52浙江大學(xué)王燦《軟件體系結(jié)構(gòu)》視頻課程7-構(gòu)架設(shè)計(jì)案例省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

設(shè)計(jì)構(gòu)架(1)1/25簡(jiǎn)短回顧在前幾節(jié)課我們學(xué)習(xí)了構(gòu)架商業(yè)性方面構(gòu)架視圖和結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬性實(shí)現(xiàn)質(zhì)量屬性構(gòu)架戰(zhàn)術(shù)和模式這些組成了我們進(jìn)行構(gòu)架設(shè)計(jì)背景知識(shí)生命周期中構(gòu)架設(shè)計(jì)構(gòu)架形成團(tuán)體結(jié)構(gòu)創(chuàng)建骨架系統(tǒng)2/25軟件生命周期常見(jiàn)軟件生命周期模型瀑布模型瀑布模型將軟件生命周期各項(xiàng)活動(dòng)要求為依固定次序聯(lián)接若干階段工作，形如瀑布流水，最終得到軟件產(chǎn)品演化模型用戶能夠給出待開(kāi)發(fā)系統(tǒng)關(guān)鍵需求，而且當(dāng)看到關(guān)鍵需求實(shí)現(xiàn)后，能夠有效地提出反饋，以支持系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。螺旋模型瀑布模型與演化模型相結(jié)合，并加入二者所忽略風(fēng)險(xiǎn)分析所建立一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)模型。構(gòu)架在軟件生命周期中處于一個(gè)什么位置？3/25演化模型生命周期軟件概念初步需求分析構(gòu)架和系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)交付最終版本獲取客戶反饋開(kāi)發(fā)一個(gè)版本匯總客戶反饋交付該版本4/25何時(shí)能夠開(kāi)始構(gòu)架設(shè)計(jì)首先要有需求但我們并不需要太多需求來(lái)開(kāi)始構(gòu)架設(shè)計(jì)形成構(gòu)架原因包含功效需求質(zhì)量需求商業(yè)需求這些需求我們成為構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因比如：第三章案例中介紹A-7E航空電子系統(tǒng)可修改性和性能需求第六章案例中空中交通管制系統(tǒng)可用性需求5/25決定構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因識(shí)別構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因識(shí)別最高優(yōu)先級(jí)商業(yè)目標(biāo)應(yīng)該只有幾個(gè)將這些商業(yè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量屬性場(chǎng)景或使用案例從中選擇對(duì)構(gòu)架產(chǎn)生最大影響部分這些就是構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因應(yīng)該不多于10個(gè)使用案例是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)所執(zhí)行一系列動(dòng)作描述，通常功效屬性需求都能夠由用戶案例表示6/25屬性驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)(ADD)ADD是一個(gè)設(shè)計(jì)軟件構(gòu)架方法，該方法依據(jù)軟件質(zhì)量屬性需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分解一個(gè)遞歸分解過(guò)程系統(tǒng)分解基于系統(tǒng)必須滿足質(zhì)量屬性每個(gè)階段都選擇戰(zhàn)術(shù)和構(gòu)架模式來(lái)滿足一組質(zhì)量屬性場(chǎng)景，然后對(duì)功效進(jìn)行分配，以實(shí)例化由該模塊所提供模塊類型ADD結(jié)果：得到一個(gè)粗粒度劃分，即模塊分解視圖和其它視圖最初幾個(gè)層次系統(tǒng)被描述為功效和功效之間交互一組容器7/25案例分析－車庫(kù)門開(kāi)關(guān)器(1)目標(biāo)：為家庭信息系統(tǒng)(HIS)中車庫(kù)門開(kāi)關(guān)器設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品線構(gòu)架開(kāi)關(guān)器負(fù)責(zé)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程控制或家庭信息系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車門升起或下降A(chǔ)DD輸入：一組需求使用用戶案例表示功效需求限制使用質(zhì)量屬性場(chǎng)景表示質(zhì)量需求8/25案例分析－車庫(kù)門開(kāi)關(guān)器(2)車庫(kù)門系統(tǒng)質(zhì)量屬性場(chǎng)景對(duì)于產(chǎn)品線中各種產(chǎn)品而言，用于開(kāi)門和關(guān)門設(shè)備和控制裝置是不一樣不一樣產(chǎn)品中使用處理器不一樣假如車庫(kù)門在下降過(guò)程中檢測(cè)到一個(gè)障礙物，它必須在0.1秒內(nèi)停頓能夠在家庭信息系統(tǒng)內(nèi)使用產(chǎn)品相關(guān)診療協(xié)議來(lái)診療和管理車庫(kù)門開(kāi)關(guān)器。因改能夠直接產(chǎn)生一個(gè)反應(yīng)該協(xié)議構(gòu)架9/25ADD步驟1.選擇要分解模塊從整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行分解時(shí)，要求全部輸入都是可取得限制條件、功效需求、質(zhì)量需求2.依據(jù)這些步驟對(duì)模塊進(jìn)行求精從詳細(xì)質(zhì)量場(chǎng)景和功效需求集合中選擇構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因選擇或創(chuàng)建滿足構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因構(gòu)架模式，確定所用戰(zhàn)術(shù)需要子模塊實(shí)例化模塊并依據(jù)使用案例分配功效，使用多個(gè)視圖進(jìn)行表示定義子模塊接口驗(yàn)證使用案例和質(zhì)量場(chǎng)景并對(duì)其進(jìn)行求精，使它們成為子模塊限制3.對(duì)需要深入分解每個(gè)模塊重復(fù)上述步驟10/25選擇要分解模塊系統(tǒng)分解步驟：系統(tǒng)子系統(tǒng)子模塊示例中，系統(tǒng)指是車庫(kù)門開(kāi)關(guān)器在這個(gè)級(jí)別一個(gè)限制是：開(kāi)關(guān)器必須能與家庭信息系統(tǒng)進(jìn)行交互11/252.a選擇構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因進(jìn)行分解時(shí)，需要從質(zhì)量屬性場(chǎng)景和功效需求中選擇對(duì)應(yīng)構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因在模塊高優(yōu)先級(jí)需求中在車庫(kù)門系統(tǒng)中，已給出4個(gè)場(chǎng)景就是構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因，它們給出了以下需求可修改性實(shí)時(shí)性能需求ADD特點(diǎn)在于，對(duì)于模塊全部需求并非同等對(duì)待經(jīng)過(guò)選擇構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因，我們將問(wèn)題簡(jiǎn)化為滿足最主要需求在滿足最主要需求條件下，才滿足不太主要需求12/25選擇構(gòu)架模式(1)對(duì)于每個(gè)質(zhì)量屬性需求，在構(gòu)架設(shè)計(jì)中，我們都有對(duì)應(yīng)戰(zhàn)術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)它每個(gè)戰(zhàn)術(shù)都有對(duì)應(yīng)成本每個(gè)戰(zhàn)術(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量屬性，不過(guò)也可能對(duì)一些質(zhì)量屬性產(chǎn)生負(fù)面影響通常我們會(huì)在構(gòu)架設(shè)計(jì)中選擇戰(zhàn)術(shù)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)質(zhì)量屬性平衡13/25選擇構(gòu)架模式(2)該步驟目標(biāo)是建立一個(gè)由模塊類型組成總體構(gòu)架模式該模式經(jīng)過(guò)組合選定戰(zhàn)術(shù)，滿足構(gòu)架驅(qū)動(dòng)原因影響戰(zhàn)術(shù)選擇兩個(gè)原因驅(qū)動(dòng)原因本身實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)模式對(duì)其它質(zhì)量屬性產(chǎn)生副作用14/25選擇構(gòu)架模式(3)---示例比如：為了達(dá)成系統(tǒng)可修改性，一個(gè)經(jīng)典戰(zhàn)術(shù)就是使用“解釋器”模式不過(guò)使用解釋器模式會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生較大負(fù)面影響是否使用“解釋器”模式依賴于可修改性與性能主要性對(duì)比一個(gè)可行決議為：對(duì)總體模式部分使用“解釋器”，其它部分則使用其它戰(zhàn)術(shù)15/25選擇構(gòu)架模式(4)按照案例分析中所提到兩個(gè)關(guān)鍵需求：性能和可修改性，我們能夠使用學(xué)過(guò)響應(yīng)戰(zhàn)術(shù)來(lái)滿足可修改性戰(zhàn)術(shù)回顧局部化變更預(yù)防連鎖反應(yīng)推遲綁定時(shí)間我們案例中，可修改性場(chǎng)景主要與系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)變更相關(guān)，所以我們能夠使用“局部化變更”戰(zhàn)術(shù)所采取詳細(xì)戰(zhàn)術(shù)為：“語(yǔ)義一致性”和信息隱藏16/25選擇構(gòu)架模式(5)性能戰(zhàn)術(shù)回顧資源需求提升計(jì)算效率資源仲裁優(yōu)化調(diào)度算法資源管理不論是引入并發(fā)，還是維持?jǐn)?shù)據(jù)或計(jì)算備份，還是增加可用資源，都無(wú)助于提升車庫(kù)門響應(yīng)速度17/25選擇構(gòu)架模式(6)最終選定和應(yīng)用詳細(xì)戰(zhàn)術(shù)語(yǔ)義一致性將處理用戶接口、通訊和傳感器部分都放入各自單獨(dú)模塊信息隱藏為通訊和傳感器模塊使用“虛擬機(jī)”技術(shù)，隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)提升計(jì)算效率提升關(guān)鍵部分（瓶頸）計(jì)算效率精心調(diào)度對(duì)關(guān)鍵性能計(jì)算進(jìn)行調(diào)度，確保實(shí)時(shí)響應(yīng)需求18/25應(yīng)用了戰(zhàn)術(shù)后導(dǎo)出模式這并非唯一可導(dǎo)出模式這是一個(gè)滿足了需求模式非關(guān)鍵性能計(jì)算虛擬機(jī)關(guān)鍵性能計(jì)算用戶界面確保時(shí)限時(shí)間調(diào)度程序選擇構(gòu)架模式(7)19/25實(shí)例化模塊(1)前面步驟確定了模塊分解結(jié)構(gòu)，接下來(lái)要確定怎樣實(shí)例化這些模塊類型在ADD方法中，功效分配標(biāo)準(zhǔn)類似于其它設(shè)計(jì)方法實(shí)際系統(tǒng)中往往有多個(gè)模塊，每組功效都會(huì)有一個(gè)模塊模塊功效實(shí)例化升/降門（沒(méi)有時(shí)限，非關(guān)鍵性能計(jì)算）診療（非關(guān)鍵性能計(jì)算）障礙物檢測(cè)（有時(shí)限，關(guān)鍵性能計(jì)算）通信、傳感等（有可修改性需求，使用“虛擬機(jī)”技術(shù)）20/25實(shí)例化模塊(2)診療通訊虛擬機(jī)障礙物檢測(cè)用戶接口確保時(shí)限時(shí)間調(diào)度程序升/降門傳感器/啟發(fā)器虛擬機(jī)21/25分配功效(1)該步驟目標(biāo)是驗(yàn)證現(xiàn)有分解時(shí)限所要求功效預(yù)防功效遺漏應(yīng)用與父模塊相關(guān)用例能夠讓構(gòu)架師更詳細(xì)了解功效分布情況可能造成增加或刪除子模塊父模塊每個(gè)用例都可用子模塊一系列責(zé)任來(lái)表示22/25分配功效(2)為分解模塊中子模塊分配責(zé)任還會(huì)幫助發(fā)覺(jué)必要信息交換這必須作為生產(chǎn)者/消費(fèi)者關(guān)系統(tǒng)計(jì)下來(lái)信息交互細(xì)節(jié)在這一步并不主要一些交互將引入模塊間交互特定模式比如：公布/訂閱模式必須統(tǒng)計(jì)這些模式，對(duì)于受影響模塊而言，它們將轉(zhuǎn)化為責(zé)任23/25用多個(gè)視圖表示構(gòu)架(1)通常使用三種主要視圖類型中，每種選擇一個(gè)視圖來(lái)表示構(gòu)架（假如這些視圖表示還不足夠怎么辦？）模塊分解視圖為責(zé)任提供容器；確定模塊間主要數(shù)據(jù)流關(guān)系并發(fā)視圖確定資源競(jìng)爭(zhēng)、可能出現(xiàn)死鎖和數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題可能會(huì)發(fā)覺(jué)模塊新責(zé)任比如對(duì)臨界資源并發(fā)訪問(wèn)必須在模塊視圖中對(duì)這個(gè)新責(zé)任進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可能造成新模塊產(chǎn)生比如：一個(gè)資源管理器24/25用多個(gè)視圖表示構(gòu)架(2)了