第十章系统设计

• 详细设计的目的：在给定的技术架构下，设计系统所有模 块的主要接口与属性、数据结构和算法，指导模块编程。
系统设计方针
• 在每个软件项目的设计阶段，对根据《软件需求规格说明书》设计系统 的整体架构并形成概要设计说明书。 • 对概要设计说明书中的每一项功能，详细分解，确定具体算法及数据结 构（或数据库结构），形成详细设计说明书，为模块编程提供基础。 • 概要设计说明书和详细设计说明书必须通过相关组的审查，相关组包括： 开发组、测试组、质量保证组、配置组、文档组及个人。只有相关组审 批、确认后的概要设计说明书和详细设计说明书，才能作为项目开发计 划以及后续项目工程和管理活动的基础。 • 经过评审确认的概要设计说明书和详细设计说明书任何变更，都应得到 控制和管理，一旦需求发生变更，项目计划、过程活动、工作产品等要 随之变更与需求变更保持一致，填写“配置项变更控制表”，并重新提 交相关组和个人复审。
数据库模式 设计
模块接口设 计 N 过程设计
输入输出界 面设计
概要设计说明书
系 统 概 要 设 计 流 程 图
评审 Y 详细设计 Y 编码测试
系统体系结构设计原则
• 中国科学院的杨叔子院子如是言：
• 文学中有科学，音乐中有数学，漫画中有现代数学的拓扑学。漫画家可以“几 笔”就把一个人画出来，不管怎么美化或丑化，就是活像。为什么？因为那“ 几笔”不是别的，而是拓扑学中的特征不变量，这是事物最本质的东西。 体系结构是指软件系统的基本和主体的形态，也就是软件系统中“最本质”的 东西。一个软件系统的体系结构设计得好不好，可以用“合适性、结构稳定性 、可扩展性、可复用性”这些特征量来评估。
第十章 系统设计
• CMMI中对应实践 • 系统设计简述 • 关于设计模式 • 概要设计活动 • 详细设计活动 • 设计方法简介 • 系统设计实训
技术解决方案——TS
• 系统设计在CMMI中是放到技术解决方案（Technical Solution，简称TS）过程域的，目的为：针对需求进 行设计解决方案，并实现之。 • SG1 Select Product Component Solutions （选择产品组件解决方案），目的是从候选的解决方案 中选择产品或产品组件的解决方案。 • SP1.1 Develop Alternative Solutions and Selection Criteria（开发候选方案和制定选择准则） • SP1.2 Select Product Component Solutions（选择产 品组件方案），选择最能满足已建立的标准的产品组 件候选方案。
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• 可复用性 ：
• 复用就是指“重复利用已经存在的东西”。被复用的对象可以 是有形的物体，也可以是无形的知识财富。复用不是人类懒惰 的表现而是智慧的表现。因为人类总是在继承了前人的成果， 不断加以利用、改进或创新后才会进步。 • 复用的有利于提高产品的质量、提高生产率和降低成本。由经 验可知，通常在一个新系统中，大部分的内容是成熟的，只有 小部分内容是创新的。一般地可以相信成熟的东西总是比较可 靠的（即具有高质量），而大量成熟的工作可以通过复用来快 速实现（即具有高生产率）。勤劳并且聪明的人们应该把大部 分的时间用在小比例的创新工作上，而把小部分的时间用在大 比例的成熟工作中，这样才能把工作做得又快又好。 • 复用的意义很容易理解，人们也乐意复用以前的成果，但是前 提条件是该成果具有比较好的可复用性。可复用性是指成果被 复用的容易程度。 • 可复用性是设计出来的，而不是偶然碰到的。要使体系结构具 有良好的可复用性，设计师应当分析应用域的共性问题，然后 设计出一种通用的体系结构模式，这样的体系结构才可以被复 用。
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• 结构稳定性：
• • 当前中国有几句流行的至理名言：“稳定压倒一切”、“发展是硬道理”。发 展的前提条件是稳定，社会如此，开发软件产品也是如此。 体系结构一旦设计完成，应当在一定的时间内保持稳定不变，只有这样才能使 后续工作顺利开展。如果体系结构经常变动，那么建筑在体系结构之上的用户 界面、数据库、模块、数据结构等等也跟着经常变动，用“树倒猢狲散”来比 喻很恰当，这将导致项目发生混乱。 高水平的设计师应当能够分析需求文档，判断出哪些需求是稳定不变的，哪些 需求是可能变动的。于是根据那些稳定不变的需求设计体系结构，而根据那些 可变的需求设计软件的“可扩展性”。
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• 可扩展性：可扩展性是指软件扩展新功能的容易程度。可扩展性越好，表
示软件适应“变化”的能力越强。可扩展性越来越重要，这是由现代软件 的商业模式决定的：
• • • 社会的商业越发达，需求变化就越快。 现代软件产品通常采用“增量开发模式”，开发商不断地推出软件产品的新版 本，从而不断地获取增值利润。 稳定性和可扩展性之间存在辨证的关系：如果系统不可扩展的话，那么就没有 发展前途，所以不能只关心稳定性而忽视可扩展性；而软件系统“可扩展”的 前提条件是“保持结构稳定”，否则软件难以按计划开发出来，稳定性是使系 统能够持续发展的基础。所以稳定性和可扩展性都是体系结构设计的要素。 如果每次变化都导致体系结构发生大的变动，那简直就是“伤筋动骨”，这样 的体系结构无疑是败笔之作。（例如房屋装修）
材 • Structural Patterns（结构型模式），详见教材 • Behavioral Patterns（行为型模式），详见教 材
建议阅读资料
• 《设计模式－基于C＃的工程化实现及扩展》， 王翔，电子工业出版社，2009年。该书需要有 比较深厚的.NET框架基础方能很容易看懂。 • 《Head First设计模式（中文版）》，中国电 力出版社，2007年第一版。
系统体系结构设计
• 系统体系结构设计流程 • 体系结构设计流程：6个步骤 • 《体系结构设计报告》模板见word文档
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主要工作
• 系统体系结构设计
• 用选定的工具和开发计划设定的交付方式（如小版本渐进交付）及设计 方法，结合设计原则（如功能模块化等），将系统分解为若干子系统、 功能模块，并确定子系统、功能模块及其间的关系； • 确定子系统、功能模块间的约束、假设和依赖（如系统运行环境和开发、 测试环境等，并考虑系统并发性和分布性要求），设定子系统、功能模 块的优先级排序； • 结合以上内容，对系统的模块逻辑实现和集成方法进行设计，降低使软 件难于实现、测试（必要时测试人员参与讨论）、维护因素，形成高内 聚、低耦合的系统体系结构，建议考虑采用三明治或变体实现和集成方 法； • 定义错误处理和恢复策略，对可能出现的故障进行分解，进行优先级排 序并确定处理对策； • 确定项目数据库设计规则以便于系统统一，其中包括：库命名，逻辑设 计，物理设计，安全性设计及优化，管理规则等； • 数据库设计一般要经过“逻辑设计→物理设计→安全性设计→优化”等 步骤，通常要迭代进行。
第十章 系统设计
• CMMI中对应实践 • 系统设计简述 • 关于设计模式 • 概要设计活动 • 详细设计活动 • 设计方法简介 • 系统设计实训
• 系统设计过程划分为两个阶段：概要设计(高层 设计)阶段和详细设计阶段。高层设计阶段的重 点是体系结构设计。详细设计阶段的重点是用 户界面设计、数据库设计、模块设计、数据结 构与算法设计等。
系统设计过程示意图
软件系统与人体的比喻
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体系结构如同人的骨架。如果某个家伙的骨架是猴子，那么无论怎样喂养和 美容，这家伙始终都是猴子，不会成为人。人的身材大小取决于骨架大小， 天生小个子的人基本上不可能成为威猛的大汉，后天再努力（例如锻炼和吃 喝）也白搭。由此可见，体系结构乃是系统设计的重中之重。 用户界面如同人的外表，最容易让人一见钟情或一见恶心。象人类追求心灵 美和外表美那样，软件系统也追求（内在的）功能强大和（外表的）界面友 好。我们在设计软件时不要沉迷于技术，而要多多思考什么样的界面才能让 用户更加喜欢。 数据库是存储和处理数据用的。人体的数据库是大脑，知识相当于数据，全 存在大脑里。如果脑子里存储的知识很多，那么这个人就显得博学。如果脑 子处理知识的速度很高，那么这个人就显得聪明。数据库设计的主要挑战是 “高速处理大容量的数据”。 模块如同人的器官。每个器官都具有特定的功能，器官们依附在骨架上。模 块是软件系统的部件，它们安插在体系结构上（否则运行起来掉光光了）。 在设计模块时要重视功能独立性，还要追求“高内聚、低耦合” 。 数据结构与算法如同人的神经和肌肉，它分布在全身，让器官具有生命并能 发挥功能。人之所以能够全身运动，那是无数的神经和肌肉在起作用。如果 局部的神经和肌肉失效了，那么会导致对应的器官残废。如果全局的神经和 肌肉失效了，那么人就瘫痪了。同理，数据结构与算法也有全局和局部之分 ，都要慎重设计。
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• 合适性：即体系结构是否适合于软件的“功能性需求”和“非功能性需求 ”。
• 设计师可以充分发挥主观能动性，根据需求的特征，通过推理和归纳的方法设 计出合适的体系结构。经验不丰富的设计师往往把注意力集中在“功能性需求 ”而疏忽了“非功能性需求”，殊不知后者恰恰是最能体现设计水平的地方。 高水平的设计师高就高在“设计出恰好满足客户需求的软件，并且使开发方和 客户方获取最大的利益，而不是不惜代价设计出最先进的软件。 对于软件系统而言，能够满足需求的设计方案可能有很多种，究竟该选哪一种 ？此时商业目标是决策依据，即选择能够为开发方和客户方带来最大利益的那 个设计方案。大部分软件开发人员天生有使用新技术的倾向，而这种倾向对开 发商业产品而言可能是不利的，切记切记。
第十章 系统设计
• CMMI中对应实践 • 系统设计简述 • 关于设计模式 • 概要设计活动 • 详细设计活动 • 设计方法简介 • 系统设计实训
于设计模式
设计模式的应用价值在于它能 • 设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经 帮助人们简便地复用以前成功 过分类编目的、代码设计经验的总结。 的设计方案。设计模式不是凭 空产生的，只有对应用域问题 • 使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易 及其解决方案进行抽象和分析， 被他人理解、保证代码可靠性。 发现本质，并按照一定的格式 • 设计模式大类： 记录下来，才能成为可以被人 们复用的设计模式。 • Creational Patterns（构造型模式） ，详见教