第二章軟件體系結(jié)構(gòu)建模

第二章軟件體系結(jié)構(gòu)的基本概念與建模方法(續(xù))本章內(nèi)容2.1軟件體系結(jié)構(gòu)的概念及其概念模型2.2軟件體系結(jié)構(gòu)的“4+1視圖”模型2.3軟件體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型2.4構(gòu)件、連接件定義2.5軟件體系結(jié)構(gòu)定義2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法2.4構(gòu)件、連接件定義構(gòu)件是具有一定功能和可明確辯識的軟件單位構(gòu)件應(yīng)該具備以下特點：語義完整性、語法正確性和可重用性在結(jié)構(gòu)上，構(gòu)件是語義描述、通信接口和實現(xiàn)代碼的復(fù)合體，是計算和數(shù)據(jù)存儲單元，是計算與狀態(tài)存在的場所典型的構(gòu)件包括：客戶(Client)構(gòu)件、服務(wù)器(Server)構(gòu)件、過濾器(Filter)構(gòu)件和數(shù)據(jù)庫(Database)構(gòu)件等2.4構(gòu)件、連接件定義構(gòu)件可以小到只有一個過程，也可以大到包含一個應(yīng)用程序，可以包含函數(shù)、對象、進程、二進制對象、類庫和數(shù)據(jù)包等構(gòu)件之間是相互獨立的，構(gòu)件隱藏了其具體實現(xiàn)細節(jié)，通過接口來提供服務(wù)構(gòu)件內(nèi)部包含多種屬性，例如：端口、類型、語義、約束、演化和非功能屬性等2.4構(gòu)件、連接件定義構(gòu)件的形式化定義：構(gòu)件是一個計算和數(shù)據(jù)存儲單元，由構(gòu)件接口和構(gòu)件實現(xiàn)模塊組成。構(gòu)件接口是構(gòu)件與外部接觸點的集合，即<Port1,Port2,…,Portn>.每個Port有一個8元組定義<ID,PUBli,

Extei,

Privi,

Behai,

Msgsi,

Consi,

Non-Funci>.元素語義元素語義ID構(gòu)件標示Behai構(gòu)件第i個接觸點行為語義描述PUBli構(gòu)件第i個接觸點能提供給環(huán)境或其它構(gòu)件的功能集合Msgsi構(gòu)件第i個接觸點所產(chǎn)生消息的集合Extei構(gòu)件第i個接觸點所需環(huán)境或其它構(gòu)件的功能集合Consi對構(gòu)件第i個接觸點行為約束，通常包括構(gòu)件運行的初始條件、前置/后置條件Privi構(gòu)件第i個接觸點私有屬性集合Non-Funci構(gòu)件第i個接觸點非功能說明2.4構(gòu)件、連接件定義構(gòu)件模型：是指構(gòu)件的本質(zhì)特征以及構(gòu)件間關(guān)系的抽象描述。有描述、組裝以及實現(xiàn)等各方面的模型。描述方面的著名模型是3C模型：概念（Concept）主要描述構(gòu)件“做什么”，用抽象的概念去理解構(gòu)件的功能；又分為接口規(guī)約和語義描述；內(nèi)容（content）是概念的具體實現(xiàn)，描述構(gòu)件如何完成概念刻畫的功能；語境（context）是構(gòu)件和外圍環(huán)境在概念級和內(nèi)容級的關(guān)系。2.4構(gòu)件、連接件定義組裝方面的構(gòu)件模型：主要有構(gòu)件接口和特性約束兩方面。構(gòu)件接口主要描述構(gòu)件提供給使用者的信息，又分為功能規(guī)約和接入點（對應(yīng)3C的概念和概念級語境）。特性約束主要包括構(gòu)件自身結(jié)構(gòu)的語法約束、語義模型以及其它方面的服務(wù)特性（對應(yīng)3C中的內(nèi)容）。2.4構(gòu)件、連接件定義構(gòu)件組合應(yīng)該遵循以下三個原則：使參與組合的構(gòu)件保持自身的獨立性，從而有利于構(gòu)件和所形成的復(fù)合構(gòu)件具有更強的復(fù)用能力和演化能力構(gòu)件之間的組合應(yīng)該由構(gòu)件以外的實體來實施，例如：連接件，實質(zhì)上，構(gòu)件組合就是構(gòu)件之間的交互，而不是構(gòu)件服務(wù)的簡單羅列構(gòu)件組合與單個構(gòu)件分開，意味著構(gòu)件的交互與計算分離，降低了構(gòu)件之間的耦合，有利于構(gòu)件和交互模式的復(fù)用2.4構(gòu)件、連接件定義構(gòu)件組合應(yīng)有助于根據(jù)參與組合的構(gòu)件的行為和性質(zhì)來推導(dǎo)復(fù)合構(gòu)件的行為和性質(zhì)，從而有助于基于可復(fù)用構(gòu)件的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)在軟件體系結(jié)構(gòu)中，連接件是用來建立構(gòu)件之間交互和支配這些交互規(guī)則的構(gòu)造模塊構(gòu)件之間的交互包括消息和信號量的傳遞，功能和方法的調(diào)用，數(shù)據(jù)的傳送和轉(zhuǎn)換，以及構(gòu)件之間的同步關(guān)系和依賴關(guān)系等2.4構(gòu)件、連接件定義常見的連接件有：管道-過濾器體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格中的管道(pipe)、客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格中的通信協(xié)議和通信機制、以及數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序之間的SQL連接等連接件的接口是其所關(guān)聯(lián)構(gòu)件的一組交互點，這些交互點被稱為角色角色代表了參與連接的構(gòu)件的作用和地位，體現(xiàn)了連接所具有的方向性角色有主動和被動、請求和響應(yīng)之分2.4構(gòu)件、連接件定義對于構(gòu)件而言，連接件是粘合劑，是構(gòu)件交互的實現(xiàn)連接件和構(gòu)件之間的區(qū)別主要在于它們在軟件體系結(jié)構(gòu)中承擔著不同的作用連接件也是一組對象，把不同的構(gòu)件連接起來，形成體系結(jié)構(gòu)的一部分約束(Constraint)是構(gòu)件與其關(guān)系之間所必須滿足的條件和限制，描述了系統(tǒng)的配置關(guān)系和拓撲結(jié)構(gòu)，確定了體系結(jié)構(gòu)調(diào)整的構(gòu)件和連接件的關(guān)聯(lián)關(guān)系2.4構(gòu)件、連接件定義連接件的主要特性是：可擴展性、互操作性、動態(tài)連接性和請求響應(yīng)性連接件的可擴展性是指：連接件允許動態(tài)地改變被關(guān)聯(lián)的構(gòu)件集合和交互關(guān)系互操作性是指：被連接的構(gòu)件通過連接件對其它構(gòu)件進行直接或間接操作動態(tài)連接性是指：對連接的動態(tài)約束，連接件對所關(guān)聯(lián)的構(gòu)件可以實施不同的動態(tài)處理請求響應(yīng)性是指響應(yīng)的并發(fā)性和時序性2.4構(gòu)件、連接件定義軟件體系結(jié)構(gòu)，又被稱為架構(gòu)，指可預(yù)制和可重構(gòu)的軟件框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件是可預(yù)制和可重用的軟件元素，是組成體系結(jié)構(gòu)的基本計算單元和數(shù)據(jù)存儲單元連接件也是可預(yù)制和可重用的軟件元素，是構(gòu)件之間的連接單元構(gòu)件和連接件之間的關(guān)系用約束來表示2.4構(gòu)件、連接件定義約束是基于規(guī)則和參數(shù)進行描述的體系結(jié)構(gòu)約束提供了相關(guān)限制，以確定構(gòu)件是否正確、連接接口是否匹配、以及連接件的通信是否正確，同時，說明了實現(xiàn)要求行為的語義組合約束將軟件體系結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)需求緊密地聯(lián)系起來，在體系結(jié)構(gòu)約束中，要求構(gòu)件端口和連接件角色之間是顯示連接的本章內(nèi)容2.1軟件體系結(jié)構(gòu)的概念及其概念模型2.2軟件體系結(jié)構(gòu)的“4+1視圖”模型2.3軟件體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型2.4構(gòu)件、連接件定義2.5軟件體系結(jié)構(gòu)定義2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法2.5軟件體系結(jié)構(gòu)定義軟件體系結(jié)構(gòu)核心模型(SoftwareArchitectureCoreModel)=構(gòu)件(Components)+連接件(Connectors)+約束(Constraints)構(gòu)件作為一個封裝的實體，僅通過其接口與外部環(huán)境進行交互，而構(gòu)件的接口是由一組端口組成的，每個端口表示構(gòu)件與外部環(huán)境之間的交互點2.5軟件體系結(jié)構(gòu)定義連接件作為軟件體系結(jié)構(gòu)建模的主要實體，同樣也有接口，連接件的接口是由一組角色構(gòu)成的，每個角色定義了該連接所表示交互的參與者軟件體系結(jié)構(gòu)::=軟件體系結(jié)構(gòu)核心模型|軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格軟件體系結(jié)構(gòu)核心模型::=(構(gòu)件，連接件，約束)構(gòu)件::={端口1，端口2，…，端口N}2.5軟件體系結(jié)構(gòu)定義連接件::={角色1，角色2，…，角色M}約束::={(端口i，角色j)，…}軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格::={管道-過濾器，客戶/服務(wù)器，倉庫，…}本章內(nèi)容2.1軟件體系結(jié)構(gòu)的概念及其概念模型2.2軟件體系結(jié)構(gòu)的“4+1視圖”模型2.3軟件體系結(jié)構(gòu)的生命周期模型2.4構(gòu)件、連接件定義2.5軟件體系結(jié)構(gòu)定義2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法在描述軟件的框架結(jié)構(gòu)時，常用的方法主要有兩種：實踐派風(fēng)格，使用通用的建模符號，將軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計與描述同傳統(tǒng)的系統(tǒng)建模視為一體學(xué)院派風(fēng)格，使用了體系結(jié)構(gòu)描述語言(ArchitectureDescriptionLanguage，ADL)，側(cè)重于軟件體系結(jié)構(gòu)形式化理論的研究2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法實踐派風(fēng)格包括：圖形表示方法、模塊內(nèi)連接語言、基于構(gòu)件的系統(tǒng)描述語言和UML描述方法圖形表示方法，使用矩形來代表系統(tǒng)的過程、模塊和子系統(tǒng)，利用有向線段來描述它們之間的關(guān)系，這樣，就形成了所謂的線框圖模塊內(nèi)連接語言，采用一種或幾種程序設(shè)計語言的模塊連接起來的模塊內(nèi)連接語言，具有程序設(shè)計語言的嚴格語義基礎(chǔ)，但是，在開發(fā)層次上過于依賴程序設(shè)計語言，限制了處理和描述高層次軟件體系結(jié)構(gòu)元素的能力2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法基于構(gòu)件的系統(tǒng)描述語言，將軟件描述成由許多特定形式、相互作用的特殊實體所形成的組織或系統(tǒng)，一般而言，這種描述方法都是針對特定領(lǐng)域的特殊問題，不太適合描述和表達一般意義上的軟件體系結(jié)構(gòu)UML描述方法，可以將Kruchten的“4+1”模型映射到UML圖上，邏輯視圖利用類圖來表示，過程視圖映射成活動圖，開發(fā)視圖使用構(gòu)件圖來描述，物理視圖映射為配置圖，場景用順序圖和協(xié)作圖來表示2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法用例圖是從用戶的角度來描述系統(tǒng)功能，指出各功能的操作者，用于捕獲業(yè)務(wù)需求類圖描述了系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，定義了類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及類之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系包圖描述了系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，用于捕獲系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)活動圖描述了滿足用例要求所要進行的活動以及活動之間的約束關(guān)系合作圖描述對象之間的協(xié)作，顯示對象之間的動態(tài)合作關(guān)系2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法順序圖描述對象之間的動態(tài)合作關(guān)系，強調(diào)對象之間的消息發(fā)送順序，顯示對象之間的交互關(guān)系狀態(tài)圖描述了一類對象所具有的可能狀態(tài)及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系組件圖描述了程序代碼的物理結(jié)構(gòu)配置圖定義了軟、硬件的物理體系結(jié)構(gòu)，用于捕獲系統(tǒng)硬件資源和軟件資源之間的映射關(guān)系2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法在使用UML描述體系結(jié)構(gòu)時，主要存在著三種途徑：不改變UML的用法，將UML看作是一種軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言，直接對體系結(jié)構(gòu)進行建模利用UML的擴展機制，約束UML元模型以支持體系結(jié)構(gòu)建模需求對UML元模型進行擴充，增加體系結(jié)構(gòu)建模元素，這種方法是對UML的元模型進行擴展，使UML具有新的建模能力2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法對于每種體系結(jié)構(gòu)元素，在UML中幾乎都能找到與之相對應(yīng)的元素：UML的用例、類、組件、結(jié)點、包和子系統(tǒng)與體系結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件相對應(yīng)UML的關(guān)系支持體系結(jié)構(gòu)中的連接件UML的接口支持體系結(jié)構(gòu)中的接口UML中的規(guī)則相當于體系結(jié)構(gòu)中的約束軟件體系結(jié)構(gòu)的配置可以使用UML的包圖、組件圖和配置圖來描述2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法UML預(yù)定義及用戶自己擴展的構(gòu)造型，例如：精化和復(fù)制等，能夠較好地表達體系結(jié)構(gòu)的行為邏輯視圖可以采用UML用例圖來實現(xiàn)在開發(fā)視圖中，使用UML的類圖、對象圖和構(gòu)件圖來表示模塊，用包來表示子系統(tǒng)，利用連接表示模塊或子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)過程視圖可以采用UML的狀態(tài)圖、順序圖和活動圖來實現(xiàn)2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法物理視圖定義了功能單元的分布狀況，描述用于執(zhí)行用例和保存數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)地點，可以使用UML的配置圖來實現(xiàn)在選擇UML來描述軟件體系結(jié)構(gòu)時，會有以下幾方面的優(yōu)點：UML是當前主流的面向?qū)ο箝_發(fā)語言，已經(jīng)被越來越多的人所采用，容易被人們接受UML是一個開發(fā)標準，具有良好的擴展機制2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法UML引入了形式化定義(對象約束語言)，是一種半形式化的建模語言UML有豐富的支持工具，與程序設(shè)計語言和開發(fā)過程無關(guān)UML支持多視圖結(jié)構(gòu)，能夠從不同角度來刻畫軟件體系結(jié)構(gòu)，可以有效地用于分析、設(shè)計和實現(xiàn)過程UML提供了豐富的建模概念和表示符號，能夠滿足典型的軟件開發(fā)過程UML的語義比較豐富，是一種通用和標準的建模語言，易于理解和交流，發(fā)展已經(jīng)非常成熟2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法在選擇UML來描述軟件體系結(jié)構(gòu)時，也存在著一些問題：對體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)造性建模能力不強，具體來說，UML還缺乏對體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格和顯式連接件的直接支持對體系結(jié)構(gòu)的描述只能到達非形式化的層次，不能保證軟件開發(fā)過程的可靠性，不能充分地表現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)的本質(zhì)2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)(UML-BasedSoftwareArchitecture，UBSA)，是由一組互相協(xié)作的組件構(gòu)成通過組件及其之間的協(xié)作關(guān)系來定義軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)在UBSA中，通過擴展點(ExtensionPoints)來組裝用戶開發(fā)的組件，以適應(yīng)用戶需求領(lǐng)域的不斷變化2.6基于UML的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法UBSA={Co