基于软件质量需求的SOA设计模式应用,软件工程论文.docx

《基于软件质量需求的SOA设计模式应用,软件工程论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于软件质量需求的SOA设计模式应用,软件工程论文.docx（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、基于软件质量需求的SOA设计模式应用,软件工程论文摘 要： 应用软件设计形式是构造高质量软件系统的重要途径。软件设计形式的选择与待开发软件系统的质量需求有着密切的关系。论文首先分析了软件质量需求的类型；针对SOA系统常牵涉的软件质量需求，对36种SOA软件设计形式按所能知足的质量需求进行了分类；提出了一种根据质量需求选择适用的SOA设计形式的方式方法；最后通过一个资源管理中心系统的实例讲明了使用这种方式方法能够帮助系统架构师更好地设计出符合需求的软件系统，提高软件设计效率，降低设计难度。 本文关键词语： 系统质量需求; 软件设计形式; SOA设计形式选择; SOA设计形式分类; SOA设计形式

2、组合; Abstract： Applying software design patterns is an important way to construct high quality software system. The selecting of software design pattern has a close relationship with the quality requirements of the software system to be developed. Firstly,this paper classifies SOA design patterns acc

3、ording to their abilities to meet the requirements. Then,it proposes a method to select proper SOA design patterns based on software quality requirements. Finally,an example of resource management system is given to illustrated that the proposed method can help system architects to design software s

4、ystems satisfying quality demand better and more efficiently,and eliminate design difficulty. Keyword： software quality requirement; software design patterns; SOA design patterns selection; SOA design patterns classification; SOA design patterns combination; 1 、引言 软件设计的目的是知足系统的功能性需求和质量需求非功能性需求。功能性需求

5、是软件系统将要实现的功能和提供的服务，质量需求是软件产品为知足用户业务需求而必须具有且除功能性需求以外的特性。相对于知足功能性需求的软件设计，针对质量需求的软件设计往往更困难，怎样设计出高质量的软件系统是软件设计师所面临的一个重要问题。 软件设计形式Design Pattern，又称设计形式，是一套被反复使用、经过分类编目的、代码设计经历体验的总结。使用设计形式可提高软件复用性、代码易读性，保证代码的可靠性。 面向服务的体系构造Service Oriented Architecture,SOA是一种特殊的软件体系构造也是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元称为服务通过这些服务之间定义良好的

6、接口和合约联络起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务能够以一种统一和通用的方式进行交互。SOA具有接口中立、松耦合等特点，这些特性使得系统更易维护、具有更高层次的可用性和更好的伸缩性。因而，SOA技术得到了广泛应用。随之SOA设计形式也越来越多。软件设计师怎样更好地应用SOA设计形式设计出知足系统质量需求的软件系统，提高软件设计效率和质量是本文的研究重点。 本文首先对软件质量需求的类型进行了综合分析；对36种SOA软件设计形式按所能知足的质量需求进行了分类，提出一种基于软件质量需求的SOA设计形式应用方式方法，通

7、过一个资源管理中心系统的软件体系构造设计实例，讲明了该方式方法的有效性。 2 、基于质量需求的SOA设计形式分类 软件质量需求通常用来描绘叙述软件系统功能性需求之外的，诸如性能、可靠性、扩展性等的软件系统所要知足的质量属性1。ANSI/IEEE Std729-1983(软件工程术语的IEEE标准术语表Glossary of software engineering terminology定义软件质量为 与软件产品知足规定的和隐含的需求的能力有关的特征或特征的全体 。M.J.Fisher教授定义软件质量为 所有描绘叙述计算机软件优秀程度的特性的组合 。软件质量是各种特性的复杂组合，随着应用和用户

8、提出的质量要求的不同而不同，软件质量模型就是这些质量特性的组合。ISO 25010软件质量模型2描绘叙述了功能性、安全性、互用性、可靠性、可用性、效率、可维护性和可移植性这8个质量特性以及它们所包含的36个质量子特性，如此图1。 图1 ISO25010软件质量模型 一般而言，一个形式有四个基本要素3: 1形式名称pattern name：一个助记名，它用一两个词来描绘叙述形式的问题、解决方案和效果； 2问题problem：描绘叙述了应该在何时使用形式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果，它可能描绘叙述了特定的设计问题，如如何用对象表示算法等。可以能描绘叙述了导致不灵敏设计的类或对象构造。有时

9、候，问题部分会包括使用形式必须知足的一系列先决条件； 3解决方案solution：描绘叙述了设计的组成成分，它们之间的互相关系及各自的职责和协作方式。由于形式就像一个模板，可应用于多种不同场合，所以解决方案并不描绘叙述一个特定而详细的设计或实现，而是提供设计问题的抽象描绘叙述和如何用一个具有一般意义的元素组合类或对象组合来解决这个问题； 4效果consequences：描绘叙述了形式应用的效果及使用形式应权衡的问题，它对于评价设计选择和理解使用形式的代价及好处具有重要意义。形式效果中还包括它对软件质量需求的影响。 SOA设计形式关注于与面向服务计算相关的策略目的，是经过实践证明具有有效性和可复

10、用性的软件体系构造设计经历体验，以开发和交付高品质的软件系统为根本目的。 本文根据每种SOA设计形式的设计目的即问题、解决方案及效果，对常用的36种SOA设计形式的软件质量需求的知足能力进行了分析，根据分析结果对它们进行了分类及并给出能表示它们在系统运行时综合能力的能力系数取值范围为0到1，如表1，以辅助SOA系统架构师根据系统的质量需求来选择合适采用的SOA设计形式。 以表1中可靠性分类下的企业服务总线形式和组合自治形式为例讲明本文对SOA设计形式知足质量需求能力和能力系数分析的方式方法。企业服务总线形式的问题是怎样使消费者能够调用供给者提供的服务，解决方案是使用总线基础服务架构、集成不同的

11、平台和编程语言，效果是能够提供互操作性、数据格式转换和路由，能够保证数据传输的可靠性和可扩展性。企业服务总线形式是SOA设计形式的基础设施，使用企业服务总线对系统的负面影响很小，并且能够提供很多功能，在能力系数评分时，将企业服务总线评为满分1分，表示一种SOA设计形式的最理想状态。将其他SOA设计形式与企业服务总线在对系统的负面影响上进行比拟，并给出相应的分数。组合自治形式的问题是组合控制器服务在委托组合服务处理任务时会失去自治权，华而不实一些服务能够在多个组合中分享。解决方案是通过将组合的所有介入者进行分离使组合整体的自治性最大化。效果是组合中的服务和任务服务能够一起在隔离的环境中冗余的实现

12、，知足了可靠性，对系统的负面影响是会增加基础设施成本和管理的责任。组合自治与企业服务总线相比会增加系统的负担，但不会使系统处于不安全的状态，可以以很好地知足可靠性，所以给组合自治的能力系数评分为0.9。 表1 常用SOA设计形式的质量需求能力 对于其他形式的知足质量需求的能力和能力系数的分析以此类推，能够得出每一种SOA所能知足的质量需求和能力系数，经过总结发现，常用的36种SOA设计形式能够分别知足可靠性、安全性、可复用性和可扩展性这四种质量需求。表1中的分类结果是下文提出的基于质量需求的SOA设计形式选择方式方法的主要根据。 3 基于质量需求的SOA设计形式选择 系统架构师在进行软件设计时

13、，应首先明确软件系统需要知足的功能性需求，然后根据软件系统的功能性需求，分析出这些功能所对应需要知足的质量需求，最后根据质量需求和功能性需求选择适宜的SOA设计形式。通常单一的SOA设计形式不可能完全知足软件系统设计需求的多样性和复杂性，系统架构师需要选择多种SOA设计形式进行组合设计。然而并不是所有的SOA设计形式都能够组合在一起，有些SOA设计形式在功能上互补、构造上类似，则能够组合在一起，而有些SOA设计形式基本属性相斥，则不能组合在一起。本文根据文献5中提出的SOA设计形式相关关系，总结了表1中提到的36种SOA设计形式的相关关系得到表2。系统架构师能够根据软件系统的实际设计需求进行组

14、合。 系统架构师在表1中查找能知足所需质量需求的SOA设计形式，在能知足同一质量需求的所有SOA设计形式中，根据这些SOA设计形式的设计目的即问题、解决方案及效果选择出能够知足该质量需求所对应的功能性需求的SOA设计形式。如碰到有多种SOA设计形式能同时知足一样的功能性需求和质量需求的情况，本文建议系统架构师选择能力系数较大的形式，由于能力系数越大的形式对系统的消极影响越小。系统架构师在碰到需要选择多种SOA设计形式进行组合知足软件系统设计需求的情况时，能够根据在表2中根据相关关系查找SOA设计形式进行组合来知足软件系统的功能性需求和对应的质量需求。通过上述方式方法辅助软件架构师设计SOA软件

15、系统，提高开发效率和软件设计质量。 本文所提及的只是部分常用的SOA设计形式，没有覆盖全部SOA设计形式。随着SOA技术的发展，SOA设计形式也越来越多，系统架构师能够根据本文提出的方式方法对其它SOA设计形式进行分析和研究，将结果添加到本文提出的表1和表2中，进而更好地帮助软件架构师提高软件设计效率，降低软件设计的难度，更好地设计出能够知足软件设计需求多样性和复杂性的软件系统。 4 、资源管理服务中心系统案例研究 本节通过一个资源管理服务中心系统的软件体系构造设计实例来讲明该方式方法的应用。资源管理服务中心系统是一个能够为用户提供资源实时分享的服务平台。作为一个服务平台需要知足的功能点非常之

16、多，在这里仅对用户发布、订阅资源功能进行功能性需求分析和质量需求分析，并使用本文所提出方式方法进行设计。 表2 常用SOA设计形式相关关系 用户在平台发布、订阅资源，平台应能接收和发送不同数据格式的资源，以保证用户发出的请求都能被可靠地传递和处理，并且需要将请求的处理结果反应给用户；需要平台应能快速的处理多个用户的请求；平台应能对用户身份进行验证，只要身份安全的用户才能发布和订阅资源，以保证数据的安全性；平台在增加功能时应能保证不对原有架构和代码进行修改。因而，在实现这些功能时需要考虑系统的可靠性、安全性和可扩展性等质量需求。 软件架构师在进行软件设计时，首先在表1查找能够同时知足尽可能多质量

17、需求、且能力系数大的SOA设计形式。在本例中，企业服务总线形式能同时知足可靠性和可扩展性，因而首选企业服务总线形式。 为保证消息的可靠传输，在表2中选择与企业服务总线形式相关的可信消息形式，通过引入中间可信机制和将消息存储到持久存储库中，以实现消息即便通过不可靠的传递协议进行传递或是在不可靠的环境中进行传递也能保证消息进行可靠的传递。同理，为实现快速处理多个用户的请求功能，可选择异步队列形式，进而到达提高系统吞吐量的目的。 为保证数据的安全性，在安全性类别中选择直接认证形式验证消费者的身份凭据，只要安全身份才能访问和传输数据的功能，防止服务被攻击和毁坏，保证了数据的安全性。 通过将企业服务总线

18、、可信消息形式、异步队列形式和直接认证形式四种SOA设计形式组合即完成资源管理服务中心系统的架构设计，如此图2所示。 图2 资源管理中心系统 5、 结束语 本文提出的基于质量需求选择SOA设计形式的方式方法旨在辅助系统架构师快速高效地使用SOA设计形式进行SOA软件系统设计。通过一个资源管理服务中心系统的软件设计实例讲明了该方式方法的有效性。固然本文只给出的常用的36种SOA设计形式的选择方式方法，但该方式方法具有一定的通用性，不局限于SOA设计形式，还可扩展到其它类型的软件设计形式。下一步工作是使用知识图谱的工具构建可视化图谱来展示SOA设计形式更多的属性和关系，为系统架构师提供更全面的帮助

19、。 以下为参考文献 1Newcomer E, Lomow G. Understanding SOA with web servicesM. Addison-Wesley Professional,2005.17-32 2孙洋，袁玉宇. ISO/IEC 25010质量模型标准现在状况J.信息技术与标准化，2008(11):33-36.SUN Yang,Yuan Yuyu,A Discussing about Quality Model Standard ISO/IEC 25010J. Information Technology Standardization,2008(11):33-36. 3

20、 Gamma E. Design patterns:elements of reusable object-oriented softwareM. Pearson Education India,1995:2-3. 4Buschmann F,Meunier R,Rohnert H,et al. Pattern-oriented software architecture:a system of patternsM.England:John. Wiley Sons Ltd,1996:232-245 5 Thomas Erl. SOA Design PatternsM. Prentice Hall

21、,2008:110-179. 6Ozkaya I,Bass L,Nord R L,Sangwan R S. Making practical use of quality attribute informationJ. IEEE Software,2008,25(2):25-33. 7Berntsson S R,Gorschek T,Regnell B,et al. Quality requirements in industrial practice-an extended interview study at eleven companiesJ. IEEE Transactions on

22、Software Engineering,2020,38(4):923-935. 8McCall J A,Matsumoto M T. Software quality measurement manualM. U.S.:Rome Air Development Center,Technical Report:TR-80-109,1980:30-47. 9Bass L,Clements P,Kazman R. Software Architecture in PracticeM. 3rd Edition. Boston:Addison Wesley,2020:111-134. 10Buschm

23、ann F,Henney K,Schimdt D. Pattern-Oriented Software Architecture:On Patterns and Pattern Language(Vol. 5)M. John Wiley Sons,2007:34-55. 11Muller M,Kersten B,Goedicke M. A question-based method for deriving software architecturesC/Proceedings of the 5th European Conference on Software Architecture(EC

24、SA),2018:35-42. 12Stol K,Avgeriou P,Ali Babar M. Design and Evaluation of a Process for Identifying Architecture Patterns in Open Source Software/Proceedings of the 5th European Conference on Software Architecture(ECSA),2018:147-163. 13俞晓锋.基于SOA的企业信息系统集成架构研究D.长春：吉林大学，2020.YU Xiaofeng,Research on Int

25、egrated Framework of Enterprise Information System Based on SOAD. Changchun:Jilin University,2020. 14杨凤攀.基于SOA架构的智能终端云服务平台设计与实现D.长春：吉林大学，2021.YANG Fengpan. The Design and Implementation of Intelligent Terminal Cloud Service Platform Based on SOAD. Changchun:Jilin University,2021. 15唐文宇.面向SOA架构微服务的安全

26、系统的设计与实现D.南京：南京大学，2021.TANG Wenyu. The Design and Implementation of security system for micro services of SOA Oriented ArchitectureD. Nanjing:Nanjing University,2021. 16梁爽.基于SOA的云计算框架模型的研究与实现J.计算机工程与应用，2018,47(35):92-94.LIANG Shuang. Design and realization of cloud computing framework model based on SOA. Computer Engineering and Applications,2018,47(35):92-94. 17张春霞，李旭东，徐涛.浅谈面向服务架构SOA的核心理念J.计算机系统应用，2018,19(6):251-256.ZHANG Chunxia, LI Xudong, XU Tao. Discussion about the Core Ideas of Service-Oriented ArchitectureJ. Computer Systems Applications,2018,19(6):251-256.