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软软 件件 体体 系系 结结 构构清华大学出版社清华大学出版社关关 于于 教教 材材 出版社：清华大学出版社出版社：清华大学出版社 作者：张友生作者：张友生课课 程程 内内 容容 软件体系结构概论软件体系结构概论 软件体系结构建模软件体系结构建模 软件体系结构风格软件体系结构风格 软件体系结构描述软件体系结构描述 动态软件体系结构动态软件体系结构 Web Web服务体系结构服务体系结构 基于体系结构的软件开发基于体系结构的软件开发 软件体系结构的分析与测试软件体系结构的分析与测试 软件体系结构评估软件体系结构评估 软件产品线体系结构软件产品线体系结构 软件危机的表现软件危机的表现 软件成本日益增长软件成本日益增长 开发进度难以控制开发进度难以控制 软件质量差软件质量差 软件维护困难软件维护困难第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的表现软件危机的表现 软件成本日益增长软件成本日益增长 2020世纪世纪5050年代，软件成本在整个计算机系统成本中所年代，软件成本在整个计算机系统成本中所占的比例为占的比例为10%-20%10%-20%。到。到2020世纪世纪6060年代中期，软件成本在年代中期，软件成本在计算机系统中所占的比例已经增长到计算机系统中所占的比例已经增长到50%50%左右。左右。 而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国空军计算机系统的数据：空军计算机系统的数据：19551955年，软件费用约占总费用的年，软件费用约占总费用的18%18%，19701970年达到年达到60%60%，19751975年达到年达到72%72%，19801980年达到年达到80%80%，19851985年达到年达到85%85%左右。左右。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的表现软件危机的表现 开发进度难以控制开发进度难以控制 由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。的逻辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。 在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实情况层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实现，给项目计划和论证工作带来了很大的困难。现，给项目计划和论证工作带来了很大的困难。 盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力。相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、能力。相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培训和管理等方面的问题将更为严重。通信、培训和管理等方面的问题将更为严重。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的表现软件危机的表现 软件质量差软件质量差 软件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人意。软件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人意。19651965年至年至19701970年，美国范登堡基地发射火箭多次失败，绝年，美国范登堡基地发射火箭多次失败，绝大部分故障是由应用程序错误造成的。大部分故障是由应用程序错误造成的。 在在“软件作坊软件作坊”里，由于缺乏工程化思想的指导，程里，由于缺乏工程化思想的指导，程序员几乎总是习惯性地以自己的想法去代替用户对软件的序员几乎总是习惯性地以自己的想法去代替用户对软件的需求，软件设计带有随意性，很多功能只是程序员的需求，软件设计带有随意性，很多功能只是程序员的“一一厢情愿厢情愿”而已，这是造成软件不能令人满意的重要因素。而已，这是造成软件不能令人满意的重要因素。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的表现软件危机的表现 软件维护困难软件维护困难 由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软件开由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软件开发标准，各种随意性很大，没有完整的真实反映系统状况发标准，各种随意性很大，没有完整的真实反映系统状况的记录文档，给软件维护造成了巨大的困难。的记录文档，给软件维护造成了巨大的困难。 特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能因各特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能因各种原因已经离开原来的开发组织，使得软件几乎不可维护。种原因已经离开原来的开发组织，使得软件几乎不可维护。 有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部硬有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部硬件和软件费用的件和软件费用的40%-75%40%-75%。 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的原因软件危机的原因 用户需求不明确用户需求不明确 缺乏正确的理论指导缺乏正确的理论指导 软件规模越来越大软件规模越来越大 软件复杂度越来越高软件复杂度越来越高第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 用户需求不明确用户需求不明确 在软件开发完成之前，用户不清楚软件的具体需求；在软件开发完成之前，用户不清楚软件的具体需求； 用户对软件需求的描述不精确，可能有遗漏、有二义用户对软件需求的描述不精确，可能有遗漏、有二义性、甚至有错误；性、甚至有错误； 在软件开发过程中，用户还提出修改软件功能、界面、在软件开发过程中，用户还提出修改软件功能、界面、支撑环境等方面的要求；支撑环境等方面的要求； 开发人员对用户需求的理解与用户本来愿望有差异。开发人员对用户需求的理解与用户本来愿望有差异。 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的原因软件危机的原因 缺乏正确的理论指导缺乏正确的理论指导 缺乏有力的方法学和工具方面的支持。由于软件不同缺乏有力的方法学和工具方面的支持。由于软件不同于大多数其他工业产品，其开发过程是复杂的逻辑思维过于大多数其他工业产品，其开发过程是复杂的逻辑思维过程，其产品极大程度地依赖于开发人员高度的智力投入。程，其产品极大程度地依赖于开发人员高度的智力投入。由于过分地依靠程序设计人员在软件开发过程中的技巧和由于过分地依靠程序设计人员在软件开发过程中的技巧和创造性，加剧软件产品的个性化，也是发生软件危机的一创造性，加剧软件产品的个性化，也是发生软件危机的一个重要原因。个重要原因。 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的原因软件危机的原因 软件规模越来越大软件规模越来越大 随着软件应用范围的增广，软件规模愈来愈大。大型随着软件应用范围的增广，软件规模愈来愈大。大型软件项目需要组织一定的人力共同完成，而多数管理人员软件项目需要组织一定的人力共同完成，而多数管理人员缺乏开发大型软件系统的经验，而多数软件开发人员又缺缺乏开发大型软件系统的经验，而多数软件开发人员又缺乏管理方面的经验。各类人员的信息交流不及时、不准确、乏管理方面的经验。各类人员的信息交流不及时、不准确、有时还会产生误解。有时还会产生误解。 软件项目开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件项目开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件的全部关系和各个分支，因此容易产生疏漏和错误。软件的全部关系和各个分支，因此容易产生疏漏和错误。 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的原因软件危机的原因 软件复杂度越来越高软件复杂度越来越高 软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其复杂软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其复杂性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智力的局限性，性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智力的局限性，导致人们无力处理导致人们无力处理“复杂问题复杂问题”。 所谓所谓“复杂问题复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采用先的概念是相对的，一旦人们采用先进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开发效率和能进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在人们的面前。力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在人们的面前。 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 软件危机的原因软件危机的原因 如何克服软件危机如何克服软件危机 人们面临的不光是技术问题，更重要的是管理问人们面临的不光是技术问题，更重要的是管理问题。管理不善必然导致失败题。管理不善必然导致失败 。 要提高软件开发效率，提高软件产品质量，必须要提高软件开发效率，提高软件产品质量，必须采用工程化的开发方法与工业化的生产技术。采用工程化的开发方法与工业化的生产技术。 在技术上，应该采用基于重用的软件生产技术；在技术上，应该采用基于重用的软件生产技术；在管理上，应该采用多维的工程管理模式。在管理上，应该采用多维的工程管理模式。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.1 1.1 从软件危机谈起从软件危机谈起 构件模型及实现构件模型及实现 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件的定义构件的定义 构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构上，它是上，它是语义描述语义描述、通讯接口通讯接口和和实现代码实现代码的复合体。的复合体。 构件模型及实现构件模型及实现 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件模型的构件模型的三个主要流派三个主要流派 OMGOMG（Object Management GroupObject Management Group，对象管理集团）的，对象管理集团）的CORBACORBA（Common Object Request Broker ArchitectureCommon Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理结构），通用对象请求代理结构）SunSun的的EJBEJB（Enterprise Java BeanEnterprise Java Bean）MicrosoftMicrosoft的的DCOMDCOM（Distributed Component Object Distributed Component Object ModelModel，分布式构件对象模型）。，分布式构件对象模型）。 构件模型及实现构件模型及实现 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 青鸟构件模型青鸟构件模型 参数化属性构件名称功能描述虚拟成员所需的构件具体成员成员关系提供的功能 构件获取构件获取第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用的构件；适应性修改，得到可重用的构件； 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件；来，得到可重用的构件； 从市场上购买现成的商业构件，即从市场上购买现成的商业构件，即COTSCOTS（Commercial Off-The-ShellCommercial Off-The-Shell）构件；）构件； 开发新的符合要求的构件。开发新的符合要求的构件。 构件管理构件管理 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件描述构件描述 构件分类与组织构件分类与组织 人员及权限管理人员及权限管理 构件管理构件管理 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件描述构件描述 构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件的制作与构件的重用提供依据；的制作与构件的重用提供依据； 从管理角度出发，也需要对构件进行描述，例如：从管理角度出发，也需要对构件进行描述，例如：实现方式、实现体、注释、生产者、生产日期、大小、实现方式、实现体、注释、生产者、生产日期、大小、价格、版本和关联构件等信息，它们与构件模型共同组价格、版本和关联构件等信息，它们与构件模型共同组成了对构件的完整描述。成了对构件的完整描述。 构件管理构件管理 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件分类与组织构件分类与组织 关键字分类法关键字分类法 刻面分类法刻面分类法 超文本组织方法超文本组织方法 构件管理构件管理 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 关键字分类法关键字分类法图形用户界面键盘事件处理拖放处理数据录入对话框信息对话框文字窗口图形窗口对话框菜单事件处理窗口点击处理弹出式菜单主菜单 构件管理构件管理 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 刻面分类法刻面分类法 使用环境使用环境 应用领域应用领域 功能功能 层次层次 表示方法表示方法 构件管理构件管理 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 超文本组织法超文本组织法 构件管理构件管理 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 人员及权限管理人员及权限管理 一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系统管理员。统管理员。 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 检索与提取构件检索与提取构件 理解与评价构件理解与评价构件 修改构件修改构件 构件组装构件组装 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 检索与提取构件检索与提取构件 基于关键字的检索基于关键字的检索 刻面检索法刻面检索法 超文本检索法超文本检索法 其他检索方法其他检索方法 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 理解与评价构件理解与评价构件 构件的功能与行为构件的功能与行为 相关的领域知识相关的领域知识 可适应性约束条件与例外情形可适应性约束条件与例外情形 可以预见的修改部分及修改方法可以预见的修改部分及修改方法 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 修改构件修改构件 理想的情形是对库中的构件不作修改而直接用于新理想的情形是对库中的构件不作修改而直接用于新的软件项目。的软件项目。 但是，在大多数情况下，必须对构件进行或多或少但是，在大多数情况下，必须对构件进行或多或少的修改，以适应新的需求。的修改，以适应新的需求。 为了减少构件修改的工作量，要求开发人员尽量使为了减少构件修改的工作量，要求开发人员尽量使构件的功能、行为和接口设计更为抽象化、通用化和参构件的功能、行为和接口设计更为抽象化、通用化和参数化。数化。 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件组装构件组装 基于功能的组装技术基于功能的组装技术 基于数据的组装技术基于数据的组装技术 面向对象的组装技术面向对象的组装技术 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件组装构件组装 基于功能的组装技术基于功能的组装技术 基于功能的组装技术采用基于功能的组装技术采用子程序调用子程序调用和和参数传递参数传递的方式将构件的方式将构件组装起来。它要求库中的构件以子程序组装起来。它要求库中的构件以子程序/ /过程过程/ /函数的形式出现，并函数的形式出现，并且接口说明必须清晰。当使用这种组装技术进行软件开发时，开发且接口说明必须清晰。当使用这种组装技术进行软件开发时，开发人员首先应对目标软件系统进行功能分解，将系统分解为人员首先应对目标软件系统进行功能分解，将系统分解为强内聚、强内聚、松耦合松耦合的功能模块。然后根据各模块的功能需求提取构件，对它进的功能模块。然后根据各模块的功能需求提取构件，对它进行适应性修改后再挂接在上述功能分解框架中。行适应性修改后再挂接在上述功能分解框架中。 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件组装构件组装 基于数据的组装技术基于数据的组装技术 首先根据当前软件问题的核心数据结构设计出一个首先根据当前软件问题的核心数据结构设计出一个框架框架，然后，然后根据框架中各结点的需求根据框架中各结点的需求提取构件提取构件并进行适应性修改，再将构件逐并进行适应性修改，再将构件逐个个分配分配至框架中的适当位置。此后，构件的组装方式仍然是传统的至框架中的适当位置。此后，构件的组装方式仍然是传统的子程序调用子程序调用与与参数传递参数传递。这种组装技术也要求库中构件以子程序形。这种组装技术也要求库中构件以子程序形式出现，但它所依赖的软件设计方法不再是功能分解，而是式出现，但它所依赖的软件设计方法不再是功能分解，而是面向数面向数据据的设计方法，例如的设计方法，例如JacksonJackson系统开发方法。系统开发方法。 构件重用构件重用 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 构件组装构件组装 面向对象的组装技术面向对象的组装技术 构造法构造法 在子类中引进基类的对象作为子类的成员变量，然在子类中引进基类的对象作为子类的成员变量，然后在子类中通过成员变量重用基类的属性和方法。后在子类中通过成员变量重用基类的属性和方法。 子类法子类法 将新子类直接说明为库中基类的子类，通过继承和将新子类直接说明为库中基类的子类，通过继承和修改基类的属性与行为完成新子类的定义。修改基类的属性与行为完成新子类的定义。 软件重用实例软件重用实例 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.2 1.2 构件与软件重用构件与软件重用 自学自学 背景资料背景资料 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 随着软件系统规模越来越大、越来越复杂，整个系统随着软件系统规模越来越大、越来越复杂，整个系统的结构和规格说明显得越来越重要。的结构和规格说明显得越来越重要。 对于大规模的复杂软件系统来说，对总体的系统结构对于大规模的复杂软件系统来说，对总体的系统结构设计和规格说明比起对计算的算法和数据结构的选择已设计和规格说明比起对计算的算法和数据结构的选择已经变得明显重要得多。经变得明显重要得多。 对软件体系结构的系统、深入的研究将会成为提高软对软件体系结构的系统、深入的研究将会成为提高软件生产率和解决软件维护问题的新的最有希望的途径。件生产率和解决软件维护问题的新的最有希望的途径。 背景资料背景资料 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 事实上，软件总是有体系结构的，不存在没有体事实上，软件总是有体系结构的，不存在没有体系结构的软件。系结构的软件。 软件体系结构虽脱胎于软件工程，但其形成同时软件体系结构虽脱胎于软件工程，但其形成同时借鉴了计算机体系结构和网络体系结构中很多宝贵的借鉴了计算机体系结构和网络体系结构中很多宝贵的思想和方法，最近几年软件体系结构研究已完全独立思想和方法，最近几年软件体系结构研究已完全独立于软件工程的研究，成为计算机科学的一个最新的研于软件工程的研究，成为计算机科学的一个最新的研究方向和独立学科分支。究方向和独立学科分支。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 Dewayne Perry Dewayne Perry和和A1exander Wo1f A1exander Wo1f 软件体系结构是具有一定形式的软件体系结构是具有一定形式的结构化元素结构化元素，即构件，即构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。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，数据构件是被加工的处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体系结构的不同部分组合连接起来。信息，连接构件把体系结构的不同部分组合连接起来。 这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件，这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件，这一方法在其他的定义和方法中基本上得到保持。这一方法在其他的定义和方法中基本上得到保持。 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 Mary Shaw Mary Shaw和和David Garlan David Garlan 软件体系结构是软件设计过程中的一个软件体系结构是软件设计过程中的一个层次层次，这一层次，这一层次超越超越计算过程中的算法设计和数据结构设计。计算过程中的算法设计和数据结构设计。 体系结构问题包括总体组织和全局控制、通讯协议、同步、数体系结构问题包括总体组织和全局控制、通讯协议、同步、数据存取，给设计元素分配特定功能，设计元素的组织，规模和性能，据存取，给设计元素分配特定功能，设计元素的组织，规模和性能，在各设计方案间进行选择等。在各设计方案间进行选择等。 软件体系结构处理算法与数据结构之上关于整体系统结构设计软件体系结构处理算法与数据结构之上关于整体系统结构设计和描述方面的一些问题，如全局组织和全局控制结构、关于通讯、和描述方面的一些问题，如全局组织和全局控制结构、关于通讯、同步与数据存取的协议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设同步与数据存取的协议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设计方案的选择、评估与实现等计方案的选择、评估与实现等。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 Kruchten Kruchten 软件体系结构有四个角度，它们从不同方面对系统软件体系结构有四个角度，它们从不同方面对系统进行描述：进行描述：概念概念角度描述系统的主要构件及它们之间的角度描述系统的主要构件及它们之间的关系；关系；模块模块角度包含功能分解与层次结构；角度包含功能分解与层次结构；运行运行角度描角度描述了一个系统的动态结构；述了一个系统的动态结构；代码代码角度描述了各种代码和角度描述了各种代码和库函数在开发环境中的组织。库函数在开发环境中的组织。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 Hayes Roth Hayes Roth 软件体系结构是一个抽象的软件体系结构是一个抽象的系统规范系统规范，主要包括用，主要包括用其行为来描述的功能构件和构件之间的相互连接、接口其行为来描述的功能构件和构件之间的相互连接、接口和关系。和关系。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 David Garlan David Garlan 和和 Dewne PerryDewne Perry 软件体系结构是一个程序系统各构件的结构、它软件体系结构是一个程序系统各构件的结构、它们之间的相互关系以及进行设计的原则和随时间们之间的相互关系以及进行设计的原则和随时间演化演化的的指导方针。指导方针。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 Barry Boehm Barry Boehm 软件体系结构包括一个软件和系统构件，互联及约软件体系结构包括一个软件和系统构件，互联及约束的集合；一个束的集合；一个系统需求系统需求说明的集合；一个基本原理用说明的集合；一个基本原理用以说明这一构件，互联和约束能够满足系统需求。以说明这一构件，互联和约束能够满足系统需求。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 BassBass，Ctements Ctements 和和 KazmanKazman 软件体系结构包括一个或一组软件构件、软件构件软件体系结构包括一个或一组软件构件、软件构件的的外部的可见特性外部的可见特性及其相互关系。其中，及其相互关系。其中，“软件外部的软件外部的可见特性可见特性”是指软件构件提供的服务、性能、特性、错是指软件构件提供的服务、性能、特性、错误处理、共享资源使用等。误处理、共享资源使用等。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 我们的定义我们的定义 软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素属性的高级抽象，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相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。软件体系结构不仅指定了系统的组成。软件体系结构不仅指定了系统的组织结构组织结构和和拓扑拓扑结构结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。应关系，提供了一些设计决策的基本原理。 软件体系结构的定义软件体系结构的定义 软件体系结构的意义软件体系结构的意义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 体系结构是风险承担者进行交流的手段体系结构是风险承担者进行交流的手段 软件体系结构代表了系统的公共的高层次的抽象。软件体系结构代表了系统的公共的高层次的抽象。这样，系统的大部分有关人员（即使不是全部）能把它这样，系统的大部分有关人员（即使不是全部）能把它作为建立一个互相理解的基础，形成统一认识，互相交作为建立一个互相理解的基础，形成统一认识，互相交流。流。 体系结构提供了一种共同语言来表达各种关注和协体系结构提供了一种共同语言来表达各种关注和协商，进而对大型复杂系统能进行理智的管理。这对项目商，进而对大型复杂系统能进行理智的管理。这对项目最终的质量和使用有极大的影响。最终的质量和使用有极大的影响。 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 体系结构是早期设计决策的体现体系结构是早期设计决策的体现 （1 1）软件体系结构明确了对系统实现的约束条件）软件体系结构明确了对系统实现的约束条件（2 2）软件体系结构决定了开发和维护组织的组织结构）软件体系结构决定了开发和维护组织的组织结构（3 3）软件体系结构制约着系统的质量属性）软件体系结构制约着系统的质量属性（4 4）通过研究软件体系结构可能预测软件的质量）通过研究软件体系结构可能预测软件的质量（5 5）软件体系结构使推理和控制更改更简单）软件体系结构使推理和控制更改更简单（6 6）软件体系结构有助于循序渐进的原型设计）软件体系结构有助于循序渐进的原型设计（7 7）软件体系结构可以作为培训的基础）软件体系结构可以作为培训的基础 软件体系结构的意义软件体系结构的意义 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 软件体系结构是可传递和可重用的模型软件体系结构是可传递和可重用的模型 软件体系结构级的重用意味着体系结构的决策能在软件体系结构级的重用意味着体系结构的决策能在具有相似需求的多个系统中发生影响，这比代码级的重具有相似需求的多个系统中发生影响，这比代码级的重用要有更大的好处。用要有更大的好处。 软件体系结构的意义软件体系结构的意义 软件体系结构的软件体系结构的发展史发展史 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 “无体系结构无体系结构”设计阶段设计阶段萌芽阶段萌芽阶段以汇编语言进行小规模应用程序开以汇编语言进行小规模应用程序开发为特征发为特征以描述系统的高层抽象结构为中心，以描述系统的高层抽象结构为中心，不关心具体的建模细节，划分了体系不关心具体的建模细节，划分了体系结构模型与传统软件结构的界限，该结构模型与传统软件结构的界限，该阶段以阶段以KruchtenKruchten提出的提出的“4+1”4+1”模型为模型为标志标志出现了从不同侧面描述系统的结构模出现了从不同侧面描述系统的结构模型，以型，以UMLUML为典型代表。为典型代表。出现了程序结构设计主题，以控制流出现了程序结构设计主题，以控制流图和数据流图构成软件结构为特征图和数据流图构成软件结构为特征高级阶段高级阶段初期阶段初期阶段第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.3 1.3 体系结构的兴起和发展体系结构的兴起和发展 PerryPerry和和WolfWolf认为认为未来的年代是研究软件体系结构的时代未来的年代是研究软件体系结构的时代 软件体系结构的软件体系结构的发展史发展史 软件体系结构的应用现状软件体系结构的应用现状 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 软件体系结构描述语言软件体系结构描述语言 体系结构描述构造与表示体系结构描述构造与表示 体系结构分析、设计与验证体系结构分析、设计与验证 体系结构发现、演化与重用体系结构发现、演化与重用 基于体系结构的软件开发方法基于体系结构的软件开发方法 特定领域的体系结构框架特定领域的体系结构框架 软件体系结构支持工具软件体系结构支持工具 软件产品线体系结构软件产品线体系结构 建立评价软件体系结构的方法建立评价软件体系结构的方法第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 软件体系结构描述语言软件体系结构描述语言 ADLADL提供了具体的语法与刻画体系结构的概念框架。提供了具体的语法与刻画体系结构的概念框架。ADLADL使得系统开发者能够很好地描述他们设计的体系结使得系统开发者能够很好地描述他们设计的体系结构，以便与他人交流，能够用提供的工具对许多实例进构，以便与他人交流，能够用提供的工具对许多实例进行分析。行分析。 软件体系结构的应用现状软件体系结构的应用现状 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 体系结构描述构造与表示（体系结构描述构造与表示（1 1） 按照一定的描述方法，用体系结构描述语言对体系按照一定的描述方法，用体系结构描述语言对体系结构进行说明的结果则称为体系结构的表示，而将描述结构进行说明的结果则称为体系结构的表示，而将描述体系结构的过程称为体系结构构造体系结构的过程称为体系结构构造 软件体系结构的应用现状软件体系结构的应用现状 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 体系结构描述构造与表示（体系结构描述构造与表示（2 2） （1 1）KruchtenKruchten提出的提出的“4+1”4+1”模型。模型。（2 2）BoochBooch从从UMLUML的角度给出了一种由设计视图、过程视图、实现视的角度给出了一种由设计视图、过程视图、实现视图和部署视图，再加上一个用例视图构成的体系结构描述模型。图和部署视图，再加上一个用例视图构成的体系结构描述模型。（3 3）IEEEIEEE于于19951995年成立了体系结构工作组，起草了体系结构描述框年成立了体系结构工作组，起草了体系结构描述框架标准架标准IEEE P1471IEEE P1471。（4 4）RationalRational从资产重用的角度提出了体系结构描述的规格说明框从资产重用的角度提出了体系结构描述的规格说明框架。架。 软件体系结构的应用现状软件体系结构的应用现状 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（体系结构分析、设计与验证（1 1） 体系结构分析的内容可分为体系结构分析的内容可分为结构分析结构分析、功能分析功能分析和和非功能分析非功能分析。 非功能分析：定量分析方法、推断分析方法。非功能分析：定量分析方法、推断分析方法。 KazmanKazman等人提出了一种非功能分析的体系结构分析等人提出了一种非功能分析的体系结构分析方法方法SAAMSAAM，并运用场景技术，提出了基于场景的体系结，并运用场景技术，提出了基于场景的体系结构分析方法，而构分析方法，而BarbacciBarbacci等人提出了多质量属性情况下等人提出了多质量属性情况下的体系结构质量模型、分析与权衡方法的体系结构质量模型、分析与权衡方法ATAMATAM。 软件体系结构的应用现状软件体系结构的应用现状 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（体系结构分析、设计与验证（2 2） 生成一个满足软件需求的体系结构的过程即为体系生成一个满足软件需求的体系结构的过程即为体系结构设计。体系结构设计过程的本质在于：将系统分解结构设计。体系结构设计过程的本质在于：将系统分解成相应的组成成分（如构件、连接件），并将这些成分成相应的组成成分（如构件、连接件），并将这些成分重新组装成一个系统。重新组装成一个系统。 软件体系结构的应用现状软件体系结构的应用现状 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（体系结构分析、设计与验证（3 3） 体系结构设计有两大类方法：过程驱动方法和问题体系结构设计有两大类方法：过程驱动方法和问题列表驱动方法。列表驱动方法。 基于过程驱动的体系结构设计方法适用范围广，易基于过程驱动的体系结构设计方法适用范围广，易于裁减，具备动态特点，通用性与实践性强。于裁减，具备动态特点，通用性与实践性强。 问题列表驱动法的基本思想是问题列表驱动法的基本思想是枚举枚举设计空间，并考设计空间，并考虑设计维的相关性，以此来选择体系结构的风格。该方虑设计维的相关性，以此来选择体系结构的风格。该方法适用于特定领域，是静态的，并可以实现量化体系结法适用于特定领域，是静态的，并可以实现量化体系结构设计空间。构设计空间。 软件体系结构的应用现状软件体系结构的应用现状 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论1.4 1.4 体系结构的应用现状体系结构的应用现状 体系结构分析、设计