【正文】 軟件體系結(jié)構(gòu) 1. 緒論 李千目 169。 2 2022/2/16 “建筑體系結(jié)構(gòu)” 169。 3 2022/2/16 “計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) ” 定義是 1964年 C. M. Amdahl在介紹 IBM 360系統(tǒng)時(shí)提出的：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。 “ 軟件體系結(jié)構(gòu) ” 的概念是 20世紀(jì) 90年代中期 David Garlan和 Mary Shaw在 《 An Introduction to Software Architecture》 中提到的。 169。 4 2022/2/16 軟件體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)軟件系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)，它高度抽象，超越了算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基本著眼點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和需求與實(shí)現(xiàn)之間的交互，是一個(gè)用于理解系統(tǒng)級(jí)目標(biāo)的框架。 Mary Shaw和 David Garlan認(rèn)為，軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，超越計(jì)算中的算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)層次。體系結(jié)構(gòu)問(wèn)題包括各方面的組織和全局控制結(jié)構(gòu)，通信協(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。 169。 5 2022/2/16 軟件體系結(jié)構(gòu)對(duì)軟件生命周期中的各個(gè)階段以及項(xiàng)目的管理有著重要的影響。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于需求分析的一個(gè)迭代的過(guò)程，這就不可避免地會(huì)與需求分析階段進(jìn)行交互。體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)又是后續(xù)階段詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在開(kāi)發(fā)階段，開(kāi)發(fā)人員正確地理解系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是開(kāi)發(fā)工作順利進(jìn)行的前提。在測(cè)試階段，體系結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)試起指導(dǎo)作用。在維護(hù)階段，維護(hù)中的大量時(shí)間都花費(fèi)在對(duì)現(xiàn)存代碼的理解上，如果原始的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠得到清楚和明確的表達(dá)，特別是高層次的表達(dá)，就可以大大減少花在這方面的時(shí)間，而如果不知道系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)則使維護(hù)工作很難進(jìn)行。對(duì)于一些已經(jīng)存在但是不知其體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，甚至有必要進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)重構(gòu)。另外，體系結(jié)構(gòu)對(duì)于項(xiàng)目的組織管理也具有重要的意義，合理的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還有利于開(kāi)發(fā)任務(wù)在開(kāi)發(fā)人員之間的分配，有利于開(kāi)發(fā)人員之間關(guān)系的協(xié)調(diào)。 169。 6 2022/2/16 綜上所述，軟件體系結(jié)構(gòu)是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在： ? 軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件開(kāi)發(fā)中各種角色之間進(jìn)行交流的手段 ? 軟件體系結(jié)構(gòu)是早期設(shè)計(jì)決策的體現(xiàn) ? 軟件體系結(jié)構(gòu)制約著軟件的質(zhì)量屬性 ? 軟件體系結(jié)構(gòu)是可重用的模型 ? 軟件體系結(jié)構(gòu)影響著開(kāi)發(fā)和維護(hù)組織的組織結(jié)構(gòu) ? 軟件體系結(jié)構(gòu)為軟件系統(tǒng)的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程都提供了有力的支持 169。 7 2022/2/16 軟件體系結(jié)構(gòu)研究的主要內(nèi)容 ? 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言 ? 體系結(jié)構(gòu)描述構(gòu)造與表示 ? 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證 ? 體系結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)、演化與重用 ? 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開(kāi)發(fā)方法 ? 特定領(lǐng)域的軟件體系結(jié)構(gòu) ? 軟件體系結(jié)構(gòu)支持工具 ? 軟件產(chǎn)品線(xiàn)體系結(jié)構(gòu) 169。 8 2022/2/16 （ 1）軟件體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言 軟件體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言（ Architecture Description Language，簡(jiǎn)稱(chēng)為 ADL）是一種形式化語(yǔ)言，它在底層語(yǔ)義模型的支持下，為軟件系統(tǒng)的概念體系結(jié)構(gòu)建模提供了具體的語(yǔ)法和概念框架?；诘讓诱Z(yǔ)義的工具為軟件體系結(jié)構(gòu)的表示、分析、演化、細(xì)化、設(shè)計(jì)過(guò)程等提供支持，包括構(gòu)件、連接件和約束三個(gè)基本元素。主要的體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言有 C2， UniCon， MetaH，Aesop， SADL， Rapide， Wright等。 ADL的目的就是提供一種規(guī)范化的體系結(jié)構(gòu)描述，以便與人交流，并能夠用提供的工具對(duì)許多實(shí)例進(jìn)行分析。 169。 9 2022/2/16 （ 2）體系結(jié)構(gòu)描述構(gòu)造與表示 按照一定的描述方法，用體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明的結(jié)果則稱(chēng)為體系結(jié)構(gòu)的表示，而將描述體系結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱(chēng)為體系結(jié)構(gòu)構(gòu)造。在體系結(jié)構(gòu)描述方面， Kruchten提出的“ 4+1”模型是當(dāng)今軟件體系結(jié)構(gòu)描述的一個(gè)經(jīng)典范例，該模型由邏輯視圖、開(kāi)發(fā)視圖、過(guò)程視圖和物理視圖組成，并通過(guò)場(chǎng)景將這四種視圖有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，比較細(xì)致地描述了需求和體系結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。而 Booch從 UML的角度出發(fā)給出了一種由設(shè)計(jì)視圖、過(guò)程視圖、實(shí)現(xiàn)視圖和部署視圖，再加上一個(gè)用例視圖構(gòu)成的體系結(jié)構(gòu)描述模型。 IEEE于 1995年成立了體系結(jié)構(gòu)工作組，綜合了體系結(jié)構(gòu)描述研究的成果，并參考業(yè)界的體系結(jié)構(gòu)描述的實(shí)踐，起草了體系結(jié)構(gòu)描述標(biāo)準(zhǔn) IEEE P1471。 169。 10 2022/2/16 （ 3）體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證 生成一個(gè)滿(mǎn)足軟件需求的體系結(jié)構(gòu)的過(guò)程即為體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的本質(zhì)在于：將系統(tǒng)分解成相應(yīng)的組成成分，并將這些成分重新組裝成一個(gè)系統(tǒng)。軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中只要需求和體系結(jié)構(gòu)確定之后，這個(gè)軟件基本上也就定型了。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有過(guò)程驅(qū)動(dòng)方法和問(wèn)題列表驅(qū)動(dòng)方法。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一是體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格在本質(zhì)上反映了一些特定的元素按照特定的方式組成一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于上下文環(huán)境中的特定問(wèn)題的解決。 體系結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)的高層抽象，并只對(duì)感興趣的屬性進(jìn)行建模。由于體系結(jié)構(gòu)是在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程之初產(chǎn)生的，因此好的體系結(jié)構(gòu)可以減少和避免軟件錯(cuò)誤的產(chǎn)生和維護(hù)階段的高昂代價(jià)。體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)集成的藍(lán)本、系統(tǒng)驗(yàn)收的依據(jù)，體系結(jié)構(gòu)本身需要分析與測(cè)試，以確定這樣的體系結(jié)構(gòu)是否滿(mǎn)足需求。比較重要的體系結(jié)構(gòu)分析（評(píng)估）方法有體系結(jié)構(gòu)權(quán)衡分析方法（ Architecture Tradeoff Analysis Method，簡(jiǎn)稱(chēng)為 ATAM）、軟件體系結(jié)構(gòu)分析方法（ Software Architecture Analysis Method，簡(jiǎn)稱(chēng)為 SAAM）和中間設(shè)計(jì)積極評(píng)審法（ Active Reviews for Intermediate Design，簡(jiǎn)稱(chēng)為 ARID）。 169。 11 2022/2/16 （ 4）體系結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)、演化與重用 對(duì)于一個(gè)已經(jīng)存在但是不知道其體系結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行維護(hù)是一件很困難的事情，這時(shí)可以通過(guò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。體系結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)就是從己經(jīng)存在的軟件系統(tǒng)中提取出軟件體系結(jié)構(gòu)，這可以幫助維護(hù)人員理解系統(tǒng)，保證維護(hù)工作的順利進(jìn)行。 由于系統(tǒng)需求、技術(shù)、環(huán)境、分布等因素的變化而最終導(dǎo)致軟件體系結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，稱(chēng)為軟件體系結(jié)構(gòu)演化。