軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類(lèi)

1、◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類(lèi),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)建模概述,◎ 結(jié)構(gòu)模型◎ 框架模型◎ 動(dòng)態(tài)模型◎ 過(guò)程模型◎ 功能模型,◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類(lèi),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)建模概述,◎ 結(jié)構(gòu)模型 這是一個(gè)最直觀(guān)、最普遍的建模方法。這種方法以體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、連接件和其他概念來(lái)刻畫(huà)結(jié)構(gòu)，并力圖通過(guò)結(jié)構(gòu)來(lái)反映系統(tǒng)的重要語(yǔ)義內(nèi)容，包括系統(tǒng)的配置、約束、隱含的假設(shè)條件、

2、風(fēng)格、性質(zhì)等。 研究結(jié)構(gòu)模型的核心是體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言。,◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類(lèi),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)建模概述,◎ 框架模型 框架模型與結(jié)構(gòu)模型類(lèi)似，但它不太側(cè)重描述結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)而更側(cè)重于整體的結(jié)構(gòu)。 框架模型主要以一些特殊的問(wèn)題為目標(biāo)建立只針對(duì)和適應(yīng)該問(wèn)題的結(jié)構(gòu)。,◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類(lèi),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)建模概述,◎ 動(dòng)態(tài)模型 動(dòng)態(tài)模

3、型是對(duì)結(jié)構(gòu)或框架模型的補(bǔ)充，研究系統(tǒng)的“大顆?！钡男袨樾再|(zhì)。例如，描述系統(tǒng)的重新配置或演化。動(dòng)態(tài)可以指系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的配置、建立或拆除通信通道或計(jì)算的過(guò)程。,◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類(lèi),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)建模概述,◎ 過(guò)程模型 過(guò)程模型研究構(gòu)造系統(tǒng)的步驟和過(guò)程。 結(jié)構(gòu)是遵循某些過(guò)程腳本的結(jié)果。,◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類(lèi),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)建模概述,◎ 功能模型

4、 功能模型認(rèn)為體系結(jié)構(gòu)是由一組功能構(gòu)件按層次組成，下層向上層提供服務(wù)。 功能模型可以看作是一種特殊的框架模型。,◇ “4+1”模型概述,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,Kruchten在1995年提出了“4+1”的視圖模型。 “4+1”視圖模型從5個(gè)不同的視角包括邏輯視圖、進(jìn)程視圖、物理視圖、開(kāi)發(fā)視圖和場(chǎng)景視圖來(lái)描述軟件體系結(jié)構(gòu)。 每一個(gè)視圖只關(guān)心系統(tǒng)的一個(gè)側(cè)面，5個(gè)視圖結(jié)合在一起才能反映系統(tǒng)的

5、軟件體系結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)容。,◇ “4+1”模型概述,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,◇ 邏輯視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,邏輯視圖主要支持系統(tǒng)的功能需求，即系統(tǒng)提供給最終用戶(hù)的服務(wù)。在邏輯視圖中，系統(tǒng)分解成一系列的功能抽象，這些抽象主要來(lái)自問(wèn)題領(lǐng)域。這種分解不但可以用來(lái)進(jìn)行功能分析，而且可用作標(biāo)識(shí)在整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)不同部分的通用機(jī)制和設(shè)計(jì)元素。 在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，通過(guò)抽象、封裝和

6、繼承，可以用對(duì)象模型來(lái)代表邏輯視圖，用類(lèi)圖來(lái)描述邏輯視圖。,◇ 邏輯視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,可以從Booch標(biāo)記法中導(dǎo)出邏輯視圖的標(biāo)記法，只是從體系結(jié)構(gòu)級(jí)的范疇來(lái)考慮這些符號(hào)，用Rational Rose進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。,◇ 邏輯視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,邏輯視圖中使用的風(fēng)格為面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格，邏輯視圖設(shè)計(jì)中要注意的主要問(wèn)題是要保持一個(gè)單一的、內(nèi)聚的對(duì)象模型貫穿整

7、個(gè)系統(tǒng)。,◇ 邏輯視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,對(duì)于規(guī)模更大的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，體系結(jié)構(gòu)級(jí)中包含數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)類(lèi) 。,◇ 開(kāi)發(fā)視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,開(kāi)發(fā)視圖也稱(chēng)模塊視圖，主要側(cè)重于軟件模塊的組織和管理。 開(kāi)發(fā)視圖要考慮軟件內(nèi)部的需求，如軟件開(kāi)發(fā)的容易性、軟件的重用和軟件的通用性，要充分考慮由于具體開(kāi)發(fā)工具的不同而帶來(lái)的局限性。開(kāi)發(fā)視圖通過(guò)系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的模型圖和

8、子系統(tǒng)圖來(lái)描述。,◇ 開(kāi)發(fā)視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,與邏輯視圖一樣，可以使用Brooch標(biāo)記法中某些符號(hào)來(lái)表示開(kāi)發(fā)視圖。,◇ 開(kāi)發(fā)視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,在開(kāi)發(fā)視圖中，最好采用4-6層子系統(tǒng)，而且每個(gè)子系統(tǒng)僅僅能與同層或更低層的子系統(tǒng)通訊，這樣可以使每個(gè)層次的接口既完備又精練，避免了各個(gè)模塊之間很復(fù)雜的依賴(lài)關(guān)系。 設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮，對(duì)于各個(gè)層次，層次越低，通

9、用性越強(qiáng)，這樣，可以保證應(yīng)用程序的需求發(fā)生改變時(shí)，所做的改動(dòng)最小。開(kāi)發(fā)視圖所用的風(fēng)格通常是層次結(jié)構(gòu)風(fēng)格。,◇ 開(kāi)發(fā)視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,◇ 進(jìn)程視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,進(jìn)程視圖側(cè)重于系統(tǒng)的運(yùn)行特性，主要關(guān)注一些非功能性的需求。 進(jìn)程視圖強(qiáng)調(diào)并發(fā)性、分布性、系統(tǒng)集成性和容錯(cuò)能力，以及從邏輯視圖中的主要抽象如何適合進(jìn)程結(jié)構(gòu)。它也定義邏輯視圖中的各個(gè)類(lèi)的操作具體

10、是在哪一個(gè)線(xiàn)程中被執(zhí)行的。 進(jìn)程視圖可以描述成多層抽象，每個(gè)級(jí)別分別關(guān)注不同的方面。在最高層抽象中，進(jìn)程結(jié)構(gòu)可以看作是構(gòu)成一個(gè)執(zhí)行單元的一組任務(wù)。它可看成一系列獨(dú)立的，通過(guò)邏輯網(wǎng)絡(luò)相互通信的程序。它們是分布的，通過(guò)總線(xiàn)或局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等硬件資源連接起來(lái)。,◇ 進(jìn)程視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,通過(guò)擴(kuò)展Booch對(duì)Ada任務(wù)的表示法，來(lái)表示進(jìn)程視圖。,◇ 進(jìn)程視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “

11、4+1”視圖模型,◇ 物理視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,物理視圖主要考慮如何把軟件映射到硬件上，它通常要考慮到系統(tǒng)性能、規(guī)模、可靠性等。解決系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)安裝、通訊等問(wèn)題。 當(dāng)軟件運(yùn)行于不同的節(jié)點(diǎn)上時(shí)，各視圖中的構(gòu)件都直接或間接地對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)上。因此，從軟件到節(jié)點(diǎn)的映射要有較高的靈活性，當(dāng)環(huán)境改變時(shí)，對(duì)系統(tǒng)其他視圖的影響最小。,◇ 物理視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”

12、視圖模型,大型系統(tǒng)的物理視圖可能會(huì)變得十分混亂，因此可以與進(jìn)程視圖的映射一道，以多種形式出現(xiàn)，也可單獨(dú)出現(xiàn)。,◇ 物理視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,ACS系統(tǒng)的物理視圖,◇ 物理視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,具有進(jìn)程分配的小型ACS系統(tǒng)的物理視圖,◇ 物理視圖,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,具有進(jìn)程分配的大型ACS系統(tǒng)的物理視圖,◇ 場(chǎng)景,,第2章

13、 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,場(chǎng)景可以看作是那些重要系統(tǒng)活動(dòng)的抽象，它使四個(gè)視圖有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，從某種意義上說(shuō)場(chǎng)景是最重要的需求抽象。在開(kāi)發(fā)體系結(jié)構(gòu)時(shí)，它可以幫助設(shè)計(jì)者找到體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和它們之間的作用關(guān)系。同時(shí)，也可以用場(chǎng)景來(lái)分析一個(gè)特定的視圖，或描述不同視圖構(gòu)件間是如何相互作用的。 場(chǎng)景可以用文本表示，也可以用圖形表示。,◇ 場(chǎng)景,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,本地呼叫場(chǎng)景的一個(gè)原

14、型,◇ 小結(jié),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.2 “4+1”視圖模型,邏輯視圖和開(kāi)發(fā)視圖描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，而進(jìn)程視圖和物理視圖描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。 對(duì)于不同的軟件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，側(cè)重的角度也有所不同。例如，對(duì)于管理信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，比較側(cè)重于從邏輯視圖和開(kāi)發(fā)視圖來(lái)描述系統(tǒng)，而對(duì)于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則比較注重于從進(jìn)程視圖和物理視圖來(lái)描述系統(tǒng)。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.3 體系結(jié)構(gòu)的核心模型,體系結(jié)構(gòu)的核心模型　　由構(gòu)件、連接件

15、、配置、端口和角色五種元素組成?！　?gòu)件、連接件和配置是最基本的元素。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.3 體系結(jié)構(gòu)的核心模型,構(gòu)件: 是具有某種功能的可重用的軟件模板單元，表示了系統(tǒng)各主要的計(jì)算元素和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。　　復(fù)合構(gòu)件、原子構(gòu)件。　　原子構(gòu)件不可再分。　　底層由實(shí)現(xiàn)該構(gòu)件的類(lèi)組裝?！　◇w系結(jié)構(gòu)的分層表示體。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.3 體系結(jié)構(gòu)的核心模型,構(gòu)件約定：　　只能通過(guò)接口與外部環(huán)境交互　　接口

16、由端口組成端口：構(gòu)件與外部環(huán)境的交互點(diǎn)，過(guò)程調(diào)用，包含一些約束的復(fù)雜界面　　依靠端口，構(gòu)件可以提供多重接口,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.3 體系結(jié)構(gòu)的核心模型,連接件：構(gòu)件之間的交互。簡(jiǎn)單的　　管道（pipe）　　過(guò)程調(diào)用(procedure call)　　事件廣播（event broadcaset）等復(fù)雜的　　客戶(hù)/服務(wù)器（C/S）通信協(xié)議　　數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用之間的SQL連接,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.3 體系

17、結(jié)構(gòu)的核心模型,連接件約定：同樣需要接口。接口由一組角色組成。角色定義了該連接件表示的交互的參與者二元連接：RPC（Caller, callee）PIPE（Sender, Receiver）針對(duì)復(fù)雜事件，連接件可以有多個(gè)參與角色。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.3 體系結(jié)構(gòu)的核心模型,配置：構(gòu)件和連接件間的拓?fù)溥壿嫼图s束,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.3 體系結(jié)構(gòu)的核心模型,◇ 軟件過(guò)程,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.

18、4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,需求分析,建立體系結(jié)構(gòu),測(cè)試,實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì),,,,,◇ 需求分析階段任務(wù)：根據(jù)需求決定系統(tǒng)的功能什么是需求？需求過(guò)程是為了獲取用戶(hù)需求，確定系統(tǒng)所要用到的構(gòu)件收集并求精目標(biāo)對(duì)象的基本信息提交方式：軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū),,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,,,用戶(hù)對(duì)目標(biāo)軟件系統(tǒng)在功能、行為、性能、設(shè)計(jì)約束等方面的期望,◇ 需求分析階段體系結(jié)構(gòu)需求包括需求獲取　生成類(lèi)圖　　對(duì)類(lèi)分

19、組　　　把類(lèi)打包成構(gòu)件　　　　需求評(píng)審等過(guò)程,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,定義開(kāi)發(fā)人員必須實(shí)現(xiàn)的軟件功能，使得用戶(hù)能完成他們的任務(wù)，以至滿(mǎn)足業(yè)務(wù)上功能需求。,利用工具（Rational Rose）自動(dòng)生成,簡(jiǎn)化類(lèi)圖結(jié)構(gòu)，使類(lèi)更加清晰,把類(lèi)簇打包成構(gòu)件，這些構(gòu)件可以進(jìn)一步合并，形成更大粒度,,,,,組織一個(gè)由不同代表組成的小組，審查的內(nèi)容主要是需求是否真實(shí)反映了用戶(hù)的需求，類(lèi)的生成、分組、構(gòu)件合并是否合

20、理等,◇ 建立軟件體系結(jié)構(gòu)階段從結(jié)構(gòu)角度，架構(gòu)師分析整個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)一步，選擇出恰當(dāng)?shù)臉?gòu)件、構(gòu)件間的相互作用關(guān)系和它們間的約束，最后，形成一個(gè)系統(tǒng)框架。目標(biāo)滿(mǎn)足用戶(hù)需求　首要，選擇一個(gè)合適的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格其次，已確認(rèn)構(gòu)件映射到體系結(jié)構(gòu)　　　中間層然后，為了完成其次一步，分析構(gòu)件間的作用與關(guān)系,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,,◇ 設(shè)計(jì)階段任務(wù)：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型化設(shè)計(jì)?！　　∵x定描述構(gòu)件間的詳細(xì)接口、算法

21、和數(shù)據(jù)類(lèi)型。承上啟下的作用：　　對(duì)上支持建立體系結(jié)構(gòu)階段形成的框架；對(duì)下，提供實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)?！　》窍到y(tǒng)開(kāi)發(fā)人員對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)審。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,◇ 實(shí)現(xiàn)階段　　設(shè)計(jì)階段的算法及數(shù)據(jù)類(lèi)型在此階段用程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)出來(lái)。依據(jù)：復(fù)審后的文檔化的體系結(jié)構(gòu)說(shuō)明書(shū)　　運(yùn)用組裝支持工具，把構(gòu)件、連接件等架構(gòu)元素組裝起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連接與合成。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模

22、型,◇ 測(cè)試階段　　單個(gè)構(gòu)件的功能性測(cè)試　　被組裝應(yīng)用的整體功能和性能測(cè)試軟件體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和依據(jù)，是裝配和維護(hù)的指南。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,◇ 生命周期模型,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(1)軟件體系結(jié)構(gòu)的非形式化描述自然語(yǔ)言創(chuàng)造性和開(kāi)拓性的,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(2)軟件體系結(jié)構(gòu)的規(guī)范描述和分析合適的形式

23、化數(shù)學(xué)理論模型描述精確、無(wú)歧義分析軟件體系結(jié)構(gòu)的性質(zhì)（無(wú)死鎖性、安全性、活性等）,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(3)軟件體系結(jié)構(gòu)的求精及其驗(yàn)證 抽象到具體 逐步求精 每一步求精，需要對(duì)不同抽象層次的軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證具體架構(gòu)和抽象架構(gòu)的語(yǔ)義是否一致，并最終實(shí)現(xiàn)抽象架構(gòu)的定義和設(shè)計(jì)。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(3)軟件體系結(jié)構(gòu)的求精及其驗(yàn)證

24、 抽象到具體 逐步求精 每一步求精，需要對(duì)不同抽象層次的軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證具體架構(gòu)和抽象架構(gòu)的語(yǔ)義是否一致，并最終實(shí)現(xiàn)抽象架構(gòu)的定義和設(shè)計(jì)。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(4)軟件體系結(jié)構(gòu)的實(shí)施 將求精后的架構(gòu)實(shí)施于系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)中，并將架構(gòu)相關(guān)的構(gòu)件和連接件等有機(jī)地組織在一起，形成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(5)軟件體系結(jié)構(gòu)的

25、演化和擴(kuò)展 在架構(gòu)實(shí)施時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)需求，尤其如：性能、容錯(cuò)、安全性、互操作性、自適應(yīng)性等非功能性質(zhì)影響架構(gòu)的擴(kuò)展和改動(dòng)-架構(gòu)演化,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(6)軟件體系結(jié)構(gòu)的提供、評(píng)價(jià)和質(zhì)量 架構(gòu)實(shí)施后，進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)和定量的度量，以利于對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的重用，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,(7)軟件體系結(jié)構(gòu)的終結(jié)多次演化和修改架構(gòu)難以理

26、解不再達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求不能適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展架構(gòu)的再造工程不必要、不可行。架構(gòu)的拋棄。,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.4 體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,2.5 軟件體系結(jié)構(gòu)抽象模型,選讀,,第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)建模,本章作業(yè)與思考題,1、選擇一個(gè)規(guī)模合適的系統(tǒng)，為其建立“4+1”模型。2、引入了軟件體系結(jié)構(gòu)以后，傳統(tǒng)軟件過(guò)程發(fā)生了哪些變化？這種變化有什么好處？3、軟件體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型與軟件生命