【正文】 成建立操作系統(tǒng)接口的操作；中間層提供各種實(shí)用工具服務(wù)和應(yīng)用軟件功能。尤其是在系統(tǒng)需要逐步顯示數(shù)據(jù)流變化的過(guò)程時(shí)，問(wèn)題會(huì)變得更加難以解決，因?yàn)樵隽匡@示和過(guò)濾器的輸出數(shù)據(jù)差距太大。第二，支持功能模塊的重用：任意兩個(gè)過(guò)濾器只要相互間所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式上達(dá)成一致，就可以連接在一起。每個(gè)過(guò)濾器獨(dú)立于其上游和下游的構(gòu)件而工作，要針對(duì)某種形式的數(shù)據(jù)輸入產(chǎn)生某種特定形式的數(shù)據(jù)輸出（到下一個(gè)過(guò)濾器）。 表 62 管道 過(guò)濾器模式 圖 64 管道 過(guò)濾器模式（數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)） 過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器過(guò) 濾 器管 道管 道 和 過(guò) 濾 器圖 65 管道 過(guò)濾器模式的一個(gè)實(shí)例 票 據(jù)收 據(jù)提 醒讀 發(fā) 出 的票 據(jù)支 付確 認(rèn) 支 付發(fā) 出 支 付檢 查 支 付截 止 日 期發(fā) 出 支 付提 醒 管道 過(guò)濾器 ? “管道 過(guò)濾器”的名字最早出自 Unix系統(tǒng)， Unix系統(tǒng)在鏈接進(jìn)程時(shí)可能會(huì)用到“管道”，通過(guò)提供符號(hào)表示要連接的構(gòu)件和提供運(yùn)行時(shí)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)管道，這些管道能從一個(gè)進(jìn)程到另一個(gè)進(jìn)程傳遞文本流。應(yīng)用較多的體系結(jié)構(gòu)模式有： MVC（模型 視圖 控制器）、批處理序列、管道 過(guò)濾器（數(shù)據(jù)流）、調(diào)用和返回、主程序和子程序、面向?qū)ο笙到y(tǒng)、多級(jí)分層、客戶機(jī) 服務(wù)器、獨(dú)立構(gòu)件、通信進(jìn)程、事件系統(tǒng)、虛擬機(jī)、解釋器、基于規(guī)則系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)（知識(shí)庫(kù)、黑板、容器）、數(shù)據(jù)庫(kù)、超文本系統(tǒng)、過(guò)程控制。 – 開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)定義構(gòu)件、工作產(chǎn)品以及軟件工程過(guò)程中所需的其他信息源。 – 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)： “ 構(gòu)件可以是包、類、對(duì)象、過(guò)程函數(shù)方法等所有在不同抽象層上打包的功能 ” 。 風(fēng)格與模式 ? 與體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格一樣，體系結(jié)構(gòu)模式也對(duì)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施加一種變換。建筑師使用體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格作為描述手段，將該房子和其他風(fēng)格（例如，公寓、別墅等）的房子區(qū)分開(kāi)來(lái)。某些體系結(jié)構(gòu)模式和一些特殊類型的系統(tǒng)相關(guān)，比如編譯器的傳統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的公共系統(tǒng)連接參考模型和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)通用模式。 風(fēng)格與模式 ? 體系結(jié)構(gòu)模式是復(fù)用和通用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)知識(shí)的一種方法。這種格式化的模式描述包括模式的名字，一個(gè)簡(jiǎn)短的描述（伴有一個(gè)相關(guān)的圖形模型），以及一個(gè)這種模式適用的系統(tǒng)類型的例子（可能也伴有一個(gè)圖形模型）。 體系結(jié)構(gòu)類型 ? 從體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的立場(chǎng)看，每一種類型表述了一個(gè)特有問(wèn)題。 – 醫(yī)療 ——診斷或治療，或者有助于醫(yī)學(xué)研究的系統(tǒng)。 – 內(nèi)容創(chuàng)作 ——用來(lái)創(chuàng)建或管理文字或多媒體人造物品的系統(tǒng)。在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)境中，“類型”隱含了在整個(gè)軟件領(lǐng)域中的一個(gè)特定類別。 ADL語(yǔ)言的基本要素是組件和連接器，這類語(yǔ)言包含了形成規(guī)范化體系結(jié)構(gòu)所應(yīng)該使用的規(guī)則和指南。體系結(jié)構(gòu)模型描述了這些組件以及它們之間的關(guān)聯(lián)。 – 4）物理視圖。顯示了系統(tǒng)中對(duì)象和對(duì)象類的一些主要抽象。軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 浙江大學(xué)城市學(xué)院 周蘇 教授 ： 81505050 第 6章 體系結(jié)構(gòu)的模式與結(jié)構(gòu) 第 6章 體系結(jié)構(gòu)的模式與結(jié)構(gòu) ? 軟件工程中的設(shè)計(jì) ? 設(shè)計(jì)過(guò)程 ? 關(guān)注點(diǎn)分離 ? 關(guān)于設(shè)計(jì)的概念 ? 設(shè)計(jì)模型 ? 在工程領(lǐng)域中，基于模式和設(shè)計(jì)風(fēng)格的開(kāi)發(fā)方式使用得非常普遍。 體系結(jié)構(gòu)視圖 ? 4種基礎(chǔ)的體系結(jié)構(gòu)視圖是： – 1）邏輯視圖。這種視圖主要用于軟件的管理者和程序員。 圖 61 打包機(jī)器人控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 打 包 選 擇系 統(tǒng)打 包 系 統(tǒng) 傳 送 帶 控 制 器手 臂 控 制 器 機(jī) 械 爪 控 制 器對(duì) 象 識(shí) 別系 統(tǒng)視 覺(jué) 系 統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu)視圖 ? 這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌愋偷膶?duì)象進(jìn)行打包，它使用一個(gè)視覺(jué)子系統(tǒng)來(lái)拾取傳送帶上的對(duì)象，識(shí)別對(duì)象類型并選擇正確的打包方式，然后從傳送帶上移下對(duì)象、打包，最后將其送到另一個(gè)傳送帶上。 體系結(jié)構(gòu)視圖 ? 還可以使用專門(mén)的體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言（ ADL）來(lái)描述系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。 體系結(jié)構(gòu)類型 ? 盡管體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則適用于所有類型（也稱為應(yīng)用領(lǐng)域）的體系結(jié)構(gòu)，但對(duì)于需要構(gòu)建的結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)類型經(jīng)常規(guī)定特定的體系結(jié)構(gòu)方法。 – 通信 ——用于數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)的用戶連接或者數(shù)據(jù)展示的基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)。 – 法律 ——支持法律的系統(tǒng)。 – 實(shí)用程序 ——與其他軟件交互作用的系統(tǒng)，可以提供某些有意義的服務(wù)。在許多基于 Web的系統(tǒng)中，這種模式是交互管理的基礎(chǔ)。通常，體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格獨(dú)立于實(shí)際問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)了軟件系統(tǒng)中通用的組織結(jié)構(gòu)，比如管道線，分層系統(tǒng)，客戶機(jī) 服務(wù)器等等，體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格以這些組織結(jié)構(gòu)定義了一類系統(tǒng)族。 風(fēng)格與模式 ? 體系結(jié)構(gòu)的術(shù)語(yǔ)一般與特定的設(shè)計(jì)方法和符號(hào)相關(guān)，比如面向?qū)ο蠛蛿?shù)據(jù)流組織結(jié)構(gòu)。 風(fēng)格與模式 ? 利用這個(gè)框架，我們可以通過(guò)回答下面的問(wèn)題以確定體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，即： – 設(shè)計(jì)符號(hào)集，即構(gòu)件和連接件的類型是什么？ – 被認(rèn)可的結(jié)構(gòu)模式是什么？ – 根本的計(jì)算模型是什么？ – 最基本的特點(diǎn)是什么？ – 使用這種風(fēng)格的通用例子有哪些？ – 使用這種風(fēng)格有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ – 通用的規(guī)格說(shuō)明是什么？ 風(fēng)格與模式 ? 例如，當(dāng)建筑師用“小高層”來(lái)描述某座房子時(shí)，大多數(shù)人將能夠獲得對(duì)房子的整體畫(huà)面，對(duì)建筑主平面圖可能像什么樣子也會(huì)有所了解。在對(duì)已有體系結(jié)構(gòu)再工程時(shí)，一種體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格的強(qiáng)制采用會(huì)導(dǎo)致軟件結(jié)構(gòu)的根本性改變，包括對(duì)構(gòu)件功能的再分配。特性描述構(gòu)件的特征和接口的組織。連接件是硬件構(gòu)件之間的接口，特性用來(lái)描述容量、帶寬、性能和其他屬性。 典型的體系結(jié)構(gòu)模式 ? 盡管在過(guò)去的幾十年中人們已經(jīng)創(chuàng)建了眾多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但其中絕大多數(shù)都可以歸為少數(shù)幾種體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之一。這些轉(zhuǎn)換可能順序地或并行地執(zhí)行，數(shù)據(jù)加工可以是一項(xiàng)一項(xiàng)地處理，也可以成批處理。 管道 過(guò)濾器 ? 構(gòu)件對(duì)輸入流進(jìn)行內(nèi)部轉(zhuǎn)換和增量計(jì)算，因此在輸入數(shù)據(jù)流被全部處理之前，輸出就已經(jīng)開(kāi)始了。首先，設(shè)計(jì)者可以將整個(gè)系統(tǒng)的輸入、輸出特性理解為各個(gè)過(guò)濾器功能的簡(jiǎn)單合成。此外，由于過(guò)濾器的傳輸特性，管道 過(guò)濾器模式通常不適合于交互性很強(qiáng)的應(yīng)用。定義的一系列不同層次各自完成其自身的操作，這些操作逐漸接近機(jī)器的指令集。在這個(gè)應(yīng)用中，在某種抽象程度上，每一層向其他層提供通訊基礎(chǔ)。因?yàn)榉謱酉到y(tǒng)的抽象機(jī)依賴的是內(nèi)層中的抽象機(jī)，因此，轉(zhuǎn)換到其他機(jī)器上實(shí)現(xiàn)是比較容易的，此時(shí)只有內(nèi)部與具體機(jī)器相關(guān)的層需要重新實(shí)現(xiàn)以適應(yīng)不同的操作系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)。 圖 67 通用分層體系結(jié)構(gòu) 系 統(tǒng) 支 持 （ 操 作 系 統(tǒng) 、 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 等 ）核 心 業(yè) 務(wù) 邏 輯 / 應(yīng) 用 領(lǐng) 域系 統(tǒng) 實(shí) 用 程 序用 戶 界 面 管 理身 份 驗(yàn) 證 和 授 權(quán)用 戶 界 面 分層系統(tǒng) ? 圖 68是分層體系結(jié)構(gòu)模式應(yīng)用于一個(gè)叫做 LIBSYS的圖書(shū)館系統(tǒng)的示例，能夠控制對(duì)一組大學(xué)圖書(shū)館中版權(quán)資料的電子訪問(wèn)。像抽象數(shù)據(jù)類型一樣，假如能夠保證為相鄰的層提供一致的接口，它允許系統(tǒng)中同一層的不同實(shí)現(xiàn)相互交換使用。 知識(shí)庫(kù)（容器） ? 知識(shí)庫(kù)（ Repositories）模式又稱容器（ Repository）模式（見(jiàn)表 64），是以數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)。 ? 圖 610說(shuō)明了一個(gè)可能會(huì)用到容器的情形。實(shí)際上，將容器分布到多臺(tái)機(jī)器上可能是困難的。 知識(shí)庫(kù)（容器） ? 通常知識(shí)庫(kù)模式中有兩個(gè)截然不同的功能構(gòu)件：一個(gè)是中央數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，代表系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)；另一個(gè)是一些相對(duì)獨(dú)立的構(gòu)件的集合，這些構(gòu)件對(duì)中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行操作。 – 2）黑板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)栴}求解狀態(tài)數(shù)據(jù)，被組織成依賴于應(yīng)用的層次結(jié)構(gòu)。表 65描述了客戶機(jī) 服務(wù)器模式。 客戶機(jī) 服務(wù)器 ? 客戶機(jī) 服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)經(jīng)常被認(rèn)為是分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，但是運(yùn)行在分散服務(wù)器上的獨(dú)立服務(wù)的邏輯模型可以在單個(gè)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)系統(tǒng)中，有管理和放映不同類型媒體的多個(gè)服務(wù)器。這種模式有兩個(gè)重要的方面： – ① 對(duì)象維護(hù)自身表示的完整性（通常是通過(guò)保持其表示上的一些不變式來(lái)實(shí)現(xiàn)的）， – ② 這種表示對(duì)其他對(duì)象是隱藏的。由于對(duì)象對(duì)客戶隱藏了實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，所以可以在不影響其客戶的情況下改變對(duì)象的實(shí)現(xiàn)。然而，還有另一種可供選擇的集成技術(shù)，稱為隱式調(diào)用（ Implicit Invocation，或稱響應(yīng)集成、選擇性廣播等），這種模式起源于基于角色的系統(tǒng)、約束滿足性檢查、后臺(tái)程序和包交換網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)方案中，調(diào)試器僅僅發(fā)布一個(gè)事件，但是它既不需要知道其他工具或動(dòng)作是否和這個(gè)事件相關(guān)聯(lián)，也不需要知道這個(gè)事件發(fā)布后它們將要做什么。通過(guò)注冊(cè)一個(gè)系統(tǒng)事件，任何一個(gè)構(gòu)件都可以很容易地引入到系統(tǒng)中來(lái)。這樣，整體的性能和資源的管理可能成為關(guān)鍵性問(wèn)題。例如，我們有時(shí)說(shuō)一門(mén)編程語(yǔ)言提供了一個(gè)“ Pascal虛擬機(jī)”。 – ⑤ 設(shè)定點(diǎn)：被控變量的期望值。 過(guò)程控制 ? 在實(shí)際過(guò)程控制中，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的假設(shè)很少有效。主程序擔(dān)當(dāng)子程序的驅(qū)動(dòng)器，為子程序提供一個(gè)控制環(huán)路，使子程序以某種次序順序執(zhí)行。 應(yīng)用框架 ? 應(yīng)用框架（ Application Framework）是整個(gè)或部分系統(tǒng)的可重用設(shè)計(jì)，表現(xiàn)為一組抽象構(gòu)件的集合以及構(gòu)件實(shí)例間交互的方法。事實(shí)上，大多數(shù)系統(tǒng)都是由很多風(fēng)格組合而成的。）另一個(gè)例子是“ active database”。 體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方式 ? 應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)封裝了一類系統(tǒng)的基本特征。如果不熟悉正在開(kāi)發(fā)的應(yīng)用類型，可以將初始設(shè)計(jì)建立在一般體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上。如果擁有組件，就可以復(fù)用它。 事務(wù)處理系統(tǒng) ? 從技術(shù)角度講，數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)是一個(gè)操作序列，每個(gè)這樣的操作可以看成是一個(gè)單元（原子單元）。事務(wù)得以創(chuàng)建并傳遞給事務(wù)管理器，事務(wù)管理器嵌入在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)內(nèi)。信息系統(tǒng)允許對(duì)一個(gè)大信息庫(kù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑L問(wèn)。 圖 618 MHCPMS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 事 務(wù) 管 理病 人 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 信 息 安 全 病 人 信 息 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 入 報(bào) 告 管 理 管 理 器 和 導(dǎo) 出 生 成 登 錄 角 色 檢 查 樣 式 和 菜 單 數(shù) 據(jù) 有 效 性 管 理 器 驗(yàn) 證W e b 瀏 覽 器 信息系統(tǒng) ? 在模型的每一層中都增加了一些詳細(xì)內(nèi)容，找出了用于支持用戶通信、信息檢索和訪問(wèn)的組件： – 1）最上層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶接口。例如，電子商務(wù)系統(tǒng)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的資源管理系統(tǒng)，它可以接受電子的商品或服務(wù)的訂單，然后安排將商品或服務(wù)遞送給客戶。然而，語(yǔ)言處理系統(tǒng)也使用在很多其他系統(tǒng)中，比如在數(shù)據(jù)庫(kù)中作為對(duì)命令語(yǔ)言的翻譯，在信息系統(tǒng)中和在標(biāo)記語(yǔ)言比如 XML中。它使用相應(yīng)語(yǔ)言所定義的語(yǔ)法并建立語(yǔ)法樹(shù)； – ④ 語(yǔ)法樹(shù)，它代表待編譯程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； – ⑤ 語(yǔ)義分析層，它使用來(lái)自語(yǔ)法樹(shù)和符號(hào)表的信息來(lái)檢查輸入的語(yǔ)言文本的語(yǔ)義正確性； – ⑥ 代碼生成器，它在語(yǔ)法樹(shù)中穿行并生成抽象機(jī)代碼。而對(duì)于集成了其他語(yǔ)言處理工具，比如結(jié)構(gòu)化編輯系統(tǒng)、交互式調(diào)試工具或者是程序的格式轉(zhuǎn)換器，它就不那么有效了。