軟件體系結(jié)構(gòu)課件：第1章 軟件體系結(jié)構(gòu)概述

第1章軟件體系結(jié)構(gòu)概述教學(xué)內(nèi)容

引言軟件體系結(jié)構(gòu)的意義軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)教材教學(xué)內(nèi)容

引言軟件體系結(jié)構(gòu)的意義軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)引言三個(gè)小故事……

故事一：做“俯臥撐”的大樓故事二：著名的美國(guó)塔科馬海峽大橋故事三：瓦薩戰(zhàn)艦引言做“俯臥撐”的大樓根據(jù)上海市政府公布的調(diào)查結(jié)果，房屋傾倒的主要原因是緊貼7號(hào)樓北側(cè)在短期內(nèi)堆土過(guò)高，最高處達(dá)10米左右。與此同時(shí)，緊臨大樓南側(cè)的地下車庫(kù)基坑正在開(kāi)挖，開(kāi)挖深度達(dá)4.6米。大樓兩側(cè)的壓力差使土體產(chǎn)生水平位移，過(guò)大的水平力超過(guò)了樁基的抗側(cè)能力，導(dǎo)致房屋傾倒。（山寨版原因之一：此棟樓房系自殺，原因是房?jī)r(jià)太高，自愧不值，畏罪自殺。

）引言著名的美國(guó)塔科馬海峽大橋(TacomaNarrowsBridge)引言著名的美國(guó)塔科馬海峽大橋(TacomaNarrowsBridge)引言著名的美國(guó)塔科馬海峽大橋(TacomaNarrowsBridge)1940年7月1日通車的塔科馬海峽大橋是一座主跨853米的懸索橋，橋梁長(zhǎng)度1524米，橋下通航凈高59.40米，1940年11月7日上午11點(diǎn)15分（美國(guó)太平洋時(shí)間），戲劇性地被海風(fēng)摧毀而坍塌，可憐的小狗Tubby隨之一同掉落進(jìn)普及特海峽，成為這次事故的唯一遇難者，后人稱之為“橋梁建筑史上的珍珠港”。對(duì)普及特海峽來(lái)說(shuō)，倒塌的大橋也成為了世界上最大的人造礁石之一。1940年11月28日，美國(guó)海軍的水文辦公室報(bào)告稱，橋梁遺骸的地理坐標(biāo)是（47.16'00"N，122.33'00"W），深度180英尺（55m）。引言著名的美國(guó)塔科馬海峽大橋(TacomaNarrowsBridge)從20世紀(jì)40年代后期開(kāi)始，圍繞塔科馬海峽大橋風(fēng)毀事故的原因后人進(jìn)行了大量的分析與試驗(yàn)研究。橋梁界最后給出的正式結(jié)論是震撼而有深遠(yuǎn)借鑒意義的：“塔科馬大橋使用了嶄新而沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使大橋建成后毀于風(fēng)力造成的風(fēng)振?！庇捎跇蛄涸O(shè)計(jì)（換成IT界的話來(lái)講，就是橋梁的架構(gòu)）的原因，導(dǎo)致了這樣慘痛的工程失敗。故事是令人震撼的，背后的教訓(xùn)也是深刻的。雖然后續(xù)橋梁工程實(shí)施的質(zhì)量無(wú)可挑剔，但正是橋梁設(shè)計(jì)使用了全新的架構(gòu)，并且該架構(gòu)沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，從而導(dǎo)致最終橋梁崩潰性災(zāi)難的發(fā)生。人類所有工程領(lǐng)域的進(jìn)步都是建立在這樣一系列失敗的基礎(chǔ)之上，并逐漸走向成熟和成功。引言瓦薩戰(zhàn)艦引言瓦薩戰(zhàn)艦“瓦薩”號(hào)戰(zhàn)艦是現(xiàn)存最古老的戰(zhàn)艦殘骸之一，也是世界上第一批風(fēng)帆炮艦和當(dāng)時(shí)世界最大的炮艦。它在處女航中離岸10多分鐘就沉沒(méi)了，其終點(diǎn)是水下30米，當(dāng)時(shí)船上150人中有數(shù)十人喪生。直到300多年后，它才被打撈上岸。1628年8月10日，斯德哥爾摩碼頭人頭攢動(dòng)，人們都在焦急地等待，翹首企盼著堪稱世界最頂級(jí)的“瓦薩”號(hào)戰(zhàn)艦。

引言瓦薩戰(zhàn)艦“瓦薩”號(hào)首航僅僅10多分鐘就結(jié)束了。其建造過(guò)程中埋下的很多隱患：安置太多重炮卻沒(méi)有足夠的壓艙物，導(dǎo)致戰(zhàn)艦重心過(guò)高；首航前沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試等等，都是“瓦薩”號(hào)沉沒(méi)的罪魁。但因?yàn)橐磺卸际且勒諊?guó)王的要求建造的，所以，這個(gè)轟動(dòng)一時(shí)的沉船事件最后也就不了了之。引言瓦薩戰(zhàn)艦瓦薩戰(zhàn)艦的故事雖然發(fā)生在370多年前，但卻很好地說(shuō)明了軟件架構(gòu)的重要性：系統(tǒng)需求來(lái)自于企業(yè)目標(biāo)，架構(gòu)來(lái)自于系統(tǒng)需求，系統(tǒng)來(lái)自于架構(gòu)。構(gòu)架與設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)、當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平有著密切的聯(lián)系。瓦薩戰(zhàn)艦的設(shè)計(jì)師HenrikHybertsson雖然是當(dāng)時(shí)享有盛譽(yù)的知名設(shè)計(jì)師，但是無(wú)論從他本人的經(jīng)驗(yàn)（從未設(shè)計(jì)過(guò)類似規(guī)模的戰(zhàn)艦）還是當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平來(lái)看，都不具備相應(yīng)的條件。引言看一組數(shù)字……引言建筑行業(yè)華盛頓州立大學(xué)計(jì)算機(jī)系某項(xiàng)目——延誤幾個(gè)月且超支2050萬(wàn)美元（計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程大樓建設(shè)項(xiàng)目

不是軟件項(xiàng)目，Sanchez1998）西雅圖水手隊(duì)棒球館——1995年估算成本2億5千萬(wàn)美元，它最后建成于1999年，耗資5億1700萬(wàn)美元（Withers1999）波士頓BigDig公路（美國(guó)歷史上最昂貴的公路項(xiàng)目）建造項(xiàng)目，最初估算成本為26億美元，最終成本總計(jì)超過(guò)150億美元（AssociatedPress2003）……引言軟件行業(yè)愛(ài)爾蘭人力資源管理系統(tǒng)（PersonnelPayrollandRelatedSystems,PPARS）——最初的預(yù)算為880萬(wàn)歐元，在成本超支達(dá)到1億4千萬(wàn)歐元后被取消（TheIrishTimes2005）美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局(FBI)虛擬案件檔案(VirtualCaseFile,VCF)系統(tǒng)——在花費(fèi)了1億7千萬(wàn)美元卻只交付了1/10的計(jì)劃功能的情況下被擱置(Arnone2005)，該項(xiàng)目更換了5任信息總監(jiān)和10位項(xiàng)目經(jīng)理，合同變更36次（Knorr2005）……教學(xué)內(nèi)容

引言軟件體系結(jié)構(gòu)的意義軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)軟件體系結(jié)構(gòu)的意義簡(jiǎn)單VS復(fù)雜隱藏在簡(jiǎn)單背后的復(fù)雜軟件體系結(jié)構(gòu)的意義Highertechnicalcomplexity-Embedded,real-time,distributed,fault-tolerant-Custom,unprecedented,architecturereengineering-HighperformanceLowertechnicalcomplexity-Mostly4GL,orcomponent-based-Applicationreengineering-InteractiveperformanceHighermanagementcomplexity-Largescale-Contractual-Manystakeholders-“Projects”Lowermanagementcomplexity-Smallscale-Informal-Singlestakeholder-“Products”DefenseMISSystemDefense

WeaponSystemTelecomSwitchCASEToolNationalAirTrafficControlSystemEnterpriseIS(FamilyofISApplications)CommercialCompilerBusinessSpreadsheetISApplicationDistributedObjects(OrderEntry)SmallScientificSimulationLarge-ScaleOrganization/EntitySimulation

Anaveragesoftwareproject-5-10people-3-9monthduration-3-5externalinterfaces-Someunknowns&risksEmbeddedAutomotiveSoftwareISApplicationGUI/RDB(OrderEntry)軟件體系結(jié)構(gòu)的意義技術(shù)的復(fù)雜性Assembly

Fortran/COBOL

Simula

C++

JavaNakedHW

BIOS

OS

Middleware

Domain-SpecificWaterfall

Spiral

Iterative

AgileProcedural

ObjectOriented

ServiceOrientedEarlytools

CLE

IDE

XDE

CDEIndividual

Workgroup

OrganizationLanguages:Platforms:Processes:Architecture:Tools:Enablement:軟件體系結(jié)構(gòu)的意義建造一個(gè)狗窩CanbebuiltbyonepersonRequires Minimalmodeling Simpleprocess Simpletools軟件體系結(jié)構(gòu)的意義建造一棟別墅BuiltmostefficientlyandtimelybyateamRequires Modeling Well-definedprocess Powertools軟件體系結(jié)構(gòu)的意義建造摩天大樓???軟件體系結(jié)構(gòu)的意義建模軟件體系結(jié)構(gòu)的意義建模軟件體系結(jié)構(gòu)的意義建模軟件體系結(jié)構(gòu)的意義需求實(shí)現(xiàn)Architecture教學(xué)內(nèi)容

引言軟件體系結(jié)構(gòu)的意義軟件體系結(jié)構(gòu)的定義軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義目前還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，普遍接受的定義“..bridging

thegapbetweenrequirementsandimplementations…”(DavidGarlan&DewanePerry)軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義CODEimplementationdesignarchitectureArchitecturaldecisionsarethemostfundamentaldecisions;changingthemwillhavesignificantrippleeffects.軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義*SEI軟件體系結(jié)構(gòu)討論群定義如下：一個(gè)程序/系統(tǒng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，它們之間的相互關(guān)系，以及在設(shè)計(jì)和交付的整個(gè)過(guò)程中的原則和指導(dǎo)方針。一般來(lái)說(shuō)，軟件體系結(jié)構(gòu)定義需要考慮到系統(tǒng)中的構(gòu)件及其它們之間的相互作用。軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義Kruchten指出，軟件體系結(jié)構(gòu)具有四個(gè)角度，它們從不同方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述，其中概念角度描述系統(tǒng)的主要構(gòu)件及它們之間的關(guān)系；模塊角度包含功能分解與層次結(jié)構(gòu)；運(yùn)行角度描述了一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)；代碼角度描述了各種代碼和庫(kù)函數(shù)在開(kāi)發(fā)環(huán)境中的組織。軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義DavidGarlan和DewnePerry于1995年在IEEE軟件工程學(xué)報(bào)上采用如下的定義：軟件體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)程序/系統(tǒng)各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、它們之間的相互關(guān)系以及進(jìn)行設(shè)計(jì)的原則和隨時(shí)間進(jìn)化的指導(dǎo)方針。軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義BarryBoehm和他的學(xué)生提出，一個(gè)軟件體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)軟件和系統(tǒng)構(gòu)件，互聯(lián)及約束的集合；一個(gè)系統(tǒng)需求說(shuō)明的集合；一個(gè)基本原理用以說(shuō)明這一構(gòu)件，互聯(lián)和約束能夠滿足系統(tǒng)需求。軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義1997年，Bass，Ctements和Kazman在《實(shí)用軟件體系結(jié)構(gòu)》一書(shū)中給出如下的定義：一個(gè)程序或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或一組軟件構(gòu)件、軟件構(gòu)件的外部的可見(jiàn)特性及其相互關(guān)系。其中，“軟件外部的可見(jiàn)特性”是指軟件構(gòu)件提供的服務(wù)、性能、特性、錯(cuò)誤處理、共享資源使用等。軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義*MaryShaw和DavidGarlan認(rèn)為軟件體系結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)元素的描述，設(shè)計(jì)元素的交互，設(shè)計(jì)元素組合的模式，以及在這些模式中的約束。軟件體系結(jié)構(gòu)包括構(gòu)件(Component)、連接件(Connector)和約束(Constraint)或配置(Configuration)三大要素。軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義MaryShaw和DavidGarlanProfessorofComputerScienceatCarnegieMellonUniversityProfessorofComputerScienceatCarnegieMellonUniversity軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義軟件體系結(jié)構(gòu)的定義定義*國(guó)內(nèi)普遍接受的定義：軟件體系結(jié)構(gòu)包括構(gòu)件、連接件和約束，它是可預(yù)制和可重構(gòu)的軟件框架結(jié)構(gòu)。構(gòu)件是可預(yù)制和可重用的軟件部件，是組成體系結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算單元或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元連接件也是可預(yù)制和可重用的軟件部件，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(lái)描述軟件體系結(jié)構(gòu)=構(gòu)件+連接件+約束軟件體系結(jié)構(gòu)的定義構(gòu)件構(gòu)件是指一個(gè)計(jì)算單元或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，可以是一個(gè)處理過(guò)程或數(shù)據(jù)元素。構(gòu)件是用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算和狀態(tài)的單元，可以工作在：客戶端、服務(wù)器端、數(shù)據(jù)庫(kù)或?qū)拥?。?gòu)件可簡(jiǎn)單可復(fù)雜：復(fù)雜構(gòu)件描述一個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)體系結(jié)構(gòu)由一些描述系統(tǒng)的復(fù)雜構(gòu)件組成。軟件體系結(jié)構(gòu)的定義連接件連接件是體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)元素，它可以用于建模：構(gòu)件之間的相互作用控制這些相互作用的規(guī)則簡(jiǎn)單相互作用：過(guò)程的調(diào)用訪問(wèn)共享變量復(fù)雜和語(yǔ)義相關(guān)的相互作用：客戶端-服務(wù)器協(xié)議數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)協(xié)議異步事件的多點(diǎn)傳送管道數(shù)據(jù)流軟件體系結(jié)構(gòu)的定義約束約束描述了體系結(jié)構(gòu)的配置和拓?fù)湟?，配置或拓?fù)涫侵笜?gòu)件和連接件組成的一個(gè)連接圖，它用于描述軟件體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，確定了體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件與連接件之間的連接關(guān)系：正確的連接性并發(fā)和分布性符合設(shè)計(jì)的啟發(fā)式和風(fēng)格規(guī)則教學(xué)內(nèi)容

引言軟件體系結(jié)構(gòu)的意義軟件體系結(jié)構(gòu)的定義

軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展建筑架構(gòu)的發(fā)展——基礎(chǔ)研究階段軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件架構(gòu)的發(fā)展——基礎(chǔ)研究階段1985年-1994年軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員習(xí)慣使用一些沒(méi)有統(tǒng)一格式和語(yǔ)義的圖形來(lái)描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。雖然描述的是各自負(fù)責(zé)的不同類型的系統(tǒng)，但在描述風(fēng)格和手段方面卻有著很多共性，不同系統(tǒng)之間也有著很多設(shè)計(jì)手段或風(fēng)格上的共性。一些重要的基本思想和基礎(chǔ)概念開(kāi)始浮出水面：數(shù)據(jù)/信息隱藏和封裝、抽象數(shù)據(jù)類型、面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等開(kāi)始嘗試一些為了解決特定行業(yè)、特定問(wèn)題所采用的具有明顯針對(duì)性的設(shè)計(jì)手段和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。試圖識(shí)別出通用的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格和設(shè)計(jì)方式，嘗試找到和應(yīng)用一些通用的方法來(lái)描述不同類型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展建筑架構(gòu)的發(fā)展——概念確立階段軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件架構(gòu)的發(fā)展——概念確立階段1992年-1996年設(shè)計(jì)模式軟件體系結(jié)構(gòu)（架構(gòu)）基本概念和模型的確立體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言（ADL）的發(fā)展體系結(jié)構(gòu)表述及分析規(guī)則的制定體系結(jié)構(gòu)元素及風(fēng)格的分類研究體系結(jié)構(gòu)評(píng)估方法（如SAAM等）架構(gòu)視圖（4+1視圖）軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展建筑架構(gòu)的發(fā)展——探索發(fā)展階段軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件架構(gòu)的發(fā)展——探索發(fā)展階段1995年-2000年1995年IEEE專門針對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的特刊1997年，ACME體系結(jié)構(gòu)交互語(yǔ)言，為不同體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言之間的交互提供一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)1998年，軟件體系結(jié)構(gòu)工作會(huì)議WICSA(WorkingIEEE/IFIPConferenceonSoftwareArchitecture)2000年，軟件架構(gòu)的路線圖架構(gòu)模式與設(shè)計(jì)模式軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件架構(gòu)的發(fā)展——探索發(fā)展階段體系結(jié)構(gòu)評(píng)估方法的發(fā)展：SAAMATAM經(jīng)驗(yàn)和成果開(kāi)始在工業(yè)界大規(guī)模應(yīng)用，如Raytheon公司的REAP(RaytheonEnterpriseArchitectureProcess)UML(UnifiedModelingLanguage)的發(fā)展RUP(RationalUnifiedProcess)面向?qū)ο筌浖軜?gòu)框架(ArchitectureFramework)或架構(gòu)平臺(tái)(ArchitecturePlatform)：Sun的JavaEE和Microsoft的.netFramework特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)基于構(gòu)件的軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展建筑架構(gòu)