的定义 22.3软件体系的建模 32.4软件体系的生命周期 32.5软件体系结构的核心元素 32.6风格与模式 42.7经典体系结构风格： 43、面向对象编程的基础知识 54、UML建模 64.1用例图 64.2活动图 64.3时序图与协作图 7软件体系结构考试题型：填空，30，判断正误10，名词解释12，简答22，建模26，请大家认真学习知识点提纲，认真备考，尤其是平时成绩较低的同学，请端正态度1、课程安排课程内容安排：本课程的知识安排分为三个部分，一部分是软件体系结构的基础知识，一部分为面向对象编程的基础知识，一部分软件体系结构建模，包括四+1模型的建模，与UML软件建模方法相关知识。课程考核安排：本课程的考核分为三个部分：平时分(平时上机实验作业、课堂作业)占20%，上机实验分（第18周上机实验）占10%，期末考试占70%；2、软件体系结构的基础知识2.1软件体系结构概论1、软件危机：软件应用需求的发展，致使软件复杂化，造成软件成本、开发进度、质量、维护难以控制，总而言之，软件开发越来越复杂困难。危机产生的原因：缺乏正确的软件开发理论是根本，此外，软件需求不明确、软件规模与复杂度也是造成的重要原因。2、软件工程：克服软件危机的办法，以工程的方法来进行软件生产的开发、生产与管理。核心就是标准化，实现软件生产全流程的标准化。3、可重用性与构件：标准化的软件开发流程，使应对特定问题的软件代码重用成为可能，当可重用的代码被抽取出来，并配以标准化的接口与应用文档，形成构件。4、构件：语义完整、语法正确和可重用价值的单元软件，其中最核心的是可重用性。在结构上，这是语义描述（针对构件的说明）、通信接口（构件调用与装配的接口）与实现代码（软件的功能实现）三部分组成。5、领域：一组具有相似或相近软件需求的应用系统的覆盖的功能区域。具有内聚性（问题的特定性）和稳定性（特定问题在较长的问题多次出现）。6、商业化构件的分类：用户界面类、数据库类、商务应用类、工具类、网络通讯类、核心技术类。2.2软件体系的定义1、软件体系结构定义：软件体系结构为软件系统提供了一个结构（构件组装的结构）、行为（构件的功能）、属性（构件的约束）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的组成。2.3软件体系的建模1、建模的本质：从软件开发不同角度看问题、隐含在软件工程不同阶段，不同的参与人员对于工程的视角。2、现有的模型：结构模型：注重构件与连接件，试图以结构来反映系统，哲学：结构与功能的关系框架模型：注重更高层次的可重用性，对于构件则不太关注，试图在构件及功能可替换情况下，重用框架。动态模型：反映系统动态行为，对前二者静态描述的补充。过程模型：试图反映系统构造的过程，典型的增量开发过程，也是期望能在主框架重用的情况下，开发系统。功能模型：试图按功能模块组件来描述系统，易于理解，极为常用。3、4+1视图模型逻辑视图：支持系统的功能需求，注意是支持，不是表述，即系统提供给最终用户的服务。在逻辑视图中，系统分解成一系列的功能抽象，这些抽象主要来自问题领域。逻辑视图解释系统功能的实现，建模人员一般为开发人员。开发视图：又称为模块视图，主要侧重于软件模块的组织和管理，建模人员一般为项目经理。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，如系统的性能和可用性，建模人员一般为测试人员。物理视图：主要考虑如何把软件映射到硬件上，考虑系统性能、规模、可靠性等，一般建模人员为项目部署人员。场景：可以看作是那些重要系统活动的抽象，有机联系以上四个视图，某种意义上说场景是最重要的需求抽象。一般建模人员为项目主管。2.4软件体系的生命周期1、需求－〉建立－〉设计－〉实现，以及各阶段的大致内容了解。2.5软件体系结构的核心元素构件：具有某种功能的可重用的软件单元连接件：构件之间的交互，数据交互的中间件，如数据库JDBC、ODBC之类配置：构件与连接件之间的拓扑逻辑与约束端口：也就是构件的接口，接口可与构件相分离，形成独立的要素角色：本质为场景，构件在场景中发挥的作用2.6风格与模式1、风格的定义：某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式，即定义某一领域的术语表和一组指导构件系统的规则，其中：术语表：构件的通常表述方式2、模式：包括模块与模块组织的约束3、体系结构重用：模块+架构：体系统结构能不能重用，或者如何重用？由问题说了算，也就是领域，领域问题的相似性促成风格的形成2.7经典体系结构风格：1、管道与过滤器：经典的过程编程视角：视程序为数据处理流程，一个构件的输入为上一个构件的输出，同时该构件的输出又作为下一个构件的输入，其典型的应用：DOS下的管道命令符。优点：模块的高内聚、低耦合。缺点：太理想化了，信息世界是多样化的，逻辑不是那么简单的主要的应用场景：如，大数据量的科学计算，批任务处理，数据库维护与倒库方面的工作。极为清晰的数据处理流程数据处理时序是简单，不需要考虑过多的彼此依赖、并发性。管道与过滤器接口可以标准化2、数据抽象与面向对象：另一种经典的编程视角:面向对象，数据抽象：数据与其操作方法封装在一起。这种风格的构件就是：对象优点：高内聚、低耦合：数据与其操作在一起，对现实世界的更真实建模缺点：各人观点不一，事实上面向对象的编程风格是不完全排除面向过程的，通常为两者的结合3、基于事件的隐式调用：构件彼此独立，消息与事件：消息引发事件，事件引发注册的模块，模块执行功能。如：WINDOWS的编程基本模式、WINDOWS内核的基本模式、黑客与钩子的实现方式。优点：扩展性很强，软件重用性也很强。缺点:同一消息处理的次序不太好确定，模块之间的依赖关系难以体现出来，系统对于全局逻辑的控制性不强4、分层系统：系统的架构风格：视信息世界为抽象程度不同的层次组成。优点：系统结构清晰，扩展性强，功能模块可重用程度高。缺点：客观世界的复杂性很难通过统一的分层结构来予以实现。3、面向对象编程的基础知识1、面向对象技术的基本观点:客观世界由独立的对象组成，任何客观实体都是对象，复杂对象可以由简单对象组成。客观世界中具有相同特性与行为动作的对象可以抽象成类，如学生类，具有到某个学生，如张三，则为学生类的某个名为张三的特定对象。因此，类是抽象，是同类对象的模板，对象是类的具体特例。类可以派生出子类，子类除了继承父类的全部特性外还可以有自己的特性。对象之间的联系通过消息传递来维系。2、类与对象：客观世界里的任何实体都可以被抽象为问题空间中的类。客观世界实际存在的都是对象，而不是类。类是问题域或实现域中某些概念的一个抽象。类是一个封装数据属性和操作行为的模板，而对象是其实体。3、类的继承：继承是指子类可以自动拥有父类的全部属性与操作的机制。父类（超类）、子类（派生类）。继承性又分为单重继承和多重继承两类。4、多态：是指同一个消息为不同的对象接收时，可以有不同的解释，可产生不同的动作或执行结果。5、多态性的实现方式：通过接口实现多态性：一个接口的指定动作由不同类来实现，而这些类的对象既可以看成其所属的类，且从接口的角度来看又可以看成它实现的接口类；通过继承实现多态性：一个子类的对象，既可以看成本身类，又可以看成其父类；通过抽象类实现的多态性：实现某个抽象类行为的类，其对象既可以看成抽象类的对象，又可以看成其本身类的对象。4、UML建模4.1用例图1、用例图包括的内容：用例（USERCASE）;参与者（Actor）;依赖、泛化以及关联关系（用例之间的关系）2、参与者：系统外部的实体，事物或人，也就是使用系统，触发系统活动的人。3、系统边界：划分参与者与系统的界线，参与者不属于系统。4、建模者应提出的问题：谁或什么使用系统？它们各自扮演什么角色？谁安装、启动、关闭、维护系统；谁从系统获得信息？谁提供信息给系统？有什么事发生在固定事件中？5、用例：系统在参与者请求或触发的时候完成某个事件，使用椭圆形表示，用例的名字可以写在其下或其中。6、用例与参与者的关系：谁来做？参与者，做什么？用例7、用例之间的关系：泛化关系：用例与用例、参与者与参与者之间具有的继承关系包含关系：用例表示的是做一件事，而具体的事可能会分成多个步骤，每个步骤又是一个子事件；包含关系指不同的用例可能会包含同一个步骤形成的用例，那么把同一步骤抽出来作为子用例可以被这些用例包含扩展关系：把新的行为插入到已有用例中的方法。用于某个事件中可能会有一些不同的行为，扩展关系为该事件代表的用例添加行为时提供扩展点4.2活动图1、活动图：是一种用于描述系统行为的模型视图，它可用来描述过程（业务过程、工作流、事件流等）中的活动及其迁移。简单地讲，活动图是“OO流程图”。2、活动图的主要应用：描述用例的行为、理解工作流程、描述复杂过程的算法。3、活动图的构成：活动：在活动图中，用来指示要完成某项工作的动作或表示工作流的步骤。其UML标记符是一个带有圆角的矩形。可以用操作在活动中增加更多详细的步骤。操作是活动中执行的小步骤。在下列情况下发生：进入活动时发生的操作，标有entry字样。活动进行时发生的操作，直到离开活动，标有do字样。离开活动时发生的操作，标有exit字样。特定事件发生时的操作，标有event字样和事件名。操作是可选的，但提供的详细信息有助于后面完成系统设计。状态：标记符与活动类似，也是带圆角的矩形，但状态的圆角比较小，如下图所示。状态通常使用一个指示系统当前状态的单词或者短语来标识。例如，Stopped是一个状态，而stop则是一个活动。UML包含两个特殊状态，即开始状态和结束状态。开始状态以实心黑点表示，结束状态以带有圆圈的实心黑点表示。注意：每一个活动图只能有一个开始状态，但是可以有无数个结束状态。决策：是基于判断条件选择控制流继续的方向。决策的UML符号是一个小菱形标记符，然后从这里再按条件控制分支转移到满足条件的活动。4.3时序图与协作图1、UML的交互图：是用户系统动态方面的建模，交互图可分为时序图和协作图。2、时序图（SequenceDiagram）：描述了对象之间传递消息的时间顺序，它用来表示用例中的行为顺序，是强调消息时间顺序的交互图。时序图描述类系统中类和类之间的交互，它将这些交互建模成消息交换，也就是说，时序图描述了类以及类间相互交换以完成期望行为的消息。3、时序图包括了4个元素，分别是对象（Object）、生命线（Lifeline）、激活（Activation）和消息（Message）。4、时序图强调按时间展开的消息传送，这在一个用例脚本的语境中对动态行为的可视化非常有效。5、时序图有别于协作图的特性：（1）时序图有生命线（2）时序图有激活期4.4类图1、类的结构：属性与行为，属性用来刻划类所描述的事件的特性，如人的身高，姓名等，在计算机语言中采用数据类型来定义，而行为则是刻划类可以执行的动作，在计算机语言中采用函数来定义。2、类的属性与行为的可见性：类的封装性定义了一个类的属性与行为不能为其它类轻易的访问，也即类的属性不能被其它类随意赋值与取值，或类的方法不能随意被调用。这个控制机制称之为可见性。3、可见性的种类：公开、私有、保护，公开的意思是某个属性与行为可被随意其它类的对象访问，私有即属性或行为不对外开放，除自己以外的任何类都不可以访问，保护是某个属性或行为，要么自己类对象访问，要么是自己类的子类才可以访问。4、类之间的关系：关联关系：关联(association)是模型元素间的一种语义联系,它是对具有共同的结构特性、行为特性、关系和语义的链(Link)的描述。UML表示法：实线+箭头，，英文的表述即是："...hasa..."关联名：关联关系的名称，用于指定关联关系的性质。关联角色：关联双方类在关联关系中的各自担任的角色。如雇用者，被雇用者；角色的多重性：关联双方的对应关系，如一个雇用者可以对应多个被雇用者。关联类：复杂的关联关系采用专门的类进行描述。关联的约束：指关联关系之间的约束关系。聚合与组合：聚合表示一个对象由其它对象组成，是整体与部分的关系，而组合除了聚合的含义之外，还具体同生命周期的含义，即对象与其组成部分的生命周期是一致的。其中聚合关系的UML表示法：空心菱形+实线+箭头英文的表述即是："...ownsa...".而组合关系UML表示法：实心菱形+实线+箭头英文的表述即是："...isapartof..."泛化关系：即继承关系。UML表示为：空心三角箭头，英文的表述即是：“…isa”依赖关系：一个类的实现依赖另一个类提供的方法，或实例。UML表示法：虚线+箭头，英文的表述即是："...usesa..."，UML图形表示为：主要有以下依赖关系：调用,一个类调用另一个类的方法参数,一个类的方法使用另一个类作为形式参数发送,消息的发送者与接收者之间的关系实例化,一个类的方法创建了另一个的实例派生属性与派生关系：一个类的属性可由其它属性得到，或一个关联关系可由其它关联关系推理得到。5、MVC模型及其对应的类的划分：M（Model），指的是数据模型，一般是数据库的表与数据结构设计，V（View）指的是视图，指用户与系统的界面，C（Control）指的是控制逻辑，一般指的是业务控制模型。这三者分别对应：边界类（V），实体类（M），控制类（V）。6、寻找与确定类的方法：根据用例描述中的名词确定候选类.使用CRC分析法寻找类,CRC指:类(class)、职责(responsibility)、协作(collaboration).根据