【正文】 成建立操作系統(tǒng)接口的操作；中間層提供各種實用工具服務(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)流變化的過程時，問題會變得更加難以解決，因為增量顯示和過濾器的輸出數(shù)據(jù)差距太大。第二，支持功能模塊的重用：任意兩個過濾器只要相互間所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式上達成一致，就可以連接在一起。每個過濾器獨立于其上游和下游的構(gòu)件而工作，要針對某種形式的數(shù)據(jù)輸入產(chǎn)生某種特定形式的數(shù)據(jù)輸出（到下一個過濾器）。 表 62 管道 過濾器模式 圖 64 管道 過濾器模式（數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)） 過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器過 濾 器管 道管 道 和 過 濾 器圖 65 管道 過濾器模式的一個實例 票 據(jù)收 據(jù)提 醒讀 發(fā) 出 的票 據(jù)支 付確 認 支 付發(fā) 出 支 付檢 查 支 付截 止 日 期發(fā) 出 支 付提 醒 管道 過濾器 ? “管道 過濾器”的名字最早出自 Unix系統(tǒng)， Unix系統(tǒng)在鏈接進程時可能會用到“管道”，通過提供符號表示要連接的構(gòu)件和提供運行時機制來實現(xiàn)管道，這些管道能從一個進程到另一個進程傳遞文本流。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)、多級分層、客戶機 服務(wù)器、獨立構(gòu)件、通信進程、事件系統(tǒng)、虛擬機、解釋器、基于規(guī)則系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)（知識庫、黑板、容器）、數(shù)據(jù)庫、超文本系統(tǒng)、過程控制。 – 開發(fā)結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)定義構(gòu)件、工作產(chǎn)品以及軟件工程過程中所需的其他信息源。 – 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)： “ 構(gòu)件可以是包、類、對象、過程函數(shù)方法等所有在不同抽象層上打包的功能 ” 。 風格與模式 ? 與體系結(jié)構(gòu)風格一樣，體系結(jié)構(gòu)模式也對體系結(jié)構(gòu)設(shè)計施加一種變換。建筑師使用體系結(jié)構(gòu)風格作為描述手段，將該房子和其他風格（例如，公寓、別墅等）的房子區(qū)分開來。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)，國際標準化組織的公共系統(tǒng)連接參考模型和面向?qū)ο笤O(shè)計通用模式。 風格與模式 ? 體系結(jié)構(gòu)模式是復(fù)用和通用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)知識的一種方法。這種格式化的模式描述包括模式的名字，一個簡短的描述（伴有一個相關(guān)的圖形模型），以及一個這種模式適用的系統(tǒng)類型的例子（可能也伴有一個圖形模型）。 體系結(jié)構(gòu)類型 ? 從體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的立場看，每一種類型表述了一個特有問題。 – 醫(yī)療 ——診斷或治療，或者有助于醫(yī)學研究的系統(tǒng)。 – 內(nèi)容創(chuàng)作 ——用來創(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)計環(huán)境中，“類型”隱含了在整個軟件領(lǐng)域中的一個特定類別。 ADL語言的基本要素是組件和連接器，這類語言包含了形成規(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)中對象和對象類的一些主要抽象。軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計 浙江大學城市學院 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 ? 設(shè)計過程 ? 關(guān)注點分離 ? 關(guān)于設(shè)計的概念 ? 設(shè)計模型 ? 在工程領(lǐng)域中，基于模式和設(shè)計風格的開發(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 械 爪 控 制 器對 象 識 別系 統(tǒng)視 覺 系 統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu)視圖 ? 這個機器人系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌愋偷膶ο筮M行打包，它使用一個視覺子系統(tǒng)來拾取傳送帶上的對象，識別對象類型并選擇正確的打包方式，然后從傳送帶上移下對象、打包，最后將其送到另一個傳送帶上。 體系結(jié)構(gòu)視圖 ? 還可以使用專門的體系結(jié)構(gòu)描述語言（ ADL）來描述系統(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)風格獨立于實際問題，強調(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 服務(wù)器等等，體系結(jié)構(gòu)風格以這些組織結(jié)構(gòu)定義了一類系統(tǒng)族。 風格與模式 ? 體系結(jié)構(gòu)的術(shù)語一般與特定的設(shè)計方法和符號相關(guān)，比如面向?qū)ο蠛蛿?shù)據(jù)流組織結(jié)構(gòu)。 風格與模式 ? 利用這個框架，我們可以通過回答下面的問題以確定體系結(jié)構(gòu)風格，即： – 設(shè)計符號集，即構(gòu)件和連接件的類型是什么？ – 被認可的結(jié)構(gòu)模式是什么？ – 根本的計算模型是什么？ – 最基本的特點是什么？ – 使用這種風格的通用例子有哪些？ – 使用這種風格有什么優(yōu)點和缺點？ – 通用的規(guī)格說明是什么？ 風格與模式 ? 例如，當建筑師用“小高層”來描述某座房子時，大多數(shù)人將能夠獲得對房子的整體畫面，對建筑主平面圖可能像什么樣子也會有所了解。在對已有體系結(jié)構(gòu)再工程時，一種體系結(jié)構(gòu)風格的強制采用會導(dǎo)致軟件結(jié)構(gòu)的根本性改變，包括對構(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 ? 盡管在過去的幾十年中人們已經(jīng)創(chuàng)建了眾多的計算機系統(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)加工可以是一項一項地處理，也可以成批處理。 管道 過濾器 ? 構(gòu)件對輸入流進行內(nèi)部轉(zhuǎn)換和增量計算，因此在輸入數(shù)據(jù)流被全部處理之前，輸出就已經(jīng)開始了。首先，設(shè)計者可以將整個系統(tǒng)的輸入、輸出特性理解為各個過濾器功能的簡單合成。此外，由于過濾器的傳輸特性，管道 過濾器模式通常不適合于交互性很強的應(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器的指令集。在這個應(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)。因為分層系統(tǒng)的抽象機依賴的是內(nèi)層中的抽象機，因此，轉(zhuǎn)換到其他機器上實現(xiàn)是比較容易的，此時只有內(nèi)部與具體機器相關(guān)的層需要重新實現(xiàn)以適應(yīng)不同的操作系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫。 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 等 ）核 心 業(yè) 務(wù) 邏 輯 / 應(yīng) 用 領(lǐng) 域系 統(tǒng) 實 用 程 序用 戶 界 面 管 理身 份 驗 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)用于一個叫做 LIBSYS的圖書館系統(tǒng)的示例，能夠控制對一組大學圖書館中版權(quán)資料的電子訪問。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)中同一層的不同實現(xiàn)相互交換使用。 知識庫（容器） ? 知識庫（ Repositories）模式又稱容器（ Repository）模式（見表 64），是以數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)。 ? 圖 610說明了一個可能會用到容器的情形。實際上，將容器分布到多臺機器上可能是困難的。 知識庫（容器） ? 通常知識庫模式中有兩個截然不同的功能構(gòu)件：一個是中央數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，代表系統(tǒng)當前狀態(tài)；另一個是一些相對獨立的構(gòu)件的集合，這些構(gòu)件對中央數(shù)據(jù)存儲進行操作。 – 2）黑板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：問題求解狀態(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 服務(wù)器模式。 客戶機 服務(wù)器 ? 客戶機 服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)經(jīng)常被認為是分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，但是運行在分散服務(wù)器上的獨立服務(wù)的邏輯模型可以在單個計算機上實現(xiàn)。在這個系統(tǒng)中，有管理和放映不同類型媒體的多個服務(wù)器。這種模式有兩個重要的方面： – ① 對象維護自身表示的完整性（通常是通過保持其表示上的一些不變式來實現(xiàn)的）， – ② 這種表示對其他對象是隱藏的。由于對象對客戶隱藏了實現(xiàn)的細節(jié)，所以可以在不影響其客戶的情況下改變對象的實現(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、后臺程序和包交換網(wǎng)絡(luò)。在這個方案中，調(diào)試器僅僅發(fā)布一個事件，但是它既不需要知道其他工具或動作是否和這個事件相關(guān)聯(lián)，也不需要知道這個事件發(fā)布后它們將要做什么。通過注冊一個系統(tǒng)事件，任何一個構(gòu)件都可以很容易地引入到系統(tǒng)中來。這樣，整體的性能和資源的管理可能成為關(guān)鍵性問題。例如，我們有時說一門編程語言提供了一個“ Pascal虛擬機”。 – ⑤ 設(shè)定點：被控變量的期望值。 過程控制 ? 在實際過程控制中，開環(huán)系統(tǒng)的假設(shè)很少有效。主程序擔當子程序的驅(qū)動器，為子程序提供一個控制環(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）是整個或部分系統(tǒng)的可重用設(shè)計，表現(xiàn)為一組抽象構(gòu)件的集合以及構(gòu)件實例間交互的方法。事實上，大多數(shù)系統(tǒng)都是由很多風格組合而成的。）另一個例子是“ 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。如果不熟悉正在開發(fā)的應(yīng)用類型，可以將初始設(shè)計建立在一般體系結(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)庫事務(wù)是一個操作序列，每個這樣的操作可以看成是一個單元（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)庫管理系統(tǒng)內(nèi)。信息系統(tǒng)允許對一個大信息庫進行適當?shù)脑L問。 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 信 息 安 全 病 人 信 息 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 入 報 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 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內(nèi)容，找出了用于支持用戶通信、信息檢索和訪問的組件： – 1）最上層負責實現(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)庫中作為對命令語言的翻譯，在信息系統(tǒng)中和在標記語言比如 XML中。它使用相應(yīng)語言所定義的語法并建立語法樹； – ④ 語法樹，它代表待編譯程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； – ⑤ 語義分析層，它使用來自語法樹和符號表的信息來檢查輸入的語言文本的語義正確性； – ⑥ 代碼生成器，它在語法樹中穿行并生成抽象機代碼。而對于集成了其他語言處理工具，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。