【正文】 軟件設(shè)計與體系結(jié)構(gòu) Software Design amp。Architecture 軟件設(shè)計？ 軟件設(shè)計主要針對需求分析過程得到的軟件需求規(guī)格說明，綜合考慮各種制約因素，探求切實可行的軟件解決方案并最終給出方案的邏輯表示，包括文檔、模型等。 。 軟件設(shè)計就可以看作是“對軟件將如何被開發(fā)出來的一種描述”。如果把設(shè)計作為一個動詞，那么軟件設(shè)計就是“得到這種描述的活動或過程” 。 軟件設(shè)計的方法？ （ 1）面向數(shù)據(jù)流的軟件設(shè)計方法 （ 2）面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方法 “軟件體系結(jié)構(gòu) ” 你可能知道 ?Client/Server ?Threetier ? MVC ? …… “建筑 體系結(jié)構(gòu) ” “建筑體系結(jié)構(gòu)” 建筑學 軟件工程教育的定位 ? 我國軟件工程的專業(yè)教育與軟件人才的鏈之間的關(guān)系可描述為如下圖： 軟件開發(fā)工程師 架構(gòu)設(shè)計師 產(chǎn)品經(jīng)理 項目管理者 系統(tǒng)分析師 系統(tǒng)設(shè)計師 程序員 研究生教育 本科教育 大專教育 中專教育 隨著軟件系統(tǒng)規(guī)模越來越大、越來越復雜，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和規(guī)格說明顯得越來越重要。對于軟件項目的開發(fā)來說，具有清晰的軟件體系結(jié)構(gòu)是非常重要的。軟件體系結(jié)構(gòu) 在軟件需求和設(shè)計之間架起了一座橋梁，著重解決軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和需求向?qū)崿F(xiàn)平坦地過渡的問題。 為何要學習軟件體系結(jié)構(gòu) ？ 需求分析 軟件設(shè)計 軟件體系結(jié)構(gòu) 《 軟件體系結(jié)構(gòu) 》 系統(tǒng)地介紹 ? 軟件體系結(jié)構(gòu)基本原理 、 方法和實踐 ? 全面反映軟件體系結(jié)構(gòu)研究和應用的最新進展 ? 既討論軟件體系結(jié)構(gòu)的基本理論知識 ， 又介紹軟件 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計及應用實例 ? 強調(diào)理論與實踐相結(jié)合 本課程的詳細任務包括： (1)介紹軟件體系結(jié)構(gòu)的概念 、 發(fā)展和應用現(xiàn)狀； (2)討論軟件體系結(jié)構(gòu)建模 ， 包括視圖模型 、 核心 模型和生命周期模型； (3)介紹軟件體系結(jié)構(gòu)的風格 (模式 )； (4)討論軟件體系結(jié)構(gòu)的描述方法 ， 重點介紹軟件 體系結(jié)構(gòu)描述語言； (5)討論基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)方法 ， 介紹基于 體系結(jié)構(gòu)的軟件過程； (6)討論軟件體系結(jié)構(gòu)評估方法； (7)介紹軟件產(chǎn)品線的原理和方法 、 框架技術(shù) ， 以 及討論產(chǎn)品線體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計和演化 。 SA(Software Architecture)的定義 體系結(jié)構(gòu) = 組件 + 連接件 + 約束 Architecture = Components + Connectors + Constrains 軟件越做越大 現(xiàn)代軟件開發(fā)方法學 軟件體系結(jié)構(gòu) SA之重要 ? 最早指出 SA的重要性的是大師 Edsger Dijkstra(19302022) “..the larger the project, the more essential the structuring!”(1968) 程序 =？ ? 程序 = 算法 + 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ 1960’s ） ? 程序 = 子程序 + 子程序（ 1970’s ） 對象 = 算法 + 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 程序 = 對象 + 對象（ 1980’s） ? 程序 = 組件 + 連接件（ 1990’s） ? 連接構(gòu)件 把體系結(jié)構(gòu)的不同部分組組合連接起來 ? 處理構(gòu)件 負責對數(shù)據(jù)進行加工 ? 數(shù)據(jù)構(gòu)件 是被加工的信息 軟件體系結(jié)構(gòu)的 發(fā)展史 “無體系結(jié)構(gòu) ” 設(shè)計階段 萌芽階段 以匯編語言進行小規(guī)模應用程序開發(fā)為特征 以描述系統(tǒng)的高層抽象結(jié)構(gòu)為中心，不關(guān)心具體的建模細節(jié)，劃分了體系結(jié)構(gòu)模型與傳統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的界限，該階段以Kruchten提出的 “ 4+1”模型為標志 出現(xiàn)了從不同側(cè)面描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，以 UML為典型代表。 出現(xiàn)了程序結(jié)構(gòu)設(shè)計主題，以控制流圖和數(shù)據(jù)流圖構(gòu)成軟件結(jié)構(gòu)為特征 高級階段 初期階段 關(guān) 于 教 材 ◇ 出版社：清華大學出版社 ◇ 作者：張友生 參考書 《 軟件體系結(jié)構(gòu)理論與實踐 》 馮沖等編著 人民郵電出版社 2022年 第 1版 《 軟件體系結(jié)構(gòu) 》 覃征等編著 西安交通大學出版社 2022年 第 1版 希賽網(wǎng)： 課 程 內(nèi) 容 ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)概論 ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)建模 ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)風格 ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)描述 ◇ 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā) ◇ 軟件體系結(jié)構(gòu)評估 ◇ 軟件產(chǎn)品線體系結(jié)構(gòu) 軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 伴隨不同的軟件開發(fā)方法，軟件體系結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了 4個發(fā)展階段。 主機 /終端體系結(jié)構(gòu) 早期的軟件系統(tǒng)采用主機 /終端體系結(jié)構(gòu)，如圖所示。在大型主機上部署中央 CPU和各種應用系統(tǒng)，典型的系統(tǒng)如批處理、聯(lián)機交易等。這種軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)也稱為單層體系結(jié)構(gòu)，所有的功能和操作集中在主機上，終端僅僅是作為輸入和輸出設(shè)備使用。 圖 1 主機 /終端體系結(jié)構(gòu) 分層體系結(jié)構(gòu) 隨著 PC的普及和網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，這種單層的體系結(jié)構(gòu)被逐步淘汰，演變?yōu)榉謱拥捏w系結(jié)構(gòu)。典型的分層體系結(jié)構(gòu)有兩種： C/S結(jié)構(gòu)和 B/S結(jié)構(gòu)。 客戶機 /服務器（ Client/Server， C/S）模式 ，兩層結(jié)構(gòu)，又稱為胖客戶機模式，其原理如圖 2所示。 圖 2 C/S模式原理圖 C/S結(jié)構(gòu)的特點 基于 C/S模式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫在前端計算機上要安裝專門的應用程序來操作后臺數(shù)據(jù)庫服務器中的數(shù)據(jù)，前端應用程序可以完成計算和接收處理數(shù)據(jù)的工作，后臺數(shù)據(jù)庫服務器主要完成數(shù)據(jù)的管理工作。 C/S模式的優(yōu)點是速度較快、功能完備，缺點：維護升級很不方便，主要是基于行業(yè)的數(shù)據(jù)庫應用，如股票接收系統(tǒng)、郵局匯款系統(tǒng)等。由于有多個系統(tǒng)，在每個客戶機上就要安裝多個前端客戶程序，因此這種工作模式也被稱為胖客戶機模式 。 圖 2 C/S模式原理圖 瀏覽器 /服務器（ Browser/Server， B/S）模式 B/S是 3層結(jié)構(gòu)，又稱為瘦客戶機模式，其原理如圖 3所示。 B/S模式下的客戶機只需安裝瀏覽器軟件，如 Windows XP系統(tǒng)內(nèi)嵌的 IE即可，無須開發(fā)前端應用程序，這就是瘦客戶機模式中 “ 瘦 ” 的含義； 中間層的 Web應用服務器 ，如 Microsoft公司的 IIS等是連接前端客戶機和后臺數(shù)據(jù)庫服務器的橋梁，主要的數(shù)據(jù)計算和應用都在此完成，因此對中間層服務器的要求較高，開發(fā)中間層應用的技術(shù)人員需要具備一定的編程基礎(chǔ)；后臺數(shù)據(jù)庫服務器主要完成數(shù)據(jù)的管理。 圖 3 B/S模式原理圖 B/S結(jié)構(gòu)的特點： 基于 B/S模式的 Web網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫應用模式主要用于瀏覽 、 查詢Inter/ Intra信息 。 但由于面向的是不特定的用戶 ， 客戶機無須維護和升級 。 因此 ， 隨著 Inter的普及 ， 這種模式逐漸為我們所重視 ， 典型的例子是 Inter上購物等使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ， 這也是目前開展電子商務應用的常用模式 。 無論是 C/S模式還是 B/S模式 ， 分層的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)實際上把一個軟件系統(tǒng)分解成了 3個主要部分 。 ? 用戶表現(xiàn)層：接受用戶的請求和操作 ， 將操作信息最終顯示給用戶 。 常見的就是一個 IE瀏覽器中的 Web頁面 ， 或者是一個標準的 Windows窗體程序 。 ? 業(yè)務邏輯層：業(yè)務邏輯層完成業(yè)務功能和邏輯 。 比如 ， Web網(wǎng)站中的 IIS服務器就是一個業(yè)務邏輯層 。 ? 數(shù)據(jù)服務層：指后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ， 也可以是各種能夠存儲數(shù)據(jù)的文件 。 圖 3 B/S模式原理圖 ◇ 軟件危機的表現(xiàn) ◎ 軟件成本日益增長 ◎ 開發(fā)進度難以控制 ◎ 軟件質(zhì)量差 ◎ 軟件維護困難 第 1章 軟件體系結(jié)構(gòu)概論 從軟件危機談起 ◇ 軟件危機的表現(xiàn) ◎ 軟件成本日益增長 20世紀 50年代，軟件成本在整個計算機系統(tǒng)成本中所占的比例為 10%20%。到 20世紀 60年代中期，軟件成本在計算機系統(tǒng)中所占的比例已經(jīng)增長到 50%左右。 而且，該數(shù)字還在不斷地遞增，下面是一組來自美國空軍計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)： 1955年，軟件費用約占總費用的 18%， 1970年達到 60%， 1975年達到 72%， 1980年達到 80%， 1985年達到 85%左右。 第 1章 軟件體系結(jié)構(gòu)概論 從軟件危機談起 ◇ 軟件危機的表現(xiàn) ◎ 開發(fā)進度難以控制 由于軟件是邏輯、智力產(chǎn)品，軟件的開發(fā)需建立龐大的邏輯體系，這是與其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不一樣的。