【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 需要改寫低層提供的服務(wù) ? 如果基類改變了，則繼承該基類的子類都要重新編譯 ? 這種由繼承引入的依賴性稱作脆弱的基類問(wèn)題 25 167。 層次結(jié)構(gòu) ? 層次結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例 ? 虛擬機(jī) ? JVM可以被當(dāng)成一個(gè)低層，為高層屏蔽了底層的細(xì)節(jié)和硬件的變化 ? Java語(yǔ)言與平臺(tái)無(wú)關(guān) ? API接口 ? 封裝了低層頻繁使用的功能，通常是功能函數(shù)規(guī)范的簡(jiǎn)單集合 ? 例如， C語(yǔ)言中的 printf()、 fopen() etc. ? IS（信息系統(tǒng)） ? 商業(yè)軟件經(jīng)常使用兩層結(jié)構(gòu)（主框架交互系統(tǒng)， C/S系統(tǒng)） ? 底層使用 DB ? 頂層完成不同的任務(wù)并進(jìn)行界面的展示 ? 由于用戶界面和數(shù)據(jù)處理模塊緊密的結(jié)合在一起帶來(lái)了一些問(wèn)題，在兩層之間引入第三層（領(lǐng)域?qū)?、?wèn)題域的概念模型） 26 167。 層次結(jié)構(gòu) ? 層次結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例 (續(xù) ) ? Windows NT ? 根據(jù) Microkernel模式構(gòu)建的，執(zhí)行部件對(duì)應(yīng)于 Microkernel的部件，是一個(gè)松弛的層析系統(tǒng)，包括以下幾個(gè)層次 ? 系統(tǒng)服務(wù)層：子系統(tǒng)和 NT執(zhí)行部件之間的接口層 ? 資源管理層：對(duì)象、安全、進(jìn)程、 I/O、虛擬存儲(chǔ)、 LPC ? 內(nèi)核：負(fù)責(zé)基本功能， Int、 E、 Thread、多處理器同步 ? HAL（硬件抽象層）：隱藏了不同處理器間硬件的差異 ? 硬件層： NT松弛層模型的規(guī)則，處于效率的考慮，內(nèi)核和 IO管理需要直接訪問(wèn)硬件 27 167。 層次結(jié)構(gòu) ? 層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) ? 優(yōu)點(diǎn) ? 層次的復(fù)用性 ? 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的支持，允許在不同層使用來(lái)自不同商家的產(chǎn)品 ? 依賴本地化，層次間的標(biāo)準(zhǔn)接口通常把代碼變化的影響限制在其所在的層次之內(nèi)，這樣做便于支持系統(tǒng)的可移植性和可測(cè)試性 ? 可替換性，獨(dú)立層次的實(shí)現(xiàn)能夠被功能相同的模塊替換。（例如，硬件的可替換性）享用互操作性好處的代價(jià)是增加了程序開銷。 ? 缺點(diǎn) ? 改變行為的連鎖效應(yīng)。例如，在維護(hù)升級(jí)時(shí)，如果必須在許多層次上做大量的工作。 ? 低效率。分層結(jié)構(gòu)通常比單一層次的結(jié)構(gòu)效率更低。例如，通信協(xié)議在從高層傳送信息時(shí)需要增加信息頭和尾。 ? 包含多于不必要的工作。如果低層次執(zhí)行某些高層次并不需要的設(shè)臵重復(fù)的工作，對(duì)于軟件的整體性能就有消極的影響。高層請(qǐng)求通常會(huì)導(dǎo)致多次對(duì)低層次的同樣的請(qǐng)求，層次數(shù)太多還會(huì)在層次間產(chǎn)送變量和返回值時(shí)帶來(lái)額外的開銷。 28 167。 體系結(jié)構(gòu)的描述 ? 概述 ? 傳統(tǒng)的軟件工程大都采用圖、文本、表格和簡(jiǎn)單的符號(hào)集合來(lái)創(chuàng)建分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模型。 ? 采用形式化方法就是使用形如數(shù)學(xué)符號(hào)的形式化語(yǔ)法和語(yǔ)義來(lái)刻畫系統(tǒng)的功能行為和描述系統(tǒng)規(guī)約及設(shè)計(jì)。 ? 形式化方法是有爭(zhēng)議的。 ? 支持者：革命 ? 反對(duì)者：相當(dāng)?shù)睦щy ? 而我們：是如此的不熟悉，以致難以判斷這些爭(zhēng)論 ? 使用形式化方法進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言的描述、設(shè)計(jì)和開發(fā)受到研究者的重視。 ? 精確復(fù)制的必然性，一如 Intel CEO所言 29 167。 體系結(jié)構(gòu)的描述 ? 形式化基本概念 ? 定義：用于開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的形式化方法是描述系統(tǒng)性質(zhì)的基于數(shù)學(xué)的技術(shù)。 ? 如果一個(gè)方法有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，那么它就是形式化的。典型的是以形式化規(guī)約語(yǔ)言給出的。 ? 規(guī)約方法的目標(biāo)：無(wú)二義性、一致性和完整性。 ? 傳統(tǒng)的軟件工程：圖形、符號(hào)、文字 ? 在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中存在的問(wèn)題 ? 形式的化的規(guī)約的方法 30 167。 體系結(jié)構(gòu)的描述 ? 體系結(jié)構(gòu)描述的分類 ? 體系結(jié)構(gòu)的形式化方法 ? 建模、分析、驗(yàn)證 ? 體系結(jié)構(gòu)的描述語(yǔ)言 ? ADL，建立在形式化的理論基礎(chǔ)之上 ? Petri網(wǎng)、 Z語(yǔ)言、狀態(tài)圖、 CSP etc. ? 語(yǔ)義嚴(yán)格、精確 ? 求精、驗(yàn)證、演化、分析 ? ADL應(yīng)當(dāng)具備的特點(diǎn) ? 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z(yǔ)法、語(yǔ)義 ? 描述能力強(qiáng) ? 有工具支持 ? 簡(jiǎn)單易懂 ? 不同的抽象級(jí)別 ? 靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析 31 167。 體系結(jié)構(gòu)的描述 ? 體系結(jié)構(gòu)的描述語(yǔ)言 ? 幾種體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言的提出組織和倡導(dǎo)者 ADL語(yǔ)言 提出組織 倡導(dǎo)者 ACME Carnegie Mellon University David Garlan Aesop Carnegie Mellon University David Garlan Meta－ H Honeywell Technology Center Steven Vestal Rapide Stanford University David Luckham SADL SRI Mark Moriconi Unicon Carnegie Mellon University Mary Shaw Wright Carnegie Mellon University David Garlan 32 167。 體系結(jié)構(gòu)的描述 ? 體系結(jié)構(gòu)的描述語(yǔ)言的定義與分類 ? 發(fā)展： MIL ? 定義：人云亦云 ? 功能：能夠描述體系結(jié)構(gòu)的組成要素，并能對(duì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格進(jìn)行建模和分析驗(yàn)證的描述語(yǔ)言。 33 167。 體系結(jié)構(gòu)的描述 ? 體系結(jié)構(gòu)的描述語(yǔ)言的定義與分類 ? 分類： ? 描述軟件體系結(jié)構(gòu)配臵的 ADL： CHAM ? 描述軟件體系結(jié)構(gòu)實(shí)例的 ADL： Rapide ? 描述軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格的 ADL： Wright ? 目標(biāo)： ? 精確的語(yǔ)義描述 ? 支持分析推理 34 167。 體系結(jié)構(gòu)的描述：類屬理論 ? 類屬理論是一種表達(dá)對(duì)象關(guān)系的數(shù)學(xué)語(yǔ)言。最初由Samuel Eilenberg 和 Sanders Maclane提出的。 ? 提供了概念劃分的統(tǒng)一性 ? 軟件研究者把他看成是表達(dá)抽象和依賴關(guān)系的工具 ? 在體系結(jié)構(gòu)的部件和連接器描述中都被廣泛采用 35 167。 ：類屬理論 ? 類屬理論（ Category Theory） Contents ? 基本概念 ? 類屬規(guī)范 Spec ? 類屬規(guī)范 P－ Spec ? 函數(shù)型體系結(jié)構(gòu)理論 36 167。 ：類屬理論 ? 基本概念 ? 類屬是由一個(gè)對(duì)象集合和一個(gè)關(guān)聯(lián)兩個(gè)對(duì)象的箭頭集合構(gòu)成的。 ? 對(duì)象是以某種邏輯表達(dá)的形式規(guī)范，箭頭定義了這些規(guī)范之間的關(guān)系。 ? 定義 1：類屬。一個(gè)類屬 C的構(gòu)成如下： ? 一個(gè)稱作 C對(duì)象的事物集合（ Collection） ? 一個(gè)稱作 C箭頭的事物集合 ? 給每個(gè) C箭頭 f 指派一個(gè)操作 ? a=dom f ,并且 b=cod f 則： f:a b 或者 a f b ? 一個(gè)稱為合成的操作 o ? g o f:dom f cod g ? 對(duì)每個(gè) C對(duì)象指派一個(gè) C箭頭 idb:b b ,稱作是關(guān)于 b的等箭頭。 37 167。 ：類屬理論 ? 基本概念（續(xù)） ? 定義 2：類屬圖。類屬 C的圖示形式稱為類屬圖 D，它是一個(gè)由 C對(duì)象的節(jié)點(diǎn)集合 Dc和一個(gè) C箭頭的邊集合 DA構(gòu)成的，對(duì)任何 a包含于 DA，則 dom a包含于 Dc并且 cod a 包含于 Dc 38 167。 形式化描述：類屬理論 ? 基本概念（續(xù)） ? 定義 3：共限（ Colimit） ? 共限可以用來(lái)把多個(gè)規(guī)范通過(guò)共同部分粘結(jié)在一切。 di c‘ c fi f fi’ 39 167。 形式化描述：類屬理論 ? 基本概念（續(xù)） ? 在建立結(jié)構(gòu)的規(guī)范中還要用到其他操作。數(shù)據(jù)類型的元組被定義為類屬的積（ Product），聯(lián)合（ Union）類型被定義為共積。 ? 定義 4：積（ Product） ? 定義 5：共積（ Coproduct） 40 167。 ：類屬理論 ? 基本概念（續(xù)） c b a f i1 g i2 a+b [f。g] [f。g] 0 i1=f并且 [f。g] 0 i2=g 共積 [f。g]:a+b c c b a f ∏ 1 g ∏2 a X b f,g f,g0 ∏1 =f并且 f