【正文】 第 4章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述和設(shè)計(jì) 本章結(jié)構(gòu) 軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法 軟件體系結(jié)構(gòu)描述框架標(biāo)準(zhǔn) 體系結(jié)構(gòu)描述語言 典型的軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 （ C2） 軟件體系結(jié)構(gòu)與 UML 可擴(kuò)展標(biāo)記語言 基于 XML的軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 引言 當(dāng)前對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的描述在很大程度上還停留在非形式化的基礎(chǔ)上，依賴于軟件設(shè)計(jì)師個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和技巧。 非形式化的描述不易被開發(fā)人員理解，不利于分析和開發(fā)的進(jìn)行。 形式化的、規(guī)范化的體系結(jié)構(gòu)描述對(duì)于體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和理解都是非常重要的。 由非形式化到形式化的過程。 ◇ 描述方法的種類 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法 ◎ 圖形表達(dá)工具 ◎ 模塊內(nèi)連接語言 ◎ 基于軟構(gòu)件的系統(tǒng)描述語言 ◎ 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◇ 圖形表達(dá)工具 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法 項(xiàng) 目 管 理測(cè) 試 結(jié) 果 打 印程 序 復(fù) 雜 度函 數(shù) 調(diào) 用 關(guān)系 圖帶 時(shí) 間 特 性的 流 程 圖復(fù) 雜 度 計(jì) 算布 圖 算 法最 優(yōu) / 最 劣時(shí) 間 計(jì) 算緩 沖測(cè) 試 結(jié) 果 庫測(cè) 試 配 置時(shí) 間 分 析 器靜 態(tài) 分 析 器簡潔易懂 容易使用 使用廣泛 不 規(guī) 范 不 精 確 ◇ 模塊內(nèi)連接語言 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法 ◎ 采用將一種或幾種傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言的模塊連接起來的模塊內(nèi)連接語言 （ MIL） 。 由于程序設(shè)計(jì)語言和模塊內(nèi)連接語言具有嚴(yán)格的語義基礎(chǔ) ， 因此它們能支持對(duì)較大的軟件單元進(jìn)行描述 ， 諸如定義 /使用和扇入 /扇出等操作 。 例如 ， Ada語言采用 use實(shí)現(xiàn)包的重用 ，Pascal語言采用過程 （ 函數(shù) ） 模塊的交互等 。 ◎ MIL方式對(duì)模塊化的程序設(shè)計(jì)和分段編譯等程序設(shè)計(jì)與開發(fā)技術(shù)確實(shí)發(fā)揮了很大的作用 。 但是由于這些語言處理和描述的軟件設(shè)計(jì)開發(fā)層次過于依賴程序設(shè)計(jì)語言 ， 因此限制了它們處理和描述比程序設(shè)計(jì)語言元素更為抽象的高層次軟件體系結(jié)構(gòu)元素的能力 。 ◇ 基于軟構(gòu)件的系統(tǒng)描述語言 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法 ◎ 基于軟構(gòu)件的系統(tǒng)描述語言將軟件系統(tǒng)描述成一種是由許多以特定形式相互作用的特殊軟件實(shí)體構(gòu)造組成的組織或系統(tǒng) 。 ◎ 例如 ， 一種多變配置語言就可以用來在一個(gè)較高的抽象層次上對(duì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)建模 ， Darwin最初用作設(shè)計(jì)和構(gòu)造復(fù)雜分布式系統(tǒng)的配置說明語言 ， 因具有動(dòng)態(tài)特性 ， 也可用來描述動(dòng)態(tài)體系結(jié)構(gòu) 。 ◎ 這種表達(dá)和描述方式雖然也是較好的一種以構(gòu)件為單位的軟件系統(tǒng)描述方法 ， 但是他們所面向和針對(duì)的系統(tǒng)元素仍然是一些層次較低的以程序設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的通信協(xié)作軟件實(shí)體單元 ， 而且這些語言所描述和表達(dá)的系統(tǒng)一般而言都是面向特定應(yīng)用的特殊系統(tǒng) ， 這些特性使得基于軟構(gòu)件的系統(tǒng)描述仍然不是十分適合軟件體系結(jié)構(gòu)的描述和表達(dá) 。 ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法 ◎ 軟件體系結(jié)構(gòu)的第四種描述和表達(dá)方法是參照傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言的設(shè)計(jì)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn) ， 重新設(shè)計(jì) 、 開發(fā)和使用針對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的專門的軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 —— ADL。 ◎ 由于 ADL是在吸收了傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中的語義嚴(yán)格精確的特點(diǎn)基礎(chǔ)上 ， 針對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的整體性和抽象性特點(diǎn) ， 定義和確定適合于軟件體系結(jié)構(gòu)表達(dá)與描述的有關(guān)抽象元素 ， 因此 ， ADL是當(dāng)前軟件開發(fā)和設(shè)計(jì)方法學(xué)中一種發(fā)展很快的軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法 ， 目前 ，已經(jīng)有幾十種常見的 ADL。 ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀 第一章 軟件體系結(jié)構(gòu)概論 體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀 ◎ 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ADL（體系結(jié)構(gòu)描述語言）提供了具體的語法與刻畫體系結(jié)構(gòu)的概念框架。 ADL使得系統(tǒng)開發(fā)者能夠很好地描述他們?cè)O(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)，以便與他人交流，能夠用提供的工具對(duì)許多實(shí)例進(jìn)行分析。 對(duì)于 ADL現(xiàn)在也是無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。書上第四章有介紹。 請(qǐng)參閱 《 軟件體系結(jié)構(gòu) —— 理論與實(shí)踐 》 ，馮沖 江賀 馮靜芳 編著，人民郵電出版社。 第 2章 軟件體系結(jié)構(gòu)語言（ ADL） ◇ IEEE P1471 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述框架標(biāo)準(zhǔn) ◎ IEEE P1471于 2021年 9月 21日通過 IEEESA標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)評(píng)審 。 ◎ IEEE P1471適用于軟件密集的系統(tǒng) ， 其目標(biāo)在于：便于體系結(jié)構(gòu)的表達(dá)與交流 ， 并通過體系結(jié)構(gòu)要素及其實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)化 ， 奠定質(zhì)量與成本的基礎(chǔ) 。 ◎ IEEE P1471詳細(xì)介紹了一套體系結(jié)構(gòu)描述的概念框架 ， 并給出建立框架的思路 。 但如何描述以及具體的描述技術(shù)等方面缺乏更進(jìn)一步的指導(dǎo) 。 ◇ Rational 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述框架標(biāo)準(zhǔn) ◎ Rational起草了可重用的軟件資產(chǎn)規(guī)格說明 ， 專門討論了體系結(jié)構(gòu)描述的規(guī)格說明 ， 提出了一套易于重用的體系結(jié)構(gòu)描述規(guī)范 。 該建議草案已經(jīng)提交 OMG。 ◎ 基于 RUP（ Rational United Process） 、 采用 UML模型描述軟件的體系結(jié)構(gòu) ， 認(rèn)為體系結(jié)構(gòu)描述的關(guān)鍵是定義視點(diǎn) 、 視圖以及建模元素之間的映射關(guān)系 。 （ 4個(gè)視點(diǎn) 、 7個(gè)體系結(jié)構(gòu)視圖 ） ◎ 與 IEEE P1471相比 ， 該建議標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)描述方案涉及面比較窄 ， 所注重的層次比較低 ， 因而更具體 。 由于將體系結(jié)構(gòu)的描述限于 UML和 RUP， 具有一定的局限性 ， 但該建議標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了業(yè)界已經(jīng)廣泛采用的建模語言和開發(fā)過程 ， 因而易于推廣 ， 可以有效實(shí)現(xiàn)在跨組織之間重用體系結(jié)構(gòu)描述結(jié)果 。 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ADL是在底層語義模型的支持下 ， 為軟件系統(tǒng)的概念體系結(jié)構(gòu)建模提供了具體語法和概念框架 。 基于底層語義的工具為體系結(jié)構(gòu)的表示 、 分析 、 演化 、 細(xì)化 、 設(shè)計(jì)過程等提供支持 。 其三個(gè)基本元素是：構(gòu)件 、 連接件 、 體系結(jié)構(gòu)配置 。 主要的體系結(jié)構(gòu)描述語言有 Aesop、 MetaH、 C Rapide、SADL、 Unicon和 Wright等 ， 盡管它們都描述軟件體系結(jié)構(gòu) ， 卻有不同的特點(diǎn) 。 這些 ADL強(qiáng)調(diào)了體系結(jié)構(gòu)不同的側(cè)面 ， 對(duì)體系結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用起到了重要的作用 ， 但也有負(fù)面的影響 。 每一種 ADL都以獨(dú)立的形式存在 ， 描述語法不同且互不兼容 ， 同時(shí)又有許多共同的特征 ，這使設(shè)計(jì)人員很難選擇一種合適的 ADL， 若設(shè)計(jì)特定領(lǐng)域的軟件體系結(jié)構(gòu)又需要從頭開始描述 。 ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)的定義 第一章 軟件體系結(jié)構(gòu)概論 體系結(jié)構(gòu)的興起和發(fā)展 ◎ Mary Shaw和 David Garlan （ 1993年） 軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件設(shè)計(jì)過程中的一個(gè) 層次 ， 這一層次 超越計(jì)算過程中的算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 體系結(jié)構(gòu)問題包括總體組織和全局控制 ， 通訊協(xié)議 ， 同步 ， 數(shù)據(jù)存取 ， 給設(shè)計(jì)元素分配特定功能 ， 設(shè)計(jì)元素的組織 、 規(guī)模和性能 ，在各設(shè)計(jì)方案間進(jìn)行選擇等 。 軟件體系結(jié)構(gòu)處理算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上關(guān)于整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和描述方面的一些問題 ， 如全局組織和全局控制結(jié)構(gòu) 、 關(guān)于通訊 、同步與數(shù)據(jù)存取的協(xié)議 ， 設(shè)計(jì)構(gòu)件功能定義 ， 物理分布與合成 ， 設(shè)計(jì)方案的選擇 、 評(píng)估與實(shí)現(xiàn)等 。 軟件體系結(jié)構(gòu) ＝ { 構(gòu)件，連接件，約束 } 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◎ 構(gòu)造能力： ADL能夠使用較小的獨(dú)立體系結(jié)構(gòu)元素來建造大型軟件系統(tǒng)； ◎ 抽象能力： ADL使得軟件體系結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件和連接件描述可以只關(guān)注它們的抽象特性 ， 而不管其具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)； ◎ 重用能力： ADL使得組成軟件系統(tǒng)的構(gòu)件 、 連接件甚至是軟件體系結(jié)構(gòu)都成為軟件系統(tǒng)開發(fā)和設(shè)計(jì)的可重用部件； ◇ ADL與其他語言的比較 (1) 典型的 ADL在充分繼承和吸收傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言的精確性和嚴(yán)格性特點(diǎn)的同時(shí)，還應(yīng)具有：構(gòu)造、抽象、重用、組合、異構(gòu)、分析和推理等各種能力和特性。 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◎ 組合能力： ADL使得其描述的每一系統(tǒng)元素都有其自己的局部結(jié)構(gòu) ， 這種描述局部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使得 ADL支持軟件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化組合； ◎ 異構(gòu)能力： ADL允許多個(gè)不同的體系結(jié)構(gòu)描述關(guān)聯(lián)存在； ◎ 分析和推理能力： ADL允許對(duì)其描述的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行多種不同的性能和功能上的多種推理分析 。 ◇ ADL與其他語言的比較 (2) 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◎ ADL與需求語言的區(qū)別：后者描述的是問題空間 ， 而前者扎根于解空間 。 ◎ ADL與建模語言的區(qū)別：后者對(duì)整體行為的關(guān)注要大于對(duì)部分的關(guān)注 ， 而 ADL集中在構(gòu)件的表示上 。 ◎ ADL與傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言的構(gòu)成元素既有許多相同和相似之處 ， 又各自有著很大的不同 。 ◇ ADL與其他語言的比較 (3) 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◇ 典型元素含義比較 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◇ 常見的軟件體系結(jié)構(gòu)元素 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◇ ADL的構(gòu)成要素 軟件體系結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成要素： 構(gòu)件、連接件、體系結(jié)構(gòu)配置。 1. 構(gòu)件：一個(gè)計(jì)算單元或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；是計(jì)算與狀態(tài)存在的場所。 構(gòu)件包含的多種屬性： 接口、類型、語義、約束、演化和非功能屬性等。 軟件體系結(jié)構(gòu)配置 連接件構(gòu)件端口 角色1:N1:N1:N體系結(jié)構(gòu)的核心模型 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◇ ADL的構(gòu)成要素 2. 連接件：用來建立構(gòu)件間的交互以及支配這些交互規(guī)則 的體系結(jié)構(gòu)構(gòu)造模塊。 連接件可以不與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的編譯單元對(duì)應(yīng)。 異構(gòu)連接。 連接件包含的屬性：角色。 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◇ ADL的構(gòu)成要素 3. 體系結(jié)構(gòu)配置或拓?fù)洌? 描述體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件與連接件的連接圖。 同時(shí)檢查語法、說明語義。 多視圖、多場景的體系結(jié)構(gòu)說明方法。 在不同層次上描述軟件系統(tǒng)；異構(gòu)情況下的配置。 第四章 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 ◇ ADL的構(gòu)成要素 軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在需求分析之后，軟件設(shè)計(jì)之前。描述好體系結(jié)構(gòu)，做好承上啟下的工作很重要。 一 方 面：體系結(jié)構(gòu)描述如何向其他文檔轉(zhuǎn)移； 另一方面：如何利用需求分析成果來直接生成系統(tǒng)的 體系結(jié)構(gòu)說明。 現(xiàn)在的 ADL大多與領(lǐng)域相關(guān)。目前還沒有通用的體系結(jié)構(gòu)描述語言。 當(dāng)前常見的一些體系結(jié)構(gòu)描述語言、方法： ACME Wright C2 UniCon Darwin AESOP Rapide Weaves SADL UML Gestalt Demeter FR ControlH amp。 MetaH ◇ C2風(fēng)格 通過連接件綁定在一起的按照一組規(guī)則運(yùn)作的并行構(gòu)件網(wǎng)絡(luò) 。 C2風(fēng)格中的系統(tǒng)組織規(guī)則如下： ◎ 系統(tǒng)中的構(gòu)件和連接件都有一個(gè)頂部和一個(gè)底部； ◎ 構(gòu)件的頂部應(yīng)連接到某連接件的底部 ， 構(gòu)件的底部則應(yīng)連接到某連接件的頂部 ， 而構(gòu)件與構(gòu)件之間的直接連接是不允許的； ◎ 一個(gè)連接件可以和任意數(shù)目的其它構(gòu)件和連接件連接； ◎ 當(dāng)兩個(gè)連接件進(jìn)行直接連接時(shí) ， 必須由其中一個(gè)的底部到另一個(gè)的頂部 。 ◇ C2背景知識(shí) C2是一種用于用戶界面密集的系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格 。 在 C2風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)中 ， 連接件在構(gòu)件之間轉(zhuǎn)發(fā)消息 ，構(gòu)件負(fù)責(zé)維護(hù)狀態(tài) ， 進(jìn)行操作 ， 通過兩個(gè)接口 （ 頂端接口和底端接口 ） 和其他構(gòu)件交換消息 。 構(gòu)件之間不能發(fā)送消息 ， 必須通過連接件 。 構(gòu)件之間的通信只能通過消息傳遞來實(shí)現(xiàn) ， 不允許使用共享內(nèi)存方式通信 。 ◇ C2風(fēng)格的中心原則 C2風(fēng)格的中心原