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第9章 软件体系结构与设计模式 软件体系结构的基本概念 典型的软件体系结构风格 特定领域的软件体系结构 分布式系统结构 体系结构框架 设计模式 9.1 软件体系结构的基本概念 什么是体系结构 目前还没有一个公认的关于软件体系结构的定义，许多专家 学者从不同角度对软件体系结构进行了描述。Bass、 Clements和Kazman给出了如下定义：“一个程序或计算机 系统的软件体系结构是指系统的一个或者多个结构。结构中 包括软件的构件、构件的外部可见属性以及它们之间的相互 关系。外部可见属性则是指软件构件提供的服务、性能、使 用特性、错误处理、共享资源使用等。” 这一定义强调在任一体系结构表述中“软件构件”的角色。 9.1 软件体系结构的基本概念 Dewayne Perry和A1exander Wo1f曾这样定义：“软件 体系结构是具有一定形式的结构化元素，即构件的集合，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。 虽然软件体系结构的定义在变化，但其意图是清晰的。 体系结构设计是一系列决策和基本原理的集合，这些决策的 目标在于开发高效的软件体系结构。在体系结构设计中所强 调的基本原理是系统的可理解性、可维护性和可扩展性。 9.1 软件体系结构的基本概念 9.1 软件体系结构的基本概念 体系结构的重要作用体现在以下三个方面 ： （1）体系结构的表示有助于风险承担者（项目干系 人）进行交流。 （2）体系结构突出了早期设计决策。 （3）软件体系结构是可传递和可复用的模型。 管道/过滤器风格主要缺点如下： （1）通常导致进程成为批处理的结构。这是因为虽然过滤 器可增量式地处理数据，但它们是独立的，所以设计者必须 将每个过滤器看成一个完整的从输入到输出的转换。 （2）不适合处理交互的应用。当需要增量地显示改变时， 这个问题尤为严重。 （3）因为在数据传输上没有通用的标准，每个过滤器都增 加了解析和合成数据的工作，这样就导致了系统性能下降， 并增加了编写过滤器的复杂性。 2．面向对象风格 系统的构件封装了数据和必须应用到该数据上的操 作，构件间通过消息传递进行通信与合作。与主程序/子程 序的体系结构相比，面向对象风格中的对象交互会复杂一 些。面向对象风格与网络应用的需求在分布性、自治性、 协作性、演化性等方面具有内在的一致性。 面向对象风格具有以下优点: （1）因为对象对其他对象隐藏它的表示，所以可以改变一 个对象的表示，而不影响其他对象。 （2）设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互 的代理程序的集合。 3．层次结构 层次结构的基本结构如下图所示。在这种体系结构中，整 个系统被组织成一个分层结构，每一层为上层提供服务，并 作为下一层的客户。 上图中,可把中心存储库变换成“黑板”，黑板构件负责协 调信息在客户间的传递，当用户感兴趣的数据发生变化时， 它将通知客户软件。黑板系统的组成如下图所示。黑板系统 的传统应用是信号处理领域，如语音和模式识别。另一应用 是松耦合代理数据共享存取。 特定的应用还需要特定的体系结构模型。这些体系结构模型称为领域相关的体系结构。 有两种领域相关的体系结构模型：类属模型（generic model）和参考模型（reference model）。 9.3 特定领域的软件体系结构 9.3 特定领域的软件体系结构 类属模型的一个最著名的例子是编译器模型，由这个模型已开发出了数以千计的编译器。 参考模型源于对应用领域的研究，它描述了一个理想化的包含了系统应具有的所有特征的软件体系结构。 它是更抽象且是描述一大类系统的模型，并且也是对设计者有关某类系统的一般结构的指导。 9.3 特定领域的软件体系结构 参考模型的典型例子是开放式系统互联（OSI）参考模型。 9.3 特定领域的软件体系结构 以上两种不同类型的模型之间并不存在严格的区别，也可以将类属模型视为参考模型。 区别之一是类属模型可以直接在设计中复用，而参考模型一般是用于领域概念间的交流和对可能的体系结构做出比较。 另外，类属模型通常是经过“自下而上”地对已有系统的抽象，而参考模型是“由上到下”地产生的。 9.4 分布式系统结构 在集中式计算技术时代广泛使用的是大型机/小型机计算模型。 20世纪80年代以后，集中式结构逐渐被以PC为主的微机网络所取代。个人计算机和工作站的采用，永远改变了大型机/小型机计算模型，从而产生了分布式计算模型。 9.4 分布式系统结构 分布式