軟件架構(gòu)與架構(gòu)建模技術(shù)

軟件架構(gòu)與架構(gòu)建模技術(shù)7.1從設(shè)計模式到軟件架構(gòu)隨著軟件系統(tǒng)越來越復(fù)雜和龐大，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法的選擇在許多情況下成為較次要的部分，代碼級別的軟件復(fù)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大型軟件開發(fā)的需求。而對整個系統(tǒng)的設(shè)計和描述變得越來越重要。由此便產(chǎn)生了軟件架構(gòu)（SoftwareArchitecture）這一概念，軟件架構(gòu)是軟件設(shè)計抽象的進(jìn)一步發(fā)展，它使得軟件開發(fā)人員視野更加開闊，滿足了更好地理解軟件系統(tǒng)，更方便地開發(fā)更大、更復(fù)雜的軟件系統(tǒng)的需要。第2頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.1.1軟件架構(gòu)的定義雖然軟件架構(gòu)已經(jīng)在軟件工程領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，但迄今為止還沒有一個被大家所公認(rèn)的定義。許多專家學(xué)者從不同角度和不同側(cè)面對軟件架構(gòu)進(jìn)行了刻畫。第3頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.1.1軟件架構(gòu)的定義我們將使用軟件架構(gòu)的下列定義：軟件架構(gòu)為軟件系統(tǒng)提供了一個結(jié)構(gòu)、行為和屬性的高級抽象，由構(gòu)成系統(tǒng)的元素的描述、這些元素的相互作用、指導(dǎo)元素集成的模式以及這些模式的約束組成。軟件架構(gòu)不僅指定了系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且顯示了系統(tǒng)需求和構(gòu)成系統(tǒng)的元素之間的對應(yīng)關(guān)系，提供了一些設(shè)計決策的基本原理。第4頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.1.2軟件架構(gòu)的發(fā)展史

20世紀(jì)70年代以前，此階段系統(tǒng)規(guī)模較小，很少明確考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般不存在系統(tǒng)建模工作。70年代中后期，由于結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，軟件開發(fā)中出現(xiàn)了概要設(shè)計與詳細(xì)設(shè)計，而且主要任務(wù)是數(shù)據(jù)流設(shè)計與控制流設(shè)計。因此，此時軟件結(jié)構(gòu)已作為一個明確的概念出現(xiàn)在系統(tǒng)的開發(fā)中。第5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.1.2軟件架構(gòu)的發(fā)展史

20世紀(jì)80年代初到90年代中期，是面向?qū)ο箝_發(fā)方法興起與成熟階段。90年代以后則是基于構(gòu)件的軟件開發(fā)階段，該階段以過程為中心，強調(diào)軟件開發(fā)采用構(gòu)件化技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，要求開發(fā)出的軟件具備很強的自適應(yīng)性、互操作性、可擴展性和可重用性。此階段中，軟件架構(gòu)已經(jīng)作為一個明確的文檔和中間產(chǎn)品存在于軟件開發(fā)過程中，同時，軟件架構(gòu)作為一門學(xué)科逐漸得到人們的重視，并成為軟件工程領(lǐng)域的研究熱點。第6頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.1.2軟件架構(gòu)的發(fā)展史

經(jīng)歷了4個階段：(1)“無體系結(jié)構(gòu)”設(shè)計階段：以匯編語言進(jìn)行小規(guī)模應(yīng)用程序開發(fā)為特征；(2)萌芽階段：出現(xiàn)了程序結(jié)構(gòu)設(shè)計主題，以控制流圖和數(shù)據(jù)流圖構(gòu)成軟件結(jié)構(gòu)為特征；(3)初級階段：出現(xiàn)了從不同側(cè)面描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，以UML為典型代表；(4)高級階段：以描述系統(tǒng)的高層抽象結(jié)構(gòu)為中心，不關(guān)心具體的建模細(xì)節(jié)，劃分了體系結(jié)構(gòu)模型與傳統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)的界限，該階段以Kruchten提出的“4+1”模型為標(biāo)志。第7頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2經(jīng)典軟件架構(gòu)模式人們在軟件開發(fā)實踐中總結(jié)出了許多軟件架構(gòu)模式，這些模式在提出后得到了不斷的修正和完善，逐漸成為人們選擇軟件架構(gòu)時首先考慮的模式，因此稱為經(jīng)典軟件架構(gòu)模式。第8頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.1管道和過濾器模式1、管道和過濾器模式的基本結(jié)構(gòu)

第9頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.1管道和過濾器模式2、管道和過濾器模式的優(yōu)點管道和過濾器模式的軟件架構(gòu)具有許多很好的特點：（1）使得軟構(gòu)件具有良好的隱蔽性和高內(nèi)聚、低耦合的特點；（2）允許設(shè)計者將整個系統(tǒng)的輸入/輸出行為看成是多個過濾器的行為的簡單合成；（3）支持軟件重用。只要提供適合在兩個過濾器之間傳送的數(shù)據(jù)，任何兩個過濾器都可被連接起來；（4）系統(tǒng)維護(hù)和增強系統(tǒng)性能簡單。新的過濾器可以添加到現(xiàn)有系統(tǒng)中來；舊的可以被改進(jìn)的過濾器替換掉；（5）允許對一些屬性如吞吐量、死鎖等的分析；（6）支持并行執(zhí)行。每個過濾器是作為一個單獨的任務(wù)完成，因此可與其它任務(wù)并行執(zhí)行。

第10頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.1管道和過濾器模式3、管道和過濾器模式的不足采用管道和過濾器模式的系統(tǒng)也存在著若干不利因素。（1）通常導(dǎo)致進(jìn)程成為批處理的結(jié)構(gòu)。這是因為雖然過濾器可增量式地處理數(shù)據(jù)，但它們是獨立的，所以設(shè)計者必須將每個過濾器看成一個完整的從輸入到輸出的轉(zhuǎn)換。（2）不適合處理交互的應(yīng)用。當(dāng)需要增量地顯示改變時，這個問題尤為嚴(yán)重。這樣的系統(tǒng)幾乎無法顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)流細(xì)微的變換過程。（3）因為在數(shù)據(jù)傳輸上沒有通用的標(biāo)準(zhǔn)，每個過濾器都增加了解析和合成數(shù)據(jù)的工作，這樣就導(dǎo)致了系統(tǒng)性能下降，并增加了編寫過濾器的復(fù)雜性。第11頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.1管道和過濾器模式4、模式實例一個特征顯著的實例是傳統(tǒng)的編譯器。傳統(tǒng)的編譯器一直被認(rèn)為是一種管道系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，一般包含四個階段即：詞法分析、語法分析、語義分析和代碼生成，每一個階段的輸出是另一個階段的輸入。

第12頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.2面向?qū)ο竽Ｊ?、面向?qū)ο竽Ｊ降幕窘Y(jié)構(gòu)第13頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.2面向?qū)ο竽Ｊ?、面向?qū)ο竽Ｊ降膬?yōu)點面向?qū)ο笙到y(tǒng)具有如下4個基本特征：信息隱藏、數(shù)據(jù)抽象、動態(tài)匯集和繼承性，其優(yōu)點大致歸納為以下幾方面：（1）高度模塊化，系統(tǒng)中的每個對象都是功能和數(shù)據(jù)獨立的單元，對象之間的聯(lián)系是明確的和可預(yù)知的。（2）功能封裝、信息隱藏，用戶不必知道對象的內(nèi)部狀態(tài)，只需了解其功能描述就可以使用。因為對象對其它對象隱藏它的表示，所以可以改變一個對象的表示，而不影響其它的對象。（3）可重用性好，面向?qū)ο蟮睦^承性提供了一種代碼共享的手段，可以避免重復(fù)的代碼設(shè)計。（4）靈活性

，對象可以根據(jù)自身的特點進(jìn)行功能實現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的靈活性。（5）系統(tǒng)易維護(hù)，面向?qū)ο蟮姆庋b性決定了類和對象內(nèi)聚性，從而將可能出現(xiàn)的錯誤限制在對象內(nèi)部，不會向外傳播，易于檢錯和修改，對某個對象中錯誤的修改也不會導(dǎo)致其它對象代碼失效。（6）可擴充性好，面向?qū)ο笙到y(tǒng)可以通過繼承機制不斷擴充功能，這種增量式的功能擴充方式不會影響原有系統(tǒng)的運行。

第14頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.2面向?qū)ο竽Ｊ?、面向?qū)ο竽Ｊ降牟蛔悖?）為了使一個對象和另一個對象通過過程調(diào)用等進(jìn)行交互，必須知道被調(diào)用對象的標(biāo)識（對象名或其他標(biāo)識符）。這就增加了對象之間的依賴關(guān)系，只要一個對象的標(biāo)識改變了，就必須修改所有其他明確調(diào)用它的對象。（2）如果修改一個對象，也必須修改所有顯式調(diào)用它的其它對象，并消除由此帶來的一些副作用。例如，如果A使用了對象B，C也使用了對象B，那么，C對B的使用所造成的對A的影響可能是料想不到的。

第15頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.2面向?qū)ο竽Ｊ?、模式實例以一個最簡單的交互式矢量繪圖系統(tǒng)為例。

第16頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.3分層模式1、分層模式的基本結(jié)構(gòu)第17頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.3分層模式2、分層模式的優(yōu)點（1）支持基于抽象程度遞增的系統(tǒng)設(shè)計，使設(shè)計者可以把一個復(fù)雜系統(tǒng)按遞增的步驟進(jìn)行分解。（2）支持功能增強，有較好的擴展性。因為每一層至多和相鄰的上下層交互，因此功能的改變最多影響相鄰的上下層；如果該層次功能的變化僅僅局限于某些功能函數(shù)的具體實現(xiàn)，而沒有對接口進(jìn)行修改，那么對其相鄰層次幾乎沒有影響。（3）支持軟件重用。只要提供的服務(wù)接口定義不變，同一層的不同實現(xiàn)可以交換使用。這樣，就可以定義一組標(biāo)準(zhǔn)的接口，而允許各種不同的實現(xiàn)方法。

第18頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.3分層模式3、分層模式的不足（1）并不是每個系統(tǒng)都可以很容易地劃分為分層的模式，甚至即使一個系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)是層次化的，出于對系統(tǒng)性能的考慮，系統(tǒng)設(shè)計師不得不把一些低級或高級的功能綜合起來；（2）很難找到一個合適的、正確的層次抽象方法。

第19頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.3分層模式4、模式實例層次系統(tǒng)最廣泛的應(yīng)用是分層通信協(xié)議。在這一應(yīng)用領(lǐng)域中，每一層提供一個抽象的功能，作為上層通信的基礎(chǔ)。較低的層次定義低層的交互，最低層通常只定義硬件物理連接。以ISO/OSI參考模型為例。該模型采用了7層體系結(jié)構(gòu)，從高到低分別是：應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

第20頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.4知識庫模式

1、知識庫模式基本結(jié)構(gòu)第21頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.4知識庫模式2、知識庫模式的優(yōu)缺點知識庫模式常應(yīng)用于專家系統(tǒng)中，是專家系統(tǒng)中不可替代的軟件架構(gòu)模式，但在其他領(lǐng)域應(yīng)用的案例較少見。

第22頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.2.4知識庫模式4、模式實例知識庫模式的軟件體系架構(gòu)常見于專家系統(tǒng)中。專家系統(tǒng)是一類具有專門知識和經(jīng)驗的計算機智能程序系統(tǒng)，通過對人類專家的問題求解能力的建模，采用人工智能中的知識表示和知識推理技術(shù)來模擬通常由專家才能解決的復(fù)雜問題，達(dá)到具有與專家同等解決問題能力的水平。

第23頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3客戶/服務(wù)器模式

當(dāng)一臺連入網(wǎng)絡(luò)的計算機向其他計算機提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(如數(shù)據(jù)、文件的共享等)時，它就被叫做服務(wù)器。而那些用于訪問服務(wù)器資料的計算機則被叫做客戶機?？蛻魴C和服務(wù)器都是獨立的計算機。采用客戶/服務(wù)器（Client/Server，C/S）結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，有一臺或多臺服務(wù)器以及大量的客戶機。服務(wù)器配備大容量存儲器并安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)的存放和數(shù)據(jù)檢索；客戶端安裝專用的軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入、運算和輸出。嚴(yán)格說來，客戶機／服務(wù)器模型并不是從物理分布的角度來定義，它所體現(xiàn)的是一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問的實現(xiàn)方式。采用這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)目前應(yīng)用非常廣泛。

第24頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.1協(xié)作計算模型的發(fā)展在集中式計算技術(shù)時代，廣泛使用大型機/小型機計算模型。70年代以后，隨著微型計算機和計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，集中式結(jié)構(gòu)逐漸被以PC為主的微機網(wǎng)絡(luò)所取代。網(wǎng)絡(luò)/文件服務(wù)器計算模型的產(chǎn)生用以解決個人PC和工作站的數(shù)據(jù)和外部設(shè)備共享問題。以PC機為主體的文件服務(wù)器并不能滿足分布式計算的需求，因此客戶機/服務(wù)器技術(shù)應(yīng)運而生，它集中了大中型系統(tǒng)及文件服務(wù)器的優(yōu)點，并有良好的系統(tǒng)開放性和可擴展性。隨著信息的全球化，區(qū)域的界限已經(jīng)被打破，電子商務(wù)作為Internet的強大的驅(qū)動力，迫使客戶機/服務(wù)器模式從局域網(wǎng)(LAN)向廣域網(wǎng)(WAN)延伸。

第25頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.2傳統(tǒng)兩層客戶機/服務(wù)器模式1、兩層客戶機/服務(wù)器模式的基本結(jié)構(gòu)客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)有三個主要部件：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、客戶應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)。（1）服務(wù)器負(fù)責(zé)有效地管理系統(tǒng)的資源，其任務(wù)集中于：數(shù)據(jù)庫安全性的要求數(shù)據(jù)庫訪問并發(fā)性的控制數(shù)據(jù)庫前端的客戶應(yīng)用程序的全局?jǐn)?shù)據(jù)完整性規(guī)則數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)（2）客戶端應(yīng)用程序的主要任務(wù)是：提供用戶與數(shù)據(jù)庫交互的界面向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提交用戶請求并接收來自數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的信息利用客戶應(yīng)用程序?qū)Υ嬖谟诳蛻舳说臄?shù)據(jù)執(zhí)行應(yīng)用邏輯要求（3）網(wǎng)絡(luò)通信軟件的主要作用是，完成數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)傳輸。第26頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.2傳統(tǒng)兩層客戶機/服務(wù)器模式1、兩層客戶機/服務(wù)器模式的基本結(jié)構(gòu)第27頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.2傳統(tǒng)兩層客戶機/服務(wù)器模式2、兩層客戶機/服務(wù)器模式的優(yōu)缺點（1）系統(tǒng)的客戶端應(yīng)用程序和服務(wù)器部件分別運行在不同的計算機上，系統(tǒng)中每臺服務(wù)器都可以適合各部件的要求，這對于硬件和軟件的變化顯示出極大的適應(yīng)性和靈活性，而且易于對系統(tǒng)進(jìn)行擴充和維護(hù)。（2）在客戶機/服務(wù)器模型中，系統(tǒng)中的功能部件充分隔離，客戶端程序的開發(fā)集中于數(shù)據(jù)的顯示和分析，而數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的開發(fā)則集中于數(shù)據(jù)的管理，不必在每一個新的應(yīng)用開發(fā)中都要對一個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編碼。（3）將大的應(yīng)用處理任務(wù)分布到許多通過網(wǎng)絡(luò)連接的低成本計算機上使系統(tǒng)部署費用極大降低。（4）兩層模式的客戶機/服務(wù)器模式和多層模式相比，開發(fā)、部署和維護(hù)成本較低。第28頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.2傳統(tǒng)兩層客戶機/服務(wù)器模式2、兩層客戶機/服務(wù)器模式的優(yōu)缺點（1）系統(tǒng)的可靠性有所降低。一個客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)是由各自獨立開發(fā)、制造和管理的各種硬件和軟件的組成的混合體

，其內(nèi)在的可靠性不如單一的、中央管理的大型機或小型機，出現(xiàn)問題時，很難立即獲得技術(shù)支持和幫助。（2）維護(hù)費用較高。盡管這種應(yīng)用模式在某種程度上提高了生產(chǎn)效率，由于客戶端需要安裝龐大而復(fù)雜的應(yīng)用程序，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶的規(guī)模達(dá)到一定的數(shù)量之后，系統(tǒng)的維護(hù)量急劇增加，因而維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)變得十分困難。（3）系統(tǒng)資源的浪費。隨著客戶端的規(guī)模越來越大，對客戶機資源的要求也越來越高?？蛻魴C硬件要適應(yīng)系統(tǒng)要求而不斷更新，每個客戶機都要重復(fù)購置、安裝大量應(yīng)用軟件，這無疑是一種巨大的浪費。（4）系統(tǒng)缺乏靈活性?？蛻魴C/服務(wù)器需要對每一應(yīng)用獨立地開發(fā)應(yīng)用程序，消耗了大量的資源。（5）二層C/S結(jié)構(gòu)是單一服務(wù)器且以局域網(wǎng)為中心的，所以難以擴展至大型企業(yè)廣域網(wǎng)或Internet;（6）數(shù)據(jù)安全性不好。因為客戶端程序可以直接訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，那么，安裝在客戶端計算機上的其他程序也可以訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，從而使數(shù)據(jù)庫的安全性受到威脅。第29頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.2傳統(tǒng)兩層客戶機/服務(wù)器模式3、應(yīng)用實例以一個早期構(gòu)建的學(xué)生信息管理系統(tǒng)為例。系統(tǒng)硬件包括若干臺客戶機和一臺服務(wù)器以及連接它們的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，服務(wù)器上安裝Unix操作系統(tǒng)，使用Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理和存儲數(shù)據(jù)；客戶機上安裝Windows操作系統(tǒng)，使用Delphi語言開發(fā)客戶端管理軟件，再部署到每個管理人員使用的客戶機上。服務(wù)器和客戶機軟件要采用一些安全控制策略和加密手段以保證數(shù)據(jù)的安全。

第30頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.3經(jīng)典三層客戶機/服務(wù)器模式

1、三層客戶機/服務(wù)器模式基本結(jié)構(gòu)三層C/S結(jié)構(gòu)是將應(yīng)用功能分成表示層、功能層和數(shù)據(jù)層三部分。表示層是應(yīng)用的用戶接口部分,它擔(dān)負(fù)著用戶與應(yīng)用間的對話功能。它用于檢查用戶從鍵盤等輸入的數(shù)據(jù),顯示應(yīng)用輸出的數(shù)據(jù)。為使用戶能直觀地進(jìn)行操作，一般要使用圖形用戶接口(GUI)，操作簡單、易學(xué)易用。在變更用戶接口時，只需改寫顯示控制和數(shù)據(jù)檢查程序，而不影響其他兩層。檢查的內(nèi)容也只限于數(shù)據(jù)的形式和值的范圍，不包括有關(guān)業(yè)務(wù)本身的處理邏輯。功能層相當(dāng)于應(yīng)用的本體，它是將具體的業(yè)務(wù)處理邏輯地編入程序中。表示層和功能層之間的數(shù)據(jù)交互要盡可能簡潔。數(shù)據(jù)層就是DBMS，負(fù)責(zé)管理對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫。DBMS必須能迅速執(zhí)行大量數(shù)據(jù)的更新和檢索。目前的主流是采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)。因此一般從功能層傳送到數(shù)據(jù)層的要求大都使用SQL語言。

第31頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.3經(jīng)典三層客戶機/服務(wù)器模式1、三層客戶機/服務(wù)器模式基本結(jié)構(gòu)第32頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.3經(jīng)典三層客戶機/服務(wù)器模式2、三層C/S模式的優(yōu)缺點

（1）三層C/S結(jié)構(gòu)具有更靈活的硬件系統(tǒng)構(gòu)成，對于各個層可以選擇與其處理負(fù)荷和處理特性相適應(yīng)的硬件。（2）合理地分割三層結(jié)構(gòu)并使其獨立，可以使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡單清晰，這樣就提高了程序的可維護(hù)性。（3）三層C/S結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用的各層可以并行開發(fā)，各層也可以選擇各自最適合的開發(fā)語言，有利于變更和維護(hù)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。按層分割功能使各個程序的處理邏輯變得十分簡單。（4）允許充分利用功能層有效地隔離開表示層與數(shù)據(jù)層，未授權(quán)的用戶難以繞過功能層而利用數(shù)據(jù)庫工具或黑客手段非法地訪問數(shù)據(jù)層，這就為嚴(yán)格的安全管理奠定了堅實的基礎(chǔ)；整個系統(tǒng)的管理層次也更加合理和可控制。（5）系統(tǒng)可用性高，具有良好的開放性，可跨平臺操作，支持異構(gòu)數(shù)據(jù)庫。三層C/S模式當(dāng)然也存在一些不足，例如相比兩層C/S模式來講，開發(fā)的技術(shù)難度加大，對于小企業(yè)和小型應(yīng)用項目來說，部署成本過高等。第33頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.3經(jīng)典三層客戶機/服務(wù)器模式3、應(yīng)用實例由于三層C/S模式應(yīng)用較廣泛，各行業(yè)的應(yīng)用實例也不勝枚舉，仍以學(xué)校學(xué)生信息管理系統(tǒng)為例。出于性能和數(shù)據(jù)安全的考慮，上節(jié)實例中提到的學(xué)校對自己的學(xué)生信息管理系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，增加了兩臺應(yīng)用服務(wù)器，其中一臺處理學(xué)生信息查詢業(yè)務(wù)，另一臺處理學(xué)生信息修改業(yè)務(wù)，這兩臺應(yīng)用服務(wù)器軟件使用微軟COM+組件開發(fā)，對客戶機軟件也進(jìn)行了修改。這樣改造的結(jié)果是：業(yè)務(wù)處理邏輯分配到了兩個服務(wù)器節(jié)點上，系統(tǒng)性能得到提升，支持的終端數(shù)可以成倍增加；查詢和修改兩個業(yè)務(wù)邏輯分離，更有利于系統(tǒng)安全控制；客戶機軟件只處理表示邏輯，系統(tǒng)開發(fā)工作量大大減少；客戶機軟件和應(yīng)用服務(wù)器軟件可由兩個小組分別開發(fā)和維護(hù)，提高和效率。第34頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.3.3經(jīng)典三層客戶機/服務(wù)器模式4、多層客戶機/服務(wù)器模式在大型系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，增加系統(tǒng)靈活性，還可以對三層C/S結(jié)構(gòu)中的功能層繼續(xù)進(jìn)行細(xì)分。例如將數(shù)據(jù)庫存取的相關(guān)操作獨立出來形成數(shù)據(jù)庫訪問層，該層專門負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)庫交互，存取數(shù)據(jù)。這樣就形成了四層乃至N層客戶機/服務(wù)器模式。這樣做的優(yōu)點在于，對于大型系統(tǒng)來說，邏輯結(jié)構(gòu)更加清晰，系統(tǒng)各層的開發(fā)和維護(hù)、部署更加靈活，但也帶來了管理成本加大的問題。在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)架構(gòu)師應(yīng)根據(jù)項目的具體情況選擇合適的架構(gòu)模式。第35頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.4瀏覽器/服務(wù)器模式

瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)模式實際上是上述三層C/S架構(gòu)的一種實現(xiàn)方式，其具體結(jié)構(gòu)為：瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，第36頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.4瀏覽器/服務(wù)器模式2、主要優(yōu)缺點B／S結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是分布性強、維護(hù)方便、開發(fā)簡單且共享性強、總體擁有成本低。提供了異種機、異種網(wǎng)、異種應(yīng)用服務(wù)的聯(lián)機、聯(lián)網(wǎng)、統(tǒng)一服務(wù)的最現(xiàn)實的開放性基礎(chǔ)。用戶在使用系統(tǒng)時，僅僅需要一個瀏覽器就可運行全部的模塊，真正達(dá)到了"零客戶端"的功能，很容易在運行時自動升級。主要缺點在于：一是存在數(shù)據(jù)安全性問題、對服務(wù)器要求過高、數(shù)據(jù)傳輸速度慢、軟件的個性化特點明顯降低；二是難以實現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的特殊功能要求。例如通過瀏覽器進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)輸入或進(jìn)行報表的應(yīng)答、專用性打印輸出都比較困難和不便。三是實現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用構(gòu)造有較大的困難。雖然可以用ActiveX、Java等技術(shù)開發(fā)較為復(fù)雜的應(yīng)用，但是相對于已經(jīng)發(fā)展的非常成熟的C／S一系列應(yīng)用工具來說，這些技術(shù)還不夠成熟。第37頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.4瀏覽器/服務(wù)器模式3、應(yīng)用實例還以上文學(xué)校學(xué)生信息管理系統(tǒng)為實例說明這種架構(gòu)模式。學(xué)校準(zhǔn)備向全校學(xué)生開放部分信息，在校學(xué)生可以在校園網(wǎng)上用自己的計算機查詢自己的諸如考試成績、圖書借閱記錄等信息，學(xué)校難道要讓每個學(xué)生都下載安裝一個客戶機信息軟件嗎。這種情況下，B/S模式就顯示出它的巨大優(yōu)勢，改用這種模式就是一種必然的選擇。新系統(tǒng)采用B／S架構(gòu)，結(jié)合了ASP技術(shù)，并將組件技術(shù)COM+和ActiveX技術(shù)分別應(yīng)用在服務(wù)器端和客戶端。該系統(tǒng)的實現(xiàn)主要分為三個部分：ASP頁面、COM+組件和數(shù)據(jù)庫，是一個三層結(jié)構(gòu)。表示層由ASP頁面組成，用以實現(xiàn)WEB頁面顯示和調(diào)用COM+組件，業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問由一組用VC實現(xiàn)的COM+組件構(gòu)成。為了便于維護(hù)、升級和實現(xiàn)分布式應(yīng)用，在實現(xiàn)過程中，又將業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層分離開，ASP頁面不直接調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層，而是通過業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用數(shù)據(jù)庫。一些需要用WEB處理的、滿足大多數(shù)訪問者請求的功能界面采用B／S結(jié)構(gòu)，例如任課教師可以通過瀏覽器查詢所教班級學(xué)生各種相關(guān)信息；學(xué)校管理人員通過瀏覽器對學(xué)校的學(xué)生、教師等信息進(jìn)行管理與維護(hù)以及查詢統(tǒng)計；領(lǐng)導(dǎo)層可通過瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢和決策。第38頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.5基于構(gòu)件的模式1、基于構(gòu)件模式的基本結(jié)構(gòu)一般認(rèn)為，構(gòu)件是指語義完整、語法正確和有可重用價值的單位軟件，是軟件重用過程中可以明確辯識的系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)上，它是語義描述、通訊接口和實現(xiàn)代碼的復(fù)合體。簡單地說，構(gòu)件是具有一定的功能，能夠獨立工作或能同其它構(gòu)件裝配起來協(xié)調(diào)工作的程序體，構(gòu)件的使用同他的開發(fā)、生產(chǎn)無關(guān)。從抽象程度來看，面向?qū)ο蠹夹g(shù)已達(dá)到了類級重用(代碼重用)，它以類為封裝的單位。這樣的重用粒度還太小，不足以解決異構(gòu)互操作和效率更高的重用。構(gòu)件將抽象的程度提到一個更高的層次，它是對一組類的組合進(jìn)行封裝，并代表完成一個或多個功能的特定服務(wù)，也為用戶提供了多個接口。整個構(gòu)件隱藏了具體的實現(xiàn)，只用接口提供服務(wù)。

第39頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.5基于構(gòu)件的模式2、基于構(gòu)件模式的優(yōu)缺點基于構(gòu)件的軟件架構(gòu)模式是軟件開發(fā)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，是目前主流的應(yīng)用軟件架構(gòu)模式，其優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）完全黑盒的軟件復(fù)用，整個構(gòu)件隱藏了具體的實現(xiàn)，只用接口提供服務(wù)。不僅能實現(xiàn)代碼復(fù)用，還實現(xiàn)了核心功能復(fù)用。（2）總體架構(gòu)的松耦合，構(gòu)件與構(gòu)件之間都是松耦合的，相同接口而不同實現(xiàn)的構(gòu)件完全可以互換。（3）軟件生產(chǎn)周期縮短，目前，人們更傾向于購買使用已開發(fā)好的構(gòu)件來構(gòu)建自己的系統(tǒng)，從而使開發(fā)時間大大縮短。（4）能適應(yīng)遠(yuǎn)程訪問的分布式、多層次異構(gòu)系統(tǒng)。（5）具有靈活方便的升級能力和系統(tǒng)模塊的更新維護(hù)能力。存在的缺點主要有以下幾點：一是大量使用第三方構(gòu)件給軟件的安全帶來隱患；二是購買構(gòu)件可能使軟件成本增加；三是非定制的構(gòu)件中存在的無用部分可能帶來性能負(fù)擔(dān)。第40頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.5基于構(gòu)件的模式3、應(yīng)用實例在此以企事業(yè)單位的檔案管理系統(tǒng)為例，檔案MIS系統(tǒng)基于C/S(Client/Server)與B/S(Browser/Server)混合結(jié)構(gòu)對檔案信息進(jìn)行全面收集、加工、存儲、傳輸和利用，并對管理活動進(jìn)行控制。針對檔案管理的業(yè)務(wù)流程，檔案管理信息系統(tǒng)應(yīng)具有庫文件管理、著錄標(biāo)引、分類編目、排序、查詢、借閱、打印、統(tǒng)計、報表等功能，形成若干子系統(tǒng)。根據(jù)對檔案工作領(lǐng)域的分析結(jié)果，建立開發(fā)模型，明確劃分三類構(gòu)件，即：將系統(tǒng)中不變(或基本不變)部分作為通用類構(gòu)件，如各類型的檔案單位都要進(jìn)行大量的查詢、統(tǒng)計、報表等操作；可變部分，則歸入專用類構(gòu)件，如著錄標(biāo)引、分類編目、借閱等；而系統(tǒng)類構(gòu)件，則是在整個MIS中都要用到的構(gòu)件，如開發(fā)工具的菜單、窗口、網(wǎng)絡(luò)安全模塊等。

第41頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.5基于構(gòu)件的模式3、應(yīng)用實例第42頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.6軟件架構(gòu)建模技術(shù)研究軟件架構(gòu)的首要問題是如何表示軟件架構(gòu)，即如何對軟件架構(gòu)建模。根據(jù)建模的側(cè)重點的不同，可以將軟件架構(gòu)的模型分為5種：結(jié)構(gòu)模型、框架模型、動態(tài)模型、過程模型和功能模型。在這5個模型中，最常用的是結(jié)構(gòu)模型和動態(tài)模型。（1）結(jié)構(gòu)模型這是一個最直觀、最普遍的建模方法。這種方法以架構(gòu)的構(gòu)件、連接件和其他概念來刻畫結(jié)構(gòu)，并力圖通過結(jié)構(gòu)來反映系統(tǒng)的重要語義內(nèi)容，包括系統(tǒng)的配置、約束、隱含的假設(shè)條件、風(fēng)格、性質(zhì)。研究結(jié)構(gòu)模型的核心是架構(gòu)描述語言。（2）框架模型框架模型與結(jié)構(gòu)模型類似，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題為目標(biāo)建立只針對和適應(yīng)該問題的結(jié)構(gòu)。第43頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.6軟件架構(gòu)建模技術(shù)（3）動態(tài)模型動態(tài)模型是對結(jié)構(gòu)或框架模型的補充，研究系統(tǒng)的"大顆粒"的行為性質(zhì)。例如，描述系統(tǒng)的重新配置或演化。動態(tài)可能指系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的配置、建立或拆除通信通道或計算的過程。這類系統(tǒng)常是激勵型的。（4）過程模型過程模型研究構(gòu)造系統(tǒng)的步驟和過程。因而結(jié)構(gòu)是遵循某些過程腳本的結(jié)果。（5）功能模型該模型認(rèn)為架構(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)。它可以看作是一種特殊的框架模型。這5種模型各有所長，如果將5種模型有機地統(tǒng)一在一起，形成一個完整的模型來刻畫軟件架構(gòu)，將能更加準(zhǔn)確、全面地反映軟件架構(gòu)。第44頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.6.1軟件架構(gòu)“4+1”視圖模型

PhilippeKruchten在1995年提出了一個"4+1"的視角模型。"4+1"模型從5個不同的視角包括邏輯視角、過程視角、物理視角、開發(fā)視角和場景視角來描述軟件架構(gòu)。每一個視角只關(guān)心系統(tǒng)的一個側(cè)面，5個視角結(jié)合在一起才能夠反映系統(tǒng)的軟件架構(gòu)的全部內(nèi)容。"4+1"視圖模型如圖7.14所示。

第45頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.6.2“4+1”視圖模型建模方法

1、邏輯視角－邏輯結(jié)構(gòu)邏輯視角主要對系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，采用的是面向?qū)ο蟮姆纸獾姆椒?。邏輯架?gòu)主要支持功能性需求――即在為用戶提供服務(wù)方面系統(tǒng)所應(yīng)該提供的功能。系統(tǒng)分解為一系列的關(guān)鍵抽象，（大多數(shù)）來自于問題域，表現(xiàn)為對象或?qū)ο箢惖男问?。它們采用抽象、封裝和繼承的原理。分解并不僅僅是為了功能分析，而且用來識別遍布系統(tǒng)各個部分的通用機制和設(shè)計元素。一般使用Rational/Booch方法來表示邏輯架構(gòu)，主要借助于類圖和類模板的手段。類圖用來顯示一個類的集合和它們的邏輯關(guān)系：關(guān)聯(lián)、使用、組合、繼承等等。相似的類可以劃分成類集合。類模板關(guān)注于單個類，它們強調(diào)主要的類操作，并且識別關(guān)鍵的對象特征。如果需要定義對象的內(nèi)部行為，則使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)圖來完成。公共機制或服務(wù)可以在類功能（classutilities）中定義。對于數(shù)據(jù)驅(qū)動程度高的應(yīng)用程序，可以使用其他形式的邏輯視圖，例如E-R圖，來代替面向?qū)ο蟮姆椒ā?/p>

第46頁,共51頁，2024年2月25日，星期天7.6.2“4+1”視圖模型建模方法

2、進(jìn)程視角－進(jìn)程架構(gòu)進(jìn)程視角主要對系統(tǒng)的進(jìn)程架構(gòu)進(jìn)行建模，采用過程分解的方法。進(jìn)程架構(gòu)考慮一些非功能性的需求，如性能和可用性。它解決并發(fā)性、分布性、系統(tǒng)完整性、容錯性的問題，以及邏輯視圖的主要抽象如何與進(jìn)程結(jié)構(gòu)相配合在一起――即在哪個控制線程上，對象的操作被實際執(zhí)行。進(jìn)程架構(gòu)可以在幾種層次的抽象上進(jìn)行描述，每個層次針對不同的問題。在最高的層次上，進(jìn)程架構(gòu)可以視為一組獨立執(zhí)行的通信程序的邏輯網(wǎng)絡(luò)，它們分布在整個一組硬件資源上，這些資源通過LAN或者WAN連接起來。多個邏輯網(wǎng)絡(luò)可能同時并存，共享相同的物理資源。例如，獨立的邏輯網(wǎng)絡(luò)可能用