【文章內容簡介】 需要改寫低層提供的服務 ? 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題 25 167。 層次結構 ? 層次結構的應用實例 ? 虛擬機 ? JVM可以被當成一個低層，為高層屏蔽了底層的細節(jié)和硬件的變化 ? Java語言與平臺無關 ? API接口 ? 封裝了低層頻繁使用的功能，通常是功能函數規(guī)范的簡單集合 ? 例如， C語言中的 printf()、 fopen() etc. ? IS（信息系統(tǒng)） ? 商業(yè)軟件經常使用兩層結構（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并進行界面的展示 ? 由于用戶界面和數據處理模塊緊密的結合在一起帶來了一些問題，在兩層之間引入第三層（領域層、問題域的概念模型） 26 167。 層次結構 ? 層次結構的應用實例 (續(xù) ) ? Windows NT ? 根據 Microkernel模式構建的，執(zhí)行部件對應于 Microkernel的部件，是一個松弛的層析系統(tǒng)，包括以下幾個層次 ? 系統(tǒng)服務層：子系統(tǒng)和 NT執(zhí)行部件之間的接口層 ? 資源管理層：對象、安全、進程、 I/O、虛擬存儲、 LPC ? 內核：負責基本功能， 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，內核和 IO管理需要直接訪問硬件 27 167。 層次結構 ? 層次結構的優(yōu)缺點 ? 優(yōu)點 ? 層次的復用性 ? 對標準化的支持，允許在不同層使用來自不同商家的產品 ? 依賴本地化，層次間的標準接口通常把代碼變化的影響限制在其所在的層次之內，這樣做便于支持系統(tǒng)的可移植性和可測試性 ? 可替換性，獨立層次的實現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是增加了程序開銷。 ? 缺點 ? 改變行為的連鎖效應。例如，在維護升級時，如果必須在許多層次上做大量的工作。 ? 低效率。分層結構通常比單一層次的結構效率更低。例如，通信協(xié)議在從高層傳送信息時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臵重復的工作，對于軟件的整體性能就有消極的影響。高層請求通常會導致多次對低層次的同樣的請求，層次數太多還會在層次間產送變量和返回值時帶來額外的開銷。 28 167。 體系結構的描述 ? 概述 ? 傳統(tǒng)的軟件工程大都采用圖、文本、表格和簡單的符號集合來創(chuàng)建分析和設計系統(tǒng)的模型。 ? 采用形式化方法就是使用形如數學符號的形式化語法和語義來刻畫系統(tǒng)的功能行為和描述系統(tǒng)規(guī)約及設計。 ? 形式化方法是有爭議的。 ? 支持者：革命 ? 反對者：相當的困難 ? 而我們：是如此的不熟悉，以致難以判斷這些爭論 ? 使用形式化方法進行體系結構描述語言的描述、設計和開發(fā)受到研究者的重視。 ? 精確復制的必然性，一如 Intel CEO所言 29 167。 體系結構的描述 ? 形式化基本概念 ? 定義：用于開發(fā)計算機系統(tǒng)的形式化方法是描述系統(tǒng)性質的基于數學的技術。 ? 如果一個方法有良好的數學基礎，那么它就是形式化的。典型的是以形式化規(guī)約語言給出的。 ? 規(guī)約方法的目標：無二義性、一致性和完整性。 ? 傳統(tǒng)的軟件工程：圖形、符號、文字 ? 在系統(tǒng)實現的過程中存在的問題 ? 形式的化的規(guī)約的方法 30 167。 體系結構的描述 ? 體系結構描述的分類 ? 體系結構的形式化方法 ? 建模、分析、驗證 ? 體系結構的描述語言 ? ADL，建立在形式化的理論基礎之上 ? Petri網、 Z語言、狀態(tài)圖、 CSP etc. ? 語義嚴格、精確 ? 求精、驗證、演化、分析 ? ADL應當具備的特點 ? 嚴謹的語法、語義 ? 描述能力強 ? 有工具支持 ? 簡單易懂 ? 不同的抽象級別 ? 靜態(tài)分析、動態(tài)分析 31 167。 體系結構的描述 ? 體系結構的描述語言 ? 幾種體系結構描述語言的提出組織和倡導者 ADL語言 提出組織 倡導者 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。 體系結構的描述 ? 體系結構的描述語言的定義與分類 ? 發(fā)展： MIL ? 定義：人云亦云 ? 功能：能夠描述體系結構的組成要素，并能對系統(tǒng)體系結構、體系結構風格進行建模和分析驗證的描述語言。 33 167。 體系結構的描述 ? 體系結構的描述語言的定義與分類 ? 分類： ? 描述軟件體系結構配臵的 ADL： CHAM ? 描述軟件體系結構實例的 ADL： Rapide ? 描述軟件體系結構風格的 ADL： Wright ? 目標： ? 精確的語義描述 ? 支持分析推理 34 167。 體系結構的描述：類屬理論 ? 類屬理論是一種表達對象關系的數學語言。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抽象和依賴關系的工具 ? 在體系結構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 ? 函數型體系結構理論 36 167。 ：類屬理論 ? 基本概念 ? 類屬是由一個對象集合和一個關聯兩個對象的箭頭集合構成的。 ? 對象是以某種邏輯表達的形式規(guī)范，箭頭定義了這些規(guī)范之間的關系。 ? 定義 1：類屬。一個類屬 C的構成如下： ? 一個稱作 C對象的事物集合（ Collection） ? 一個稱作 C箭頭的事物集合 ? 給每個 C箭頭 f 指派一個操作 ? a=dom f ,并且 b=cod f 則： f:a b 或者 a f b ? 一個稱為合成的操作 o ? g o f:dom f cod g ? 對每個 C對象指派一個 C箭頭 idb:b b ,稱作是關于 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，它是一個由 C對象的節(jié)點集合 Dc和一個 C箭頭的邊集合 DA構成的，對任何 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） ? 共限可以用來把多個規(guī)范通過共同部分粘結在一切。 di c‘ c fi f fi’ 39 167。 形式化描述：類屬理論 ? 基本概念（續(xù)） ? 在建立結構的規(guī)范中還要用到其他操作。數據類型的元組被定義為類屬的積（ Product），聯合（ 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