軟件架構設計方法理論

1、軟件架構設計方法理論1 .軟件架構概述1.1 什么是軟件架構 軟件架構的概念很混亂。如果你問五個不同的人，可能會得到五種不同的答案。 軟件架構概念主要分為兩大流派：組成派：軟件架構=組件+交互。決策派：軟件架構=重要決策集。 組成派和決策派的概念相輔相成。1.2 軟件架構和子系統(tǒng)、框架之間的關系 復雜性是層次化的。 好的架構設計必須把變化點錯落有致地封裝到軟件系統(tǒng)的不同部分(即關注點分離)。通過關注點分離，達到系統(tǒng)中的一部分發(fā)生了變化，不會影響其他部分”的目標。 軟件單元的粒度：* 粒度最小的單元通常是類”。* 幾個類緊密協(xié)作形成模塊工* 完成相對獨立的功能的多個模塊構成了子系統(tǒng)”。* 多個子

2、系統(tǒng)相互配合才能滿足一個完整應用的需求，從而構成了軟件系統(tǒng)”。* 一個大型企業(yè)往往使用多套系統(tǒng)，多套系統(tǒng)通過互操作形成集成系統(tǒng)”。 軟件單元的粒度是相對的。同一個軟件單元，在不同場景下我們會以不同的粒度看待它。 架構(Architecture)不等于框架(Framework)。框架只是一種特殊的軟件，框架也有架構。 可以通過架構框架化達到架構重用”的目的，如很多人都在用 Spring框架提供的控制反轉和依賴注入來構建自己的架構。1.3軟件架構的作用如果一個項目的系統(tǒng)架構(包括理論基礎)尚未確定，就不應該進行此系統(tǒng)的全面開發(fā)。-Barry Boehm, «Engineering Con

3、text » 一個缺陷充斥的系統(tǒng)，將始終是一個缺陷充斥的系統(tǒng)。-Timothy C. Lethbridge,面向對象軟件工程軟件架構設計為什么這么難？因為它是跨越現(xiàn)實世界與計算機世界之間鴻溝的一座橋。軟件架構設計要完成從面向業(yè)務到面向技術的轉換，在鴻溝上架起一座橋梁。需求-> 架構設計-> 軟件架構-> 系統(tǒng)開發(fā)-> 軟件系統(tǒng) 軟件架構對新產品開發(fā)的作用：* 上承業(yè)務目標。* 下接技術決策。* 控制復雜性。先進行架構設計，后進行詳細設計和編碼實現(xiàn)，符合基于問題深度分而治之”的理念* 組織開發(fā)。軟件架構方案在小組中間扮演了橋梁”和 誓作契約”的作用。* 利于迭代

4、開發(fā)和增量交付。以架構為中心進行開發(fā)，為增量交付提供了良好的基礎。在架構經過驗證之后，可以專注于功能的增量提交。* 提高質量。軟件架構對軟件產品線開發(fā)的作用：* 固化核心知識；* 提供可重用資產；* 縮短推出產品的周期；* 降低開發(fā)和維護成本；* 提高產品質量；* 支持批量定制。軟件產品線：指具有一組可管理的、公共特性的、軟件密集性系統(tǒng)的集合，這些系統(tǒng)滿足特定 的市場需求或任務需求，并且按照預定義方式從一個公共的核心資產集開發(fā)得到。軟件產品線架構：針對一個公司或組織內的一系列產品而設計的通用架構。2.軟件架構設計方法2.1 軟件架構為誰而設計架構師應當為項目相關的不同角色而設計：* 架構師要為

5、客戶負責，滿足他們的業(yè)務目標和約束條件。* 架構師要為用戶負責，滿足他們關心的功能需求和運行期質量屬性。* 架構師必須顧及處于協(xié)作分工下游”的開發(fā)人員。* 架構師必須考慮 周邊”的管理人員，為他們進行分工管理、協(xié)調控制和評估監(jiān)控等工作提供清晰的基礎。2.2 五視圖法* 什么是軟件架構視圖？軟件架構視圖是對于從某一視角看到的系統(tǒng)所作的簡化描述，描述中涵蓋了系統(tǒng)的某一特定方面，而省略了與此無關的其他方面。* 軟件架構要涵蓋的內容和決策太多了，超過了人腦"蹴而就”的能力范圍，因此宜采用分而治之”的辦法。即通過不同的視圖來描述架構。* 軟件架構的五視圖法：* 邏輯架構邏輯架構關注功能。其設計

6、著重考慮功能需求。* 開發(fā)架構開發(fā)架構關注程序包。其設計著重考慮開發(fā)期質量屬性，如可擴展性、可重用性、可移植性、易理解性和易測試性等。* 運行架構運行架構關注進程、線程、對象等運行時概念，以及相關的并發(fā)、同步、通信等問題。其設計著重考慮運行期質量屬性，例如性能、可伸縮性、持續(xù)可用性和安全性等。* 物理架構安裝和物理架構關注軟件系統(tǒng)最終如何安裝或部署到物理機器。其設計著重考慮 部署需求”。* 數(shù)據(jù)架構數(shù)據(jù)架構關注持久化數(shù)據(jù)的存儲方案。其設計著重考慮數(shù)據(jù)需求2.3 從概念性架構到實際架構 少就是多(Less is more.) 。- 密斯凡德羅概念性架構是對系統(tǒng)設計的最初構想。 一般來說，實際的軟

7、件架構設計過程是，先進行概念性架構的設計，把最關鍵的設計 要素和交互機制確定下來，然后再考慮具體技術的運用，設計出實際架構。2.4 架構設計中的關鍵要素及解決策略策略是制勝的關鍵。-張明正，擋不住的趨勢最好的軟件開發(fā)人員都知道一個秘密：美的東西比丑的東西創(chuàng)建起來更廉價，也更快捷。-Robert C. Martin,軟件之美時間就是系統(tǒng)架構的生命。-Philippe Kruchten方法產生于恐懼。面對時間緊迫的壓力，我們有理由質疑那種不顧時間花銷、一味追求軟件架構高質量的 做法。軟件架構是軟件系統(tǒng)質量的核心，必須足夠重視，但在不適當?shù)臅r候用時間換完美”會毀掉整個項目。架構設計并非好的就是成功的

8、"而是適合的才是成功的軟件架構設計中的關鍵要素及解決策略：全面認識需求。關鍵需求決定架構。 多視圖探尋架構。及早驗證架構。關鍵要素策略1. 是否遺漏了至關重要的非功能需求？2. 能否馴服數(shù)量巨大且頻繁變化的需求?3. 能否從容地設計軟件架構的不同方面?4. 是否及早驗證架構方案并作出了調整?2.5軟件架構要設計到什么程度軟件系統(tǒng)的架構涵蓋了整個系統(tǒng)，盡管架構的有些部分可能只有1寸深-Ivar Jacobson,統(tǒng)一軟件開發(fā)過程之路軟件架構是團隊開發(fā)的基礎。軟件架構要設計到什么程度？* 由于項目的不同、開發(fā)團隊情況的不同，軟件架構的設計程度會有不同。* 軟件架構應當為開發(fā)人員提供足夠的

9、指導和限制。高來高去式架構設計的癥狀：*缺失重要架構視圖遺漏了某些重要視圖，從而遺漏了對團隊某些角色的指導* 淺嘗輒止、不夠深入。將重大技術風險遺留到后續(xù)開發(fā)中。* 名不副實的分層架構。11/9對各層之間交互接口和交互機制的設計嚴重不足。3.軟件架構設計過程3.1軟件架構設計過程總覽一般的軟件過程:概念化階段->分析階段->架構設計階段->并行開發(fā)與測試階段->驗收與交付階段愿景需求架構可執(zhí)行系統(tǒng)交付的系統(tǒng)軟件架構設計過程:需求分析->領域建模->確定關鍵需求->I概念性架構設計-> 細化架構-> 驗證架構I,實際架構概念性架構分析階段架構

10、設計階段3.2需求分析3.2.1 幾個概念需求捕獲vs需求分析vs系統(tǒng)分析需求捕獲是獲取知識的過程，知識從無到有。需求分析是挖掘和整理知識的過程，它在已掌握知識的基礎上進行。系統(tǒng)分析如果說需求分析致力于做什么" 那么系統(tǒng)分析則涉及怎么做3.2.2架構師必須掌握的需求知識軟件架構師不必是需求捕獲專家，也不必是編寫軟件需求規(guī)格說明書的專家。 但他一定應在需求分類、需求折衷和需求變更的研究方面是專家，否則他和其他軟件架構師相比，就輸在了 軟件需求的類型起跑線”上。功能需求軟件需求TL非功能需求廠運行期質量屬性質量屬性TIL開發(fā)期質量屬性L約束軟件質量屬性分類方式運行期質量屬性性能(Perf

11、ormance) 安全性(Security) 易用性(Usability)* 持續(xù)可用性(Availability)* 可伸縮性(Scalability)* 互操作性(Interoperability)* 可靠性(Reliability)* 魯棒性(Robustness)開發(fā)期質量屬性* 易理解性(Understandability)* 可擴展性(Extensibility)* 可重用性(Reusability)* 可測試行(Testability)* 可維護性(Maintainability)* 可移植性(Portability)3.3領域建模 就像高效能人士的七個習慣提到的有內而外全面造就

12、自己”的觀點一樣,對待軟件開發(fā)，要具備有內而外造就軟件”的理念。 想讓軟件系統(tǒng)隨需應變嗎？請給軟件一個支持變化的心”。 什么是領域模型？領域模型是對實際問題領域的抽象表示，它專注于分析問題領域本身，發(fā)掘重要的 業(yè)務領域概念，并建立業(yè)務領域概念之間的關系。 領域建模和需求分析活動是相互伴隨、互相支持、交疊演進的。 領域模型對軟件架構乃至整個軟件系統(tǒng)開發(fā)工作的作用：* 探索復雜問題、固化領域知識；* 決定功能范圍、影響可擴展性；* 提供交流基礎、促進有效溝通。3.4確定關鍵需求功能、質量和商業(yè)需求的某個集合塑造”了架構。-Len Bass,軟件架構實踐(第2版)»關鍵需求決定架構，其余需

13、求驗證架構。什么是對軟件架構關鍵的需求？* 關鍵的功能需求。* 關鍵的質量屬性需求。* 關鍵的商業(yè)需求。如何確定關鍵需求？,確定關鍵功能需求->全面整理需求-分析約束性需求TL確定關鍵質量屬性需求3.5概念性架構設計概念性架構設計的步驟(這三個步驟以迭代方式進行)：1. 魯棒性分析；2. 引入架構模式；3. 質量屬性分析。3.5.1 魯棒性分析 所謂魯棒性分析是這樣一種方法：通過分析用例規(guī)約中的事件流，識別出實現(xiàn)用例規(guī)定 的功能所需的主要對象及其職責，形成以職責模型為主的初步設計。 魯棒性分析是從功能需求向設計方案過度的第一步，所獲得的初步設計是一種理想化的 職責模型，它的重點是識別組成

14、軟件系統(tǒng)的高級職責塊、規(guī)劃它們之間的關系。 魯棒性分析填補了分析和設計之間的鴻溝。 魯棒圖包含三種元素：邊界對象、控制對象和實體對象。（見書P196）3.5.2 引入架構模式較為經典的幾種架構模式：分層、MVC微內核、基于元模型的架構、管道-過濾器。關于架構模式的幾點說明：* 分層避免名不副實的分層架構，即對各層之間交互接口和交互機制的設計嚴重不足。* 微內核缺點：設計和實現(xiàn)的復雜性；性能較低。優(yōu)點：擴展性強，可移植性強，軟件系統(tǒng)的生命周期長。3.5.3質量屬性分析 屬性-場景-決策”表方法。舉例如下：1 I1I屬性 I場景I決策I1H可擴展性I數(shù)據(jù)庫類型可替換I建立數(shù)據(jù)庫存取層I1H允許加載

15、第三方模塊I采用插件機制I1H.3.6 細化架構設計架構細化工作主要體現(xiàn)在基于五視圖方法進行架構細化:約束I領域模型->基于五視圖方法關鍵需求->-> 架構方案概念架構->進行架構細化經驗架構細化設計的工作內容:1架構設計視圖1設計任務1邏輯架構1細化功能單元；發(fā)現(xiàn)通用機制；細化領域模型；確定子系統(tǒng)接口和交互機制。1開發(fā)架構1確定要開發(fā)或直接利用的程序包之間的依賴關系；確定采用的技術；確定采用的框架等。數(shù)據(jù)架構1持久化數(shù)據(jù)存儲方案；數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)復制、數(shù)據(jù)同步等策略(可選)。11運行架構1確定引入哪些進程與線程；確定主動對象、被動對象，以及控制關系；處理進程線程的創(chuàng)建、銷毀、通信機制、資源爭用等； 協(xié)議設計。1物理架構1確定物理配置方案；確定如何將目標程序映射到物理節(jié)點。邏輯架構設計中，發(fā)現(xiàn)通用機制”是應被特別強調的。機制(Mechanism)是模式的實例。機制是特定上下文中重復出現(xiàn)的問題的特定解決方案。具有良好架構的系統(tǒng)具備概念完整性。它通過對系統(tǒng)架構建立一種清晰的認識來發(fā)現(xiàn)通用的 抽象和機制。利用這種共性使最終產生的系統(tǒng)結構更為簡單。3.7 實現(xiàn)并驗證軟件架構好的策略必須是一再求證、測試、發(fā)現(xiàn)瑕疵漏洞，另想途徑或方法來彌補策略不足，有時 甚至得全盤放棄，重新策劃。- 張明正，擋不住的趨勢架構原型對功能性需求的實現(xiàn)非常有