软件体系结构Chap03_风格(上).ppt
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1、课课 程程 内内 容容第第1章章 绪论绪论第第2章章 软件体系结构概论软件体系结构概论第第3章软件体系结构风格章软件体系结构风格第第4章软件体系结构建模章软件体系结构建模第第5章章 软件体系结构描述软件体系结构描述第第6章章 基于体系结构的软件开发基于体系结构的软件开发第第7章章 流行的软件体系结构流行的软件体系结构第第8章章 案例分析案例分析1第三章 软件体系结构风格 3.1 概述 3.2 经典软件体系结构风格 3.3 公共对象请求代理体系结构 3.4 正交体系结构 3.5 基于层次消息总线的体系结构风格 3.6 异构结构风格 3.7 互联系统构成的系统及其体系结构 3.8 面向体系结构的架
2、构(SOA)23.1 概述 软件体系结构风格软件体系结构风格(Style):描述特定系统组织方式的惯用范:描述特定系统组织方式的惯用范例,强调组织模式和惯用范例。组织模式即静态表述的样例,强调组织模式和惯用范例。组织模式即静态表述的样例,惯用范例则是反映群众多系统共有的结构和语义。例,惯用范例则是反映群众多系统共有的结构和语义。软件体系结构设计的核心问题:能否达到体系结构级的软件重软件体系结构设计的核心问题:能否达到体系结构级的软件重用;用;对软件体系结构风格的研究和实践促进了对设计的复用,一些对软件体系结构风格的研究和实践促进了对设计的复用,一些经过实践证实的解决方案也可以可靠地用于解决新的
3、问题。经过实践证实的解决方案也可以可靠地用于解决新的问题。PS:体系结构模式 体系结构惯用描述和体系结构风格是同一个意思目的:展示软件体系结构丰富的选择空间,在此基础上对目的:展示软件体系结构丰富的选择空间,在此基础上对风格选择的一些权衡风格选择的一些权衡3使用软件体系结构风格的优点:促进设计重用;促进设计重用;带来巨大的代码重用;带来巨大的代码重用;使系统更易于被他人理解;使系统更易于被他人理解;使用标准化的风格有利于系统的互操作性;使用标准化的风格有利于系统的互操作性;便于利用特有的体系结分析方法;便于利用特有的体系结分析方法;提供特定风格的可视化。提供特定风格的可视化。4 在体系结构层次
4、上,常出现客户机服务器系统、管道过滤在体系结构层次上,常出现客户机服务器系统、管道过滤器设计或者分层体系结构等软件风格术语,这些术语一般与特定的器设计或者分层体系结构等软件风格术语,这些术语一般与特定的设计方法和符号相关,如面向对象和数据流等,虽然还没有对体系设计方法和符号相关,如面向对象和数据流等,虽然还没有对体系结构惯用模式实现分类,但是这种分类的轮廓已开始出现,如下部结构惯用模式实现分类,但是这种分类的轮廓已开始出现,如下部分主要种类:分主要种类:5软件体系结构风格是软件体系结构风格是反复出现的的组织模式和和习惯用法,是对一系列体系结构设计的抽象;是对一系列体系结构设计的抽象;软件体系结
5、构风格是描述某一特定应用领域中系统组织软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的方式的惯用模式。体系结构风格定义了一个系统家族,。体系结构风格定义了一个系统家族,即一个体系结构定义一个即一个体系结构定义一个词汇表和一组和一组约束;词汇表包括一些构件和连接件,约束指出系统如何将这词汇表包括一些构件和连接件,约束指出系统如何将这些构件和连接件组合起来;些构件和连接件组合起来;一个软件体系结构风格定义了构件和连接件类一个软件体系结构风格定义了构件和连接件类型的符号集,以及规定它们怎样组合起来的约束集型的符号集,以及规定它们怎样组合起来的约束集合合。6讨论体系结构风格时要回答的问题:讨论体
6、系结构风格时要回答的问题:设计词汇表是什么?设计词汇表是什么?构件和连接件的类型是什么?构件和连接件的类型是什么?可容许的结构模式是什么?可容许的结构模式是什么?基本的计算模型是什么?基本的计算模型是什么?风格的基本不变性是什么?风格的基本不变性是什么?其使用的常见例子是什么?其使用的常见例子是什么?其优缺点是什么?其优缺点是什么?体系结构风格最关键的四个要素:提供一个体系结构风格最关键的四个要素:提供一个词汇表、定义定义一套配置规则、定义、定义一套语义解释原则和定义和定义对基于这种风格的系统所进行的对基于这种风格的系统所进行的分析。分析分析7种通用的风格种通用的风格7Garlan和Shaw对
7、通用体系结构风格的分类:(1 1)数据流风格:批处理序列、管道:批处理序列、管道/过滤器过滤器(2 2)调用/返回风格:主程序:主程序/子程序、面向对象系统、子程序、面向对象系统、多级分层多级分层(3 3)独立构件风格:进程通讯、事件系统;:进程通讯、事件系统;(4 4)虚拟机风格:解释器、基于规则的系统;:解释器、基于规则的系统;(5 5)知识库风格:数据库系统、超文本系统、黑板系统:数据库系统、超文本系统、黑板系统PS:知识库风格也称为数据中心系统或仓库系统83.2 经典软件体系结构3.2.1 管道和过滤器3.2.2 数据抽象和面向对象组织3.2.3 基于事件的隐式调用3.2.4 分层系统
8、3.2.5 知识库3.2.6 模型-视图-控制器(MVC)风格3.2.7 解释器风格3.2.8 客户/服务器风格(C/S)3.2.9 三层C/S结构风格3.2.10 浏览器/服务器风格(B/S)93.2.1 管道和过滤器(PIPES AND FILTER)产生于产生于UNIXUNIX操作系统,适用于对有序数据进行操作系统,适用于对有序数据进行一系列已经定义的独立计算的应用程序;一系列已经定义的独立计算的应用程序;每个每个构件(过滤器)都有一组输入和输出,构件都有一组输入和输出,构件读输入的数据流,经内部处理,产生输出数据读输入的数据流,经内部处理,产生输出数据流;流;连接件位于过滤器之间,起到
9、信息流导管的作位于过滤器之间,起到信息流导管的作用,称为用,称为管道;管道和过滤器系统的输出的正确性不依赖于过管道和过滤器系统的输出的正确性不依赖于过滤器的递进处理顺序。滤器的递进处理顺序。10管道过滤器通用结构:管道过滤器通用结构:过滤器是一个独立实体,其间无需共享状态过滤器是一个独立实体,其间无需共享状态管线(管线(PipelinesPipelines):限制系统的拓扑结构只能是过滤器的线性序列):限制系统的拓扑结构只能是过滤器的线性序列 有界管线(有界管线(Bounded PipesBounded Pipes):限制了在管道中能容纳的数据量):限制了在管道中能容纳的数据量 类型定义管道(
10、类型定义管道(Type PipesType Pipes):明确定义在两个过滤器间的数据类型):明确定义在两个过滤器间的数据类型11管道和过滤器风格的例子:UNIXUNIX的的shellshell程序,如命令:程序,如命令:cat file|grep xyz|sort|uniq out在文件在文件filefile中查找包括中查找包括xyzxyz的行的行 排序排序 去掉重行去掉重行 输出到输出到outout文件中;文件中;编译器:词法分析编译器:词法分析 句法分析句法分析 语义分析语义分析 代代码生成。码生成。12管道和过滤器的实现:将系统任务分成几个独立的处理阶段;将系统任务分成几个独立的处理阶
11、段;定义每个管道传输的数据格式;定义每个管道传输的数据格式;决定管道的连接;决定管道的连接;设计和实现过滤器;设计和实现过滤器;设计出错处理;设计出错处理;建立处理流水线。建立处理流水线。13管道和过滤器的优点:每个过滤器都是独立的整体,相互之间的状态每个过滤器都是独立的整体,相互之间的状态互不影响;只要具备输入条件即可独立地完成互不影响;只要具备输入条件即可独立地完成自己的处理自己的处理支持功能模块的重用;过滤器并不知道它的上支持功能模块的重用;过滤器并不知道它的上游和下游的过滤器的特性;它的设计和实现不游和下游的过滤器的特性;它的设计和实现不会对与它相连的过滤器加以限制。会对与它相连的过滤
12、器加以限制。系统容易维护和扩展系统容易维护和扩展支持某些特定的分析,如吞吐量和死锁检测支持某些特定的分析,如吞吐量和死锁检测并发性并发性14管道和过滤器的缺点:管线或流水线管线或流水线(Pipe Line)(Pipe Line):过滤器严格限制:过滤器严格限制为单输入、单输出类型,系统拓扑结构只能是为单输入、单输出类型,系统拓扑结构只能是线性序列;线性序列;交互性比较弱交互性比较弱兼容性相对弱;维持两个相对独立但又存在某兼容性相对弱;维持两个相对独立但又存在某种关系的数据流之间的通信可能比较困难;种关系的数据流之间的通信可能比较困难;有名管道:在过滤器之间通过有名的管道来进有名管道:在过滤器之
13、间通过有名的管道来进行数据传送,增加了解析或反馈工作,从而降行数据传送,增加了解析或反馈工作,从而降低系统的效率。低系统的效率。153.2.2 数据抽象和面向对象组织建立在数据抽象和面向对象的基础上,数据表示建立在数据抽象和面向对象的基础上,数据表示方法及其相应操作被装到一个抽象数据类型方法及其相应操作被装到一个抽象数据类型(对对象象)中;中;对象(构件)负责保持资源的完整性,对象通过负责保持资源的完整性,对象通过函数和过程调用(连接件)来交互;来交互;适用于以相互关联的数据实体的标识和保护为中适用于以相互关联的数据实体的标识和保护为中心问题的应用程序。心问题的应用程序。16面向对象风格的优点
14、:面向对象风格的优点:封装:对象具有信息隐藏特性,内部结构对外不可见;:对象具有信息隐藏特性,内部结构对外不可见;继承:从具有通用特征的对象开始,逐渐定义更具体对象:从具有通用特征的对象开始,逐渐定义更具体对象多态:不同类型的对象可以对相同的激励做出不同的响应:不同类型的对象可以对相同的激励做出不同的响应17PS:数据抽象是特殊化的面向对象风格:ADT(Abstract Data Type)只有封装特点,没有继承和多态的特点。面向对象风格的缺点:面向对象风格的缺点:1 1、对象调用过程中必须要知道对象的标识,、对象调用过程中必须要知道对象的标识,只要一个对象的标识改变,就必须修改所有其他只要一
15、个对象的标识改变,就必须修改所有其他明确调用它的对象。明确调用它的对象。2 2、同时要修改每一个引用了这个模块的、同时要修改每一个引用了这个模块的“导导入入”列表,这样会带来不可预料的副作用。列表,这样会带来不可预料的副作用。183.2.3 基于事件的隐式调用基于事件(Event-Based)(Event-Based)的风格又称为的风格又称为隐式调用(Implicit Invocation)(Implicit Invocation)风格,构件不直接调用一个风格,构件不直接调用一个过程,而是触发或广播一个或多个,而是触发或广播一个或多个事件,由系统调用为,由系统调用为这一事件注册的其他构件的过程
16、;这一事件注册的其他构件的过程;每个每个构件的接口不仅提供一个过程的集合,也提供一的接口不仅提供一个过程的集合,也提供一个事件的集合;一个构件可注册多个事件,一个事件个事件的集合;一个构件可注册多个事件,一个事件可触发对多个构件过程的调用;可触发对多个构件过程的调用;适用于涉及低耦合构件集合的应用程序,如在用户界适用于涉及低耦合构件集合的应用程序,如在用户界面系统中管理数据,在数据库管理系统中确保数据的面系统中管理数据,在数据库管理系统中确保数据的一致性,在编辑器中支持语法检查。一致性,在编辑器中支持语法检查。19隐式调用风格的优点隐式调用风格的优点为软件重用提供了强大的支持为软件重用提供了强
17、大的支持为改进系统带来了方便为改进系统带来了方便隐式调用风格的缺点隐式调用风格的缺点构件放弃了对系统计算的控制构件放弃了对系统计算的控制数据交换的问题数据交换的问题既然过程的语义必须依赖于被触发事件的上下文约既然过程的语义必须依赖于被触发事件的上下文约束,关于正确性的推理存在问题束,关于正确性的推理存在问题203.2.4 分层系统系统组织为系统组织为层次结构,每一层为上层提供,每一层为上层提供服务,作为,作为下层的下层的客户,通常不允许跨层交互;,通常不允许跨层交互;适应于可以按照层次结构来组织不同类别的相关服务适应于可以按照层次结构来组织不同类别的相关服务的应用程序;的应用程序;系统中系统中
18、构件在一些层实现了在一些层实现了虚拟机的功能;的功能;连接件通过决定层间如何交互的协议来定义,通过决定层间如何交互的协议来定义,拓扑约束包括对相邻层间交互的约束;包括对相邻层间交互的约束;如分层通信协议,每一层提供一个抽象的功能作为上如分层通信协议,每一层提供一个抽象的功能作为上层通信的基础,最低层只定义硬件物理连接。层通信的基础,最低层只定义硬件物理连接。21例:例:ISOISO的的OSI/RM(Open Systems OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model)Interconnection Reference Model)7
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