體系結(jié)構(gòu) 第2章 軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格

1、第2章,軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格,劉 偉 (sunny) weiliu_,.,教學(xué)內(nèi)容,定義 管道和過濾器 數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο蠼M織 基于事件的隱式調(diào)用 分層系統(tǒng) 倉庫系統(tǒng) 過程控制環(huán)路 c/s風(fēng)格 三層c/s風(fēng)格 b/s風(fēng)格,.,定義,軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是描述某一特定應(yīng)用領(lǐng)域中系統(tǒng)組織方式的慣用模式。 體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格定義了一個(gè)系統(tǒng)家族，即一個(gè)體系結(jié)構(gòu)定義一個(gè)詞匯表和一組約束。詞匯表中包含一些構(gòu)件和連接件類型，而這組約束指出系統(tǒng)是如何將這些構(gòu)件和連接件組合起來的。 體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格反映了領(lǐng)域中眾多系統(tǒng)所共有的結(jié)構(gòu)和語義特性，并指導(dǎo)如何將各個(gè)模塊和子系統(tǒng)有效地組織成一個(gè)完整的系統(tǒng)。,.,definition,an

2、 architectural style defines a family of systems in terms of a pattern of structural organization. more specifically, an architectural style defines a vocabulary of components and connector types, and a set of constraints on how they can be combined.,.,經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格,數(shù)據(jù)流風(fēng)格: 批處理序列; 管道/過濾器。 調(diào)用/返回風(fēng)格：主程序/子程序

3、；面向?qū)ο箫L(fēng)格；層次結(jié)構(gòu)。 獨(dú)立構(gòu)件風(fēng)格：進(jìn)程通訊；事件系統(tǒng)。 虛擬機(jī)風(fēng)格：解釋器；基于規(guī)則的系統(tǒng)。 倉庫風(fēng)格：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；超文本系統(tǒng)；黑板系統(tǒng)。 過程控制環(huán)路 c/s風(fēng)格 b/s風(fēng)格,.,管道和過濾器,每個(gè)構(gòu)件都有一組輸入和輸出，構(gòu)件讀輸入的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過內(nèi)部處理，然后產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)流。 過濾器風(fēng)格的連接件就象是數(shù)據(jù)流傳輸?shù)墓艿?，將一個(gè)過濾器的輸出傳到另一個(gè)過濾器的輸入。 不變量： 過濾器雖然可以增量式地處理數(shù)據(jù)，但是它們是獨(dú)立的 管道和過濾器的正確輸出不依賴其順序 實(shí)例： 編譯器，功能程序，并行程序,.,管道和過濾器,.,數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο蠼M織,數(shù)據(jù)的表示方法和它們的相應(yīng)操作被封裝在一個(gè)抽象數(shù)

4、據(jù)類型或?qū)ο笾?這種風(fēng)格的構(gòu)件是對(duì)象或者說是抽象數(shù)據(jù)類型的實(shí)例 對(duì)象通過函數(shù)和過程的調(diào)用來進(jìn)行交互,.,數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο蠼M織,.,基于事件的隱式調(diào)用,構(gòu)件不直接調(diào)用一個(gè)過程，而是觸發(fā)或廣播一個(gè)或多個(gè)事件 系統(tǒng)中的其他構(gòu)件中的過程在一個(gè)或多個(gè)事件中注冊(cè)，當(dāng)一個(gè)事件被觸發(fā)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用在這個(gè)事件中注冊(cè)的所有過程。 這種風(fēng)格的構(gòu)件是一個(gè)模塊，這些模塊可以是一些過程，又可以是一些事件的集合。 不變量：事件的觸發(fā)者并不知道哪些構(gòu)件會(huì)被這些事件影響（觀察者模式-observer） 實(shí)例：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用戶界面,.,基于事件的隱式調(diào)用,.,分層系統(tǒng),組織成一個(gè)層次結(jié)構(gòu) 每一層都為上一層提供了相應(yīng)的服務(wù)，

5、并且接受下一層提供的服務(wù) 在分層系統(tǒng)的一些層次中構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)的功能 實(shí)例：分層的通信協(xié)議,.,分層系統(tǒng),.,倉庫系統(tǒng),構(gòu)件：中心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（倉庫）和一些獨(dú)立構(gòu)件的集合 倉庫和在系統(tǒng)中很重要的外部構(gòu)件之間的相互作用 實(shí)例：需要使用一些復(fù)雜表征的信號(hào)處理系統(tǒng),.,倉庫系統(tǒng),.,過程控制環(huán)路,源自于控制理論中的模型框架，將事務(wù)處理看成輸入、加工、輸出、反饋、再輸入的一個(gè)持續(xù)的過程模型。 通過持續(xù)性的加工處理過程將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成既定屬性的“產(chǎn)品”，在工控系統(tǒng)、供電、水利甚至可以推廣到商務(wù)軟件體現(xiàn)的管理模型中。,.,過程控制環(huán)路,.,c/s風(fēng)格產(chǎn)生背景,在集中式計(jì)算技術(shù)時(shí)代廣泛使用的是大型機(jī)/小型機(jī)計(jì)

6、算模型。它是通過一臺(tái)物理上與宿主機(jī)相連接的非智能終端來實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)上的應(yīng)用程序。 20世紀(jì)80年代以后，集中式結(jié)構(gòu)逐漸被以pc機(jī)為主的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)所取代。個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站的采用，永遠(yuǎn)改變了協(xié)作計(jì)算模型，從而導(dǎo)致了分散的個(gè)人計(jì)算模型的產(chǎn)生。,.,c/s風(fēng)格基本概念,c/s軟件體系結(jié)構(gòu)是基于資源不對(duì)等，且為實(shí)現(xiàn)共享而提出來的，是20世紀(jì)90年代成熟起來的技術(shù)，c/s體系結(jié)構(gòu)定義了工作站如何與服務(wù)器相連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用分布到多個(gè)處理機(jī)上。 c/s體系結(jié)構(gòu)有三個(gè)主要組成部分：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、客戶應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)。,.,c/s風(fēng)格體系結(jié)構(gòu),.,c/s風(fēng)格任務(wù)分配,服務(wù)器 數(shù)據(jù)庫安全性的要求； 數(shù)據(jù)庫訪問并發(fā)性

7、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)庫的備份和恢復(fù)。,.,c/s風(fēng)格任務(wù)分配,客戶應(yīng)用程序 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(qǐng)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,.,c/s風(fēng)格處理流程,.,c/s風(fēng)格優(yōu)點(diǎn),c/s體系結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)操作和事務(wù)處理能力， 模型思想簡單，易于人們理解和接受。 系統(tǒng)的客戶應(yīng)用程序和服務(wù)器構(gòu)件分別運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)上，系統(tǒng)中每臺(tái)服務(wù)器都可以適合各構(gòu)件的要求，這對(duì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充和縮小。 在c/s體系結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)中的功能

8、構(gòu)件充分隔離，客戶應(yīng)用程序的開發(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(gè)新的應(yīng)用程序中都要對(duì)一個(gè)dbms進(jìn)行編碼。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(jì)算機(jī)上，以節(jié)約大量費(fèi)用。,.,c/s風(fēng)格缺點(diǎn),開發(fā)成本較高 客戶端程序設(shè)計(jì)復(fù)雜 信息內(nèi)容和形式單一 用戶界面風(fēng)格不一，使用繁雜，不利于推廣使用 軟件移植困難 軟件維護(hù)和升級(jí)困難 新技術(shù)不能輕易應(yīng)用,.,三層c/s風(fēng)格體系結(jié)構(gòu),.,三層c/s風(fēng)格處理流程,.,三層c/s風(fēng)格物理結(jié)構(gòu),.,三層c/s風(fēng)格優(yōu)點(diǎn),允許合理地劃分三層結(jié)構(gòu)的功能，使之在邏輯上保持相對(duì)獨(dú)立性，能提高系統(tǒng)和軟件的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性

9、。 允許更靈活有效地選用相應(yīng)的平臺(tái)和硬件系統(tǒng)，使之在處理負(fù)荷能力上與處理特性上分別適應(yīng)于結(jié)構(gòu)清晰的三層；并且這些平臺(tái)和各個(gè)組成部分可以具有良好的可升級(jí)性和開放性。 應(yīng)用的各層可以并行開發(fā)，可以選擇各自最適合的開發(fā)語言。 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)庫工具或黑客手段去非法地訪問數(shù)據(jù)層，為嚴(yán)格的安全管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,.,三層c/s風(fēng)格注意點(diǎn),三層c/s結(jié)構(gòu)各層間的通信效率不高，即使分配給各層的硬件能力很強(qiáng)，其作為整體來說也達(dá)不到所要求的性能。 設(shè)計(jì)時(shí)必須慎重考慮三層間的通信方法、通信頻率及數(shù)據(jù)量，這和提高各層的獨(dú)立性一樣是三層c/s結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題

10、。,.,b/s風(fēng)格基本概念,瀏覽器/服務(wù)器(b/s)風(fēng)格就是上述三層應(yīng)用結(jié)構(gòu)的一種實(shí)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。 b/s體系結(jié)構(gòu)主要是利用不斷成熟的www瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種腳本語言，用通用瀏覽器就實(shí)現(xiàn)了原來需要復(fù)雜的專用軟件才能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能，并節(jié)約了開發(fā)成本。從某種程度上來說，b/s結(jié)構(gòu)是一種全新的軟件體系結(jié)構(gòu)。,.,b/s風(fēng)格體系結(jié)構(gòu),.,b/s風(fēng)格優(yōu)點(diǎn),基于b/s體系結(jié)構(gòu)的軟件，系統(tǒng)安裝、修改和維護(hù)全在服務(wù)器端解決。用戶在使用系統(tǒng)時(shí)，僅僅需要一個(gè)瀏覽器就可運(yùn)行全部的模塊，真正達(dá)到了“零客戶端”的功能，很容易在運(yùn)行時(shí)自動(dòng)升級(jí)。 b/s體系結(jié)構(gòu)還提供了

11、異種機(jī)、異種網(wǎng)、異種應(yīng)用服務(wù)器的聯(lián)機(jī)、聯(lián)網(wǎng)、統(tǒng)一服務(wù)的最現(xiàn)實(shí)的開放性基礎(chǔ)。,.,b/s風(fēng)格缺點(diǎn),b/s體系結(jié)構(gòu)缺乏對(duì)動(dòng)態(tài)頁面的支持能力，沒有集成有效的數(shù)據(jù)庫處理功能。 b/s體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力差，安全性難以控制。 采用b/s體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)查詢等響應(yīng)速度上，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于c/s體系結(jié)構(gòu)。 b/s體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)提交一般以頁面為單位，數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交互性不強(qiáng)，不利于在線事務(wù)處理(oltp)應(yīng)用。,.,實(shí)例分析,某集團(tuán)公司要開發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)財(cái)務(wù)程序，使各地員工能在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行財(cái)務(wù)處理和報(bào)銷。在設(shè)計(jì)該財(cái)務(wù)程序的體系結(jié)構(gòu)時(shí)，項(xiàng)目組產(chǎn)生了分歧： （1）張工程師認(rèn)為應(yīng)該采用客戶機(jī)/服務(wù)器（c/s）結(jié)構(gòu)。各分公司財(cái)務(wù)部要安裝一個(gè)軟件客戶端，通過這個(gè)客戶端連接到總公司財(cái)務(wù)部主機(jī)。如果員工在外地出差，需要報(bào)銷帳務(wù)的，也需要安裝這個(gè)客戶端才能進(jìn)行。 （2）李工程師認(rèn)為應(yīng)該采用瀏覽器/服務(wù)器（b/s）結(jié)構(gòu)，各分