4-1 软件设计与软件架构概论
软件架构模式：掌握常见的软件架构模式和设计原则
软件架构模式：掌握常见的软件架构模式和设计原则软件架构是软件系统整体结构的框架，负责定义软件系统的各个组成部分之间的关系和交互方式。
在软件开发过程中，选择合适的软件架构模式可以提高软件系统的可维护性、扩展性和性能。
下面我们将介绍一些常见的软件架构模式和设计原则。
1.分层架构模式分层架构模式是将系统分为若干层次，每一层次有各自的功能和责任，各层之间通过明确的接口进行通信。
常见的分层架构包括三层架构和N层架构。
三层架构包括表示层（Presentation Layer）、业务逻辑层（Business Logic Layer）和数据访问层（Data Access Layer），分别负责显示用户界面、处理业务逻辑和与数据存储进行交互。
2. MVC模式MVC（Model-View-Controller）模式是一种将应用程序分为数据模型（Model）、视图（View）和控制器（Controller）三个部分的软件架构模式。
Model负责数据的管理和处理，View负责界面的展示，Controller负责处理用户的输入和决定视图和模型之间的交互。
3.微服务架构微服务架构是一种将一个大型软件系统拆分成多个小型、可独立部署的服务的架构模式。
每个微服务都可以独立开发、部署和运行，各个微服务之间通过API进行通信。
微服务架构可以提高系统的灵活性和可扩展性，有利于团队间的协作和部署的快速迭代。
4.事件驱动架构事件驱动架构是一种基于事件和消息传递的软件架构模式，系统中的各个组件相互之间通过事件的方式进行通信。
当一个组件的状态发生变化时，它会发布一个事件，其他组件可以订阅这个事件并做出相应的响应。
事件驱动架构可以降低系统组件之间的耦合度，提高系统的可扩展性和灵活性。
5.领域驱动设计（DDD）领域驱动设计是一种将软件设计与业务领域相结合的设计方法。
DDD将系统分为领域层、应用层和基础设施层，通过模型驱动的方式建模业务领域，并将业务规则和逻辑体现在软件设计中。
软件架构设计 知识点
软件架构设计知识点
软件架构设计的主要知识点包括：
软件架构的概念：软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。
架构的作用：软件架构是项目干系人进行交流的手段，明确了对系统实现的约束条件，决定了开发和维护组织的组织结构，制约着系统的质量属性。
架构风格的定义：软件架构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。
架构风格定义一个系统家族，即一个体系结构定义一个词汇表和一组约束。
需求分配：架构设计就是需求分配，即将满足需求的职责分配到组件上。
软件架构的建模：包括结构模型、框架模型、动态模型、过程模型和功能模型等。
软件架构的可预测性：软件架构是可传递和可复用的模型，通过研究软件架构可能预测软件的质量。
软件架构与原型设计的关系：软件架构使推理和控制的更改更加简单，有助于循序渐进的原型设计，可以作为培训的基础。
评估软件架构的方法：包括基于质量属性的评估、基于场景的评估和基于度量的评估等。
软件架构的演化：随着需求和技术的变化，软件架构也需要不断地进行演化和调整。
分布式系统、并发性、安全性等特定领域的架构设计考虑因素。
以上是软件架构设计的主要知识点，掌握这些知识可以帮助软件工程师更好地进行软件系统的设计和开发。
软件工程基础知识考试资料
软件工程基础知识考试资料1. 软件工程概述软件工程是指应用科学原理和方法，以及工程管理原则，系统地进行软件开发、维护和演化的一种工程学科。
软件工程的目标是提高软件的质量、可靠性、可维护性和可复用性，降低软件开发和维护的成本和时间。
2. 软件生命周期软件生命周期是指软件从概念到退役的全过程，包括需求分析、系统设计、编码、测试、部署、维护等阶段。
常见的软件开发生命周期模型有瀑布模型、迭代模型、敏捷模型等。
2.1 瀑布模型瀑布模型是最早提出的软件开发生命周期模型，它按照线性顺序依次完成需求分析、系统设计、编码、测试和维护等阶段。
瀑布模型的优点是结构清晰，适用于开发稳定的需求；缺点是适应性差，无法应对需求变化。
2.2 迭代模型迭代模型是按照循环迭代的方式完成软件开发的模型，每个迭代周期内包括需求分析、系统设计、编码、测试和维护等阶段。
迭代模型的优点是适应性强，能够应对需求变化；缺点是进度不确定，需求可能会不断变化。
2.3 敏捷模型敏捷模型是一种强调灵活性和迭代开发的软件开发方法。
敏捷开发通过快速迭代、持续交付和团队协作来应对需求的变化。
常见的敏捷开发方法有Scrum、XP、DevOps等。
3. 软件需求工程软件需求工程是软件工程的重要组成部分，主要包括需求获取、需求分析、需求规格说明和需求验证等阶段。
3.1 需求获取需求获取是指从项目相关方获取对软件功能和性能的需求。
常用的需求获取方法有访谈、问卷调查、案例分析等。
3.2 需求分析需求分析是对需求进行细化、整理和优化的过程。
需求分析的目标是明确需求背后的业务逻辑，识别需求的优先级和约束条件。
3.3 需求规格说明需求规格说明是将需求以文档形式记录下来，包括用户需求、功能需求、非功能需求等。
常用的需求规格说明方法有用例图、活动图、状态图等。
3.4 需求验证需求验证是确保软件产品满足用户需求的过程。
常用的需求验证方法有测试、验收和用户反馈等。
4. 软件设计与架构软件设计是指在需求分析的基础上，将系统分解为不同的模块，并定义各模块之间的接口和关系。
软件工程师软件体系结构与架构设计
软件工程师软件体系结构与架构设计软件工程师：软件体系结构与架构设计软件工程师是现代社会中不可或缺的职业之一。
在软件开发的过程中，体系结构与架构设计是一个至关重要的环节。
本文将针对软件工程师在软件体系结构与架构设计方面的任务和技能进行探讨，以及如何有效地应对挑战。
一、什么是软件体系结构与架构设计软件体系结构是软件系统的基础框架，它决定了软件系统的组织结构、关键组件之间的关系以及系统的行为特征。
架构设计则是指在软件体系结构中确定具体组件和模块的设计方案和结构。
软件体系结构与架构设计是软件工程师在软件开发过程中的重要任务。
二、软件体系结构与架构设计的任务1. 定义系统需求：软件工程师在软件体系结构与架构设计的初期，需要明确系统的需求，包括功能需求、性能需求、可靠性需求等。
这对于后续的设计和实施工作非常重要，也是确保软件系统能够满足用户需求的关键。
2. 选择适当的架构风格：根据系统需求和特点，软件工程师需要选择合适的架构风格。
常见的架构风格包括分层架构、客户端-服务器架构、面向服务的架构等。
选择合适的架构风格能够提高系统的可维护性、可重用性和可扩展性。
3. 划分模块和组件：软件工程师需要将系统划分为模块和组件，并定义它们之间的接口和交互方式。
模块和组件的划分应该考虑到功能的独立性和耦合性，以及实现的可行性和效率。
4. 确定关键技术选型：在软件体系结构与架构设计过程中，软件工程师需要评估和选择关键技术和工具。
例如，选择合适的数据库管理系统、开发框架和编程语言等，以支持系统的实现和运行。
5. 进行系统性能分析：软件工程师需要对系统进行性能分析，评估系统的性能瓶颈和瓶颈原因，并提出优化方案。
这将直接影响系统的性能和用户体验。
三、软件体系结构与架构设计的技能要求1. 系统思维能力：软件工程师需要具备良好的系统思维能力，能够从宏观角度看待系统，理解系统的整体结构和各个组件之间的关系。
2. 抽象与建模能力：软件工程师需要有抽象和建模的能力，能够将系统需求和架构设计抽象成合适的模型，以便于理解和沟通。
软件工程师软件工程与软件架构设计
软件工程师软件工程与软件架构设计随着信息技术的不断发展，软件已经成为现代社会中必不可少的一部分，而软件工程师则成为了软件开发和维护的主要实施人员之一。
其中，软件工程和软件架构设计是软件工程师需要掌握的重要技术。
本文将从软件工程和软件架构设计两个方面进行论述。
一、软件工程软件工程是一种针对软件开发、维护和管理的方法学，它是将工程学原理应用到软件上的一种方法。
软件工程的目标是通过统一的方法论、标准化的工作流程、规范化的文档和工具来提高软件开发的质量和效率，从而降低软件开发的成本。
软件工程的核心概念包括需求分析、设计、编码、测试、部署和维护等。
其中，需求分析是软件工程的第一步，也是最重要的一步，它确保了软件系统满足用户的需求和期望。
设计则是将需求转化为软件系统的实现方案，包括软件结构、算法、数据结构、接口、模块等的设计。
编码则是将设计文档转化为计算机可执行的代码，测试是对编码后的软件进行测试，以保证软件符合需求和设计的要求。
部署是将软件系统上线运行的过程，维护则是软件系统上线运行后的维护和修复。
在软件工程中，有很多重要的概念和方法，如面向对象设计、迭代式开发、极限编程等。
同时，还有很多开发工具和框架可以用来提高软件开发的效率和质量，如开发环境、集成开发环境、测试工具、代码审查工具等。
二、软件架构设计软件架构设计是软件工程中非常重要的一环，它是在需求分析的基础上，将系统划分为若干模块或者组件，并确定它们之间的依赖关系和交互方式，并选择适当的技术及工具进行支持。
软件架构设计要求兼顾软件的性能、可扩展性、可维护性等多方面的要求和限制条件。
越来越多的软件开发团队已经意识到，软件架构的设计对于软件的可维护性、性能、安全、可靠性等具有非常重要的作用。
软件架构设计的目标是创造一种能够支持软件系统全面发展的结构，同时也能够满足当前和未来的功能需求。
为了达到这个目标，软件架构设计需要充分考虑各种因素，包括但不限于用户需求、软件本身的特点、开发环境、业务需求等。
软件架构设计
软件架构设计一、引言在当今IT领域，软件架构设计是软件开发过程中至关重要的一步。
良好的软件架构能够确保软件系统具备良好的可维护性、可扩展性和可靠性。
本文将对软件架构设计的概念、原则以及相关方法进行探讨。
二、软件架构设计概述软件架构设计是指在软件开发过程中对系统进行整体结构设计的过程。
它关注的是系统的组织、各个模块之间的关系以及系统与外部环境之间的交互。
良好的软件架构设计能够为开发团队提供一个清晰的蓝图，指导系统的开发和演化过程。
三、软件架构设计原则1. 模块化：将系统划分为相互独立且可重用的模块，降低系统的耦合性，提高系统的可维护性和可测试性。
2. 分层架构：将系统划分为不同的层次，每一层都有明确的职责和功能。
这样做可以将复杂的系统划分为简单的模块，便于管理和维护。
3. 松耦合：模块之间的依赖应该尽可能地低，以减少系统的风险和增加系统的灵活性。
4. 高内聚：一个模块内部的元素应该具有高度相关性，实现单一职责原则，降低模块的复杂度。
5. 可扩展性：系统的结构应该具备良好的可扩展性，以满足在未来需求变更时的系统扩展需求。
6. 可测试性：架构设计应该考虑到系统的可测试性，便于对系统进行单元测试和集成测试。
四、软件架构设计方法1. 客户需求分析：首先要从客户的需求出发，明确系统的功能和性能需求，为后续的架构设计提供依据。
2. 系统分解：将系统分解为多个模块，建立模块之间的依赖关系和交互关系，形成整体的架构结构。
3. 技术选型：根据系统需求和团队技术实力，选择适合的技术框架和工具，以支持系统的开发和维护。
4. 评估和优化：评估架构设计的可行性和风险，针对系统的性能和可靠性进行优化。
5. 设计文档编写：编写详细的设计文档，包括系统结构图、模块设计、接口定义等内容，以便团队成员理解和参考。
五、实例分析以一个电商平台的软件架构设计为例，该平台包括用户界面、订单管理、库存管理和支付系统等模块。
根据上述的架构设计原则和方法，可以将该系统划分为用户接口层、业务逻辑层和数据层三个层次。
软件工程专业的软件架构与设计模式
软件工程专业的软件架构与设计模式软件工程是一门研究如何以系统化、规范化、可靠化地构建和维护软件的学科。
在软件开发过程中，软件架构和设计模式起着至关重要的作用。
本文将介绍软件工程专业中软件架构的概念以及常用的设计模式。
一、软件架构软件架构指的是软件系统的结构和组成方式，它决定了软件系统的整体性能、可靠性和可维护性。
在软件工程中，常见的软件架构包括三层架构、客户端-服务器架构、分布式架构等。
1. 三层架构三层架构是一种将软件系统划分为展示层、业务逻辑层和数据访问层的架构模式。
展示层负责与用户进行交互，业务逻辑层处理具体的业务逻辑，数据访问层用于与数据库进行交互。
三层架构能够使系统各层之间的职责清晰，易于维护和扩展。
2. 客户端-服务器架构客户端-服务器架构是一种将软件系统划分为客户端和服务器端的架构模式。
客户端负责接收用户请求并进行处理，服务器端负责处理和存储数据。
客户端和服务器端通过网络进行通信。
客户端-服务器架构能够实现系统的分布式部署，提高系统的并发性和可扩展性。
3. 分布式架构分布式架构是一种将软件系统的功能划分为多个独立的模块，在不同的计算机或服务器上进行部署和运行。
各个模块通过消息传递或远程调用进行通信，共同完成系统的功能。
分布式架构能够实现系统的高可用性和容错性。
二、设计模式设计模式是在软件设计中经常遇到的问题的解决方案，它可以提高软件的可维护性、可重用性和可扩展性。
在软件工程中，常用的设计模式包括单例模式、观察者模式、工厂模式等。
1. 单例模式单例模式是一种保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点的设计模式。
通过将类的构造方法设为私有，限制了实例的个数，确保系统中只存在一个实例。
单例模式常用于需要共享资源的情况，如数据库连接池。
2. 观察者模式观察者模式是一种定义了对象之间的一对多关系的设计模式。
当一个对象的状态发生变化时，其依赖的其他对象将自动得到通知并更新。
观察者模式可以实现一种松耦合的方式，使对象之间的依赖关系更加灵活。
工信部软件工程师高级 课程内容
工信部软件工程师高级课程内容一、课程概述工信部软件工程师高级课程是针对软件工程师的进阶培训课程，旨在提升软件工程师的专业能力和技术水平，使其具备更深入的软件开发和管理能力。
课程内容涵盖了软件工程的核心理论、前沿技术以及实践应用，旨在培养具备创新精神和实践能力的高级软件工程师。
二、课程结构1. 软件工程理论基础- 软件工程概论- 软件需求工程- 软件设计与构建- 软件测试与维护- 软件项目管理2. 软件工程前沿技术- 敏捷开发与DevOps- 人工智能与大数据技术- 云计算与微服务架构- 区块链技术应用- 物联网与嵌入式系统3. 软件工程实践应用- 软件架构设计与优化- 软件性能调优与安全防护- 软件标准化与质量控制- 软件工程案例分析与项目实践- 软件创新与知识产权保护三、课程特色1. 紧密结合行业需求课程内容紧密结合软件行业的最新趋势和需求，涵盖了目前热门的前沿技术和实践应用，使学员在课程学习完毕后即可胜任行业内的高级软件工程师职位。
2. 专业师资支持课程由工信部软件工程师高级认证培训机构承办，专业师资团队覆盖了软件工程理论、技术应用和项目实践的全方位指导，确保学员在课程中获得系统的培训和指导。
3. 实践导向课程注重培养学员的实践能力和创新思维，在理论学习的基础上，通过案例分析和项目实践的方式，使学员能够将所学知识转化为实际应用能力，提升自身的竞争力。
四、课程目标通过工信部软件工程师高级课程的学习，学员将达到以下目标：1. 掌握软件工程的核心理论和方法，具备项目管理和团队协作能力。
2. 熟悉软件工程领域的前沿技术和发展趋势，能够灵活运用在实际项目中。
3. 具备创新意识和解决问题的能力，能够为企业在软件开发和管理方面提供专业支持。
4. 获得工信部颁发的软件工程师高级证书，具备更广阔的职业发展空间和竞争力。
五、学习方式工信部软件工程师高级课程支持多种学习方式，既可选择面授课程，也可以选择上线学习或混合式学习，以满足不同学员的需求。
软件工程设计概念与体系结构设计
软件工程设计概念与体系结构设计软件工程设计是软件开发过程中非常重要的一个环节。
设计阶段旨在将需求转化为可执行的软件系统，具体包括软件的结构设计和详细设计两个方面。
其中，体系结构设计是软件工程设计的一个重要子过程，它定义了软件系统的整体结构和组织方式。
在软件工程设计过程中，需要考虑到诸多因素，如软件的需求、功能、性能、可用性、安全性等。
同时，设计过程还需要满足各种约束条件，如时间、成本、资源等。
软件体系结构设计的概念软件体系结构设计是软件工程设计的一个重要子过程，它定义了软件系统的整体结构和组织方式。
体系结构设计是将软件系统划分为若干个模块和组件，确定它们之间的关系和交互方式。
软件体系结构设计主要包括以下几个方面：模块划分、接口设计、数据流设计、控制流设计和数据库设计。
模块划分是指将软件系统划分为一个个相对独立的模块，每个模块负责一个或多个功能。
模块划分的基本原则是高内聚、低耦合，既要保持模块内部的一致性和完整性，又要减少模块之间的依赖关系。
接口设计是指定义模块之间的接口和协议，规定它们之间的数据格式和传输方式。
好的接口设计能够提高模块之间的可互操作性和可扩展性。
控制流设计是指定义软件系统中的控制流程，包括程序的执行顺序和控制结构。
控制流设计需要考虑功能的划分和模块之间的协作。
数据库设计是指设计软件系统中的数据库结构和数据模型。
数据库设计需要考虑数据的组织方式、关系和约束。
软件体系结构设计的目标是建立一个灵活、可扩展、易于维护和高效的软件系统。
一个好的体系结构设计能够提高软件的可靠性、可维护性、可重用性和扩展性。
总结软件工程设计概念与体系结构设计是软件开发过程中非常重要的环节。
软件工程设计旨在将需求转化为可执行的软件系统，它需要考虑到诸多因素和约束条件。
软件体系结构设计是软件工程设计的一个重要子过程，它定义了软件系统的整体结构和组织方式，包括模块划分、接口设计、数据流设计、控制流设计和数据库设计等方面。
软件工程概论ch04-1
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概要设计说明书的主要内容如下
（1）引言：编写目的、背景、定义、参考资料。 （2）总体设计：需求规定，运行环境，基本设计概念和处 理流程，结构。
（3）接口设计：用户接口，外部接口，内部接口。
（4）运行设计：运行模块组合，运行控制，运行时间。 （5）系统数据结构设计：软件结构设计，物理结构设计， 数据结构与程序的关系。 （6）系统出错处理设计：出错信息，补救措施，系统恢复 设计。
模块的独立性
模块的独立性判定准则
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模块的独立性
模块独立性，是指每个模块只完成独立的功 能，与其他模块的联系尽量少且接口简单。
由于模块独立性强，信息陷蔽性好，并完成 独立的功能，所有具有可理解性、可维护性 及可测试性好的特性，这必然导致软件的高 可靠性。
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4.2.3 信息隐蔽和局部化的指导思想
通过信息隐蔽和局部化，可以定义和实施对模块的过程 细节和局部数据结构的存取的限制。 一个软件系统在整个生存期内要经过多次修改，信息隐 蔽保证了软件系统在修改时，错误的衍射面最小，为软 件的测试、修改和维护带来好处。
因此，在划分模块时，要尽量采取措施，如采用局部数 据结构，使得大多数过程（即实现细节）和数据对软件 的其他部分是隐藏的，这样，修改软件时偶尔引入的错 误所造成的影响只局限在一个或小量几个模块内部，不 波及其它部分。
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2. 模块化的思想
软件工程解决复杂问题的手法包括：“分解”、” 抽象”的应用。 模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把 软件系统分解成若干模块的过程。 每个模块完成一个特定的子功能，所有的模块按 某种方法组装起来，成为一个整体，完成整个系 统所要求的功能。
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2. 模块化的思想
软件设计与体系结构知识点
软件设计与体系结构知识点1.软件设计的特征(1)软件设计的开端是出现某些新的问题需要软件来解决，这些需要促使设计工作的开始，并成为整个设计工作最初的基础(2)软件设计的结果是给出一个方案，它能够用来实现所需的、可以解决问题的软件，方案的描述可能是文字、图表，甚至数学符号、公式等组成的文档或模型(3)软件设计包含一系列的转换过程，即把一种描述或模型转换为另一种描述或模型，转换后的形态可能更加具体，或更接近于实现(4)产生新的想法或思路对软件设计非常重要，因为设计也是一个创造性的过程，不同的问题或需求总会存在各自的特点，即使同样的问题在不同时期和环境下也会存在区别，因此设计不会是一成不变的(5)软件设计的过程是不断解决问题和实施决策的过程，因为整个设计是解决一个大的问题，在设计过程中将会分解成众多小问题，涉及真需要一次解决这些小的问题，并在出现多种方案或策略时进行决策，选择其中最合适的(6)软件设计也是一个满足各种约束的过程，因为软件可能在性能、运行环境、开发时间、成本、人员技术水平等各个方面存在约束，设计必须在满足这些约束的情况下给出最佳的设计方案(7)大多数的软件实际是一个不断演化的过程，因为需求在一开始很可能是不完整或不精确的，在设计过程中还会不断发生变化并逐步稳定下来，因此设计需要根据需求的变化而不断演化。
2.软件设计的要素（1）目标描述（2）设计约束（3）产品描述（4）设计原理（5）开发规划（6）使用描述3.软件设计体系的定义（1）软件设计体系结构是软件系统的结构，包含软件元素、软件元素外部可见的属性以及这些软件元素之间的关系（2）软件体系结构是软件系统的基本组织，包含构建、构件之间、构件与环境之间的关系，以及相关的设计与演化原则4.软件设计的主要活动（1）软件设计计划（2）体系结构设计（3）界面设计（4）模块/子系统设计（5）过程/算法设计（6）数据模型设计5.体系结构“4+1”多视图建模（1）逻辑视图：该视图关注功能需求，即系统应该为最终用户提供什么服务，它与应用领域精密相关（2）进程视图：该视图捕获设计中关于并发和同步的内容，重视一些非功能需求，例如性能、可扩展性等，定义了运行实体和它们的属性。
《软件设计与体系结构》教学大纲
《软件设计与体系结构》教学大纲01.课程的性质、目的与任务《软件设计与体系结构》课程是为软件工程专业开设的必修课，也是计算机科学与技术软件开发方向课程。
本课程运用工程的思想、原理、技术、工具，来对软件设计以及软件体系结构的相关思想、理论与方法进行系统介绍，包括软件模型和描述、软件体系结构建模和UML、软件设计过程、软件体系结构风格、面向对象的软件设计方法、面向数据流的软件设计方法、用户界面设计、设计模式、Web服务体系结构、基于分布构件的体系结构、软件体系结构评估、软件设计的进化、云计算的体系结构等内容。
本课程的具体任务包括：1．让学生建立构建软件系统架构一般方法的感性认识，理解并掌握软件系统架构分析、体系结构建模与架构设计的相关理论知识，培养学生软件架构设计的基本能力，能从内部模块规划设计、系统层次结构的构建开始，了解构建系统结构的一般技术和方法。
2．在构建软件系统的过程中，理解软件系统构建的一些关键问题，学习应对不同需求的系统对策和设计实现技术，使学生初步具备一定的系统架构分析与设计能力，同时，深入理解各种典型框架技术及原理，并初步具备运用模式设计思想开展软件详细设计的能力。
3．一方面，让学生理解并掌握软件体系结构的重要概念、术语和系统化方法，建立软件架构设计的理念，了解当前流行的框架技术，并理解其原理。
另一方面，以加深知识理解和培养初步架构设计能力为目的，并在项目开发中加以实践；在实践环节中重点培养运用典型框架进行项目构建的能力和使用设计模式进行细化设计的能力。
02.课程教学基本要求及基本内容第1章引言（一）基本教学内容1.1 软件1.2 软件工程1.3 软件设计1.4 软件体系结构（二）基本要求教学目的：理解软件的本质、软件神话、软件工程，了解软件过程和软件工程实践的相关内容，了解网络环境带来的各类问题。
教学重点：软件工程中的设计、设计过程和设计质量、软件设计原则。
教学难点：什么是软件体系结构、软件体系结构的内容、设计阶段的软件体系结构。
软件架构与设计模式基础
软件架构与设计模式基础软件架构是指在软件系统开发过程中，对软件进行整体结构、组织和分解的过程，而设计模式是指在软件开发中常用的可重用解决方案。
软件架构和设计模式是构建高质量、可维护、可扩展软件系统的重要基础。
本文将介绍软件架构和设计模式的基本概念与原则。
一、软件架构概述软件架构是指软件系统的基本结构、组成和之间的关系，是软件系统的蓝图。
一个好的软件架构能够满足系统的可靠性、可扩展性、可维护性等需求。
常见的软件架构有分层架构、客户端-服务器架构、微服务架构等。
1. 分层架构分层架构是将软件系统划分为若干层次，每个层次有不同的职责，实现了功能的分离，提高了系统的可维护性和可扩展性。
常见的分层有表现层、业务逻辑层、数据访问层等。
2. 客户端-服务器架构客户端-服务器架构将软件系统划分为客户端和服务器两个部分，客户端发送请求，服务器提供服务并返回响应。
这种架构可以实现任务的分发和资源的集中管理。
3. 微服务架构微服务架构是一种将软件系统拆分为小而独立的服务来构建系统的方法。
每个微服务都有自己的数据存储和独立的部署。
微服务架构可以提高系统的可伸缩性和可维护性。
二、设计模式概述设计模式是在软件设计过程中对常见问题的解决方案的总结和抽象。
设计模式可以提高代码的可读性、重用性和可维护性。
常见的设计模式有单例模式、观察者模式、工厂模式等。
1. 单例模式单例模式是一种只允许创建一个实例的模式。
通过限制实例的个数，可以保证系统中的某些类只有一个实例。
这在一些需要共享资源或控制资源访问的场景中非常有用。
2. 观察者模式观察者模式是一种对象间的一对多依赖关系，当一个对象发生改变时，所有依赖它的对象都会得到通知并自动更新。
这种模式可以实现松耦合，使对象之间的交互更加灵活。
3. 工厂模式工厂模式是一种通过工厂类来创建对象的模式，通过将对象的创建和使用分离，可以提高系统的灵活性和可维护性。
工厂模式常用于创建复杂对象或需要隐藏对象创建细节的场景。
软件工程中的软件架构与设计模式
软件工程中的软件架构与设计模式在软件开发过程中，软件架构和设计模式是两个非常重要的概念。
它们可以帮助开发人员构建可靠、可维护和可扩展的软件系统。
本文将探讨软件架构和设计模式在软件工程中的作用和应用。
一、软件架构的定义与作用软件架构是指软件系统的基本结构和组织方式，它决定了系统的整体性能、可靠性和可扩展性。
一个好的软件架构可以提高开发效率，降低维护成本，并且能够适应未来的需求变化。
软件架构包括三个方面的内容：结构、行为和交互。
结构表示系统的组成部分和它们之间的关系，行为表示系统的功能和操作，交互表示系统与外界的接口和通信。
软件架构可以分为多种类型，常见的有三层架构、MVC架构、微服务架构等。
不同的架构类型适用于不同的应用场景和需求。
选择合适的架构类型可以提高系统的可维护性和可扩展性。
二、常用的软件设计模式软件设计模式是一套被广泛接受和使用的解决方案，它可以帮助开发人员解决常见的设计问题。
设计模式可以提高代码的可读性和可重用性，并且能够降低系统的耦合度。
常见的软件设计模式包括单例模式、工厂模式、观察者模式、策略模式等。
每个设计模式都有自己的特点和适用场景。
开发人员可以根据实际需求选择合适的设计模式来解决问题。
三、软件架构与设计模式的关系软件架构和设计模式是相互关联的。
软件架构提供了一个框架和结构，而设计模式则是在这个框架和结构下的具体实现方式。
在软件开发过程中，首先需要确定系统的整体架构，选择合适的架构类型。
然后，在这个架构下，根据具体需求选择合适的设计模式来实现系统的功能和操作。
一个好的软件架构可以为设计模式的选择提供指导。
例如，在三层架构中，可以使用工厂模式来创建对象，使用观察者模式来实现事件通知。
而在微服务架构中，可以使用策略模式来实现不同服务的业务逻辑。
四、软件架构与设计模式的应用实例下面以一个在线商城系统为例，介绍软件架构和设计模式的应用。
在这个系统中，可以选择三层架构作为整体架构。
前端展示层负责与用户的交互，中间业务层负责处理业务逻辑，后端数据层负责数据的存储和访问。
软件工程中的软件设计与架构
软件工程中的软件设计与架构在软件开发领域中，软件设计与架构是至关重要的环节。
它们不仅决定了软件系统的稳定性和可靠性，还直接影响了开发流程和项目的成功与否。
本文将深入探讨软件工程中的软件设计与架构，它们的定义、关系以及在实际开发中的应用。
一、软件设计的定义与重要性软件设计是指通过抽象化、分解和组合来创造一个满足特定需求的软件系统的过程。
它涉及到选择适当的算法、数据结构和软件模式，以及定义系统的组件、接口和交互方式。
软件设计的目标是在满足功能需求的同时，优化系统的可维护性、可扩展性和代码质量。
良好的软件设计可以带来诸多益处。
首先，它能够减少软件开发过程中的错误和缺陷，提高代码的可读性和可维护性。
其次，良好的设计可以降低系统的复杂性，使软件更易理解和掌握。
此外，合理的软件设计还有助于降低开发成本、提高开发效率，以及使软件系统更易于扩展和适应变化。
二、软件架构的定义与特点软件架构是指软件系统整体结构的抽象表示，包括系统的组成部分、各部分之间的关系，以及系统与外部环境之间的交互。
它提供了软件系统的蓝图，指导开发过程并定义了系统的基本结构和行为。
不同于软件设计，软件架构更注重系统整体的组织和结构，以及各组件之间的相互作用。
软件架构的核心目标是实现系统的可靠性、效率、可维护性和安全性。
软件架构具有以下几个特点。
首先，它是系统整体的抽象表示，不仅考虑了软件组件的内部实现细节，还关注了组件之间的协作和沟通方式。
其次，软件架构具有相对稳定的特性，即使系统需求发生变化，架构也应该能够容易地适应和变更。
最后，软件架构是一个多重约束的问题，需要在满足功能需求、性能要求和资源限制的前提下找到合理的平衡点。
三、软件设计与架构的关系软件设计与架构紧密相连，它们之间存在着密不可分的关系。
软件架构提供了软件设计的基础，指导开发人员在设计时选择合适的模式和组件。
而软件设计则是根据架构的要求来具体实现和组织软件系统。
具体来说，软件架构定义了系统的整体结构和主要模块，包括模块之间的关系和接口。
软件设计与架构
03
将整个软件系统拆分成小型的、独立部署的服务
创建型模式
工厂模式 建造者模式 原型模式 单例模式
设计模式
结构型模式
适配器模式 装饰者模式 代理模式 组合模式
行为型模式
策略模式 观察者模式 模板方法模式 责任链模式
传统架构
01
单体架构
分布式架构
02
基于服务的架构
云原生架构
03
弹性、自动化、可伸缩
云原生架构组件
云原生架构组件包括容器编排平台、自动化部署 工具、持续集成/持续部署工具、监控工具等。常 用的云原生架构组件有Kubernetes、Docker、
Jenkins等。
提高系统弹性
案例分析 系统迁移
云原生架构实践
提高可伸缩性
DevOps实践 影响展示
云原生架构实践
案例分析
展示系统迁移过程
提炼类
移动特性
将复杂函数拆分成更小的可重 用部分
整合多个重复的代码块
将相似功能封装到一个类中
将代码块移动到更合适的位置
重构实践
通过案例分析，展示如何通过重构来优化软件系 统的结构，提高系统的可维护性和可扩展性，持 续集成和自动化测试是保证重构后软件质量的重
要手段。
重构实践
案例分析
展示重构前后的对 比
软件架构的演进
软件设计与架构的重要性
良好的设计与架构能够降低系统的复杂度，提高 系统的可维护性和可扩展性。合理的设计与架构 能够有效地降低软件开发和维护的成本，提高软 件质量。软件设计与架构是软件开发过程中不可
或缺的重要环节。
● 02
第2章 需求分析与架构设计
需求分析
在软件设计中，确定需求是至关重要的一步。需 求分析包括对功能需求和非功能需求的明确定义。 通过使用需求分析工具如用例图、活动图、顺序 图等，可以更好地理解客户需求，并将其转化为
软件架构设计概述
软件架构设计概述简介本文档旨在提供软件架构设计的概述，并介绍软件架构的重要性以及设计过程中需要考虑的关键因素。
软件架构设计是开发高质量、可靠性和可扩展性软件的关键步骤。
软件架构的重要性软件架构决定了软件系统的整体结构、组织和交互方式。
一个良好的软件架构能够提供以下优势：1. 可靠性：通过将系统划分为不同模块或层次，可以减少错误的影响范围，提高系统的稳定性。
2. 可维护性：良好的软件架构使得系统的修改和维护更加容易，提高了代码的可读性和可理解性。
3. 可扩展性：合理的软件架构可以允许系统在功能或规模上的扩展，提供更好的灵活性和适应性。
4. 性能：通过优化软件架构，可以提高系统的响应速度和吞吐量，提供更好的用户体验。
软件架构设计的关键因素在进行软件架构设计时，需要考虑以下关键因素：1. 功能需求：准确理解和分析系统的功能需求，将其转化为合适的软件模块和组件。
2. 可靠性需求：识别系统对可靠性的要求，如容错性、可恢复性和可用性，并将其考虑在架构设计中。
3. 可维护性需求：考虑系统的可维护性要求，如代码的可读性、可修改性和可测试性。
4. 性能需求：了解系统对性能的要求，如响应时间、吞吐量和资源利用率，并设计相应的架构。
5. 安全性需求：考虑系统的安全性要求，如数据保护、身份验证和访问控制，并设计适当的安全机制。
6. 可扩展性需求：预测系统未来的变化和扩展需求，并设计能够支持扩展的架构。
软件架构设计过程软件架构设计过程通常包括以下步骤：1. 需求分析：准确理解系统的需求，包括功能需求、非功能需求和约束条件。
2. 架构设计：根据需求分析结果，选择合适的架构风格和模式，并定义软件系统的整体结构和组织方式。
3. 组件设计：将系统划分为各个模块或组件，并定义它们之间的接口和交互方式。
4. 运行时设计：设计系统的运行时行为，包括模块的部署、通信机制等。
5. 评估和优化：评估设计方案的性能、可靠性和可扩展性，并根据评估结果进行优化和调整。
软件设计与架构
软件设计与架构在当今信息技术快速发展的背景下，软件设计与架构变得日益重要。
随着各行各业对软件需求的不断增长和复杂化，良好的软件设计与架构能够提高软件开发的效率和质量，为企业带来巨大的竞争优势。
本文将探讨软件设计与架构的重要性，以及如何进行有效的软件设计与架构。
一、软件设计与架构的重要性软件设计与架构是软件开发的基石，对于软件系统的性能、可靠性、可维护性和可扩展性有着直接影响。
一个良好的软件设计与架构可以提供以下几个方面的价值：1. 提高开发效率：通过合理的软件设计与架构，开发人员能够在系统设计的早期发现和解决潜在问题，避免后期重构带来的额外开发工作。
同时，合理的架构设计还能够提高代码的复用性，减少重复开发，提高开发效率。
2. 提高系统性能：软件设计与架构需要考虑到系统的可伸缩性和并发性，合理分离业务逻辑和数据处理，能够提高系统的响应速度和吞吐量。
此外，良好的软件架构还能够提供高可靠性和稳定性，降低系统崩溃的风险。
3. 提高可维护性：一个好的软件设计与架构可以使系统的各个模块相互独立，易于测试和维护。
模块化的设计可以降低维护的难度，当需要修改或新增功能时，只需关注特定模块的修改，而不会影响整个系统的稳定性。
4. 提高系统扩展性：当业务需求发生变化时，一个良好的软件设计与架构能够方便地进行系统扩展。
通过松耦合的设计和模块化的架构，可以快速添加新的功能模块，减少对原有系统的影响。
二、有效的软件设计与架构方法为了实现高效的软件设计与架构，开发人员需要使用正确的方法和工具。
下面介绍几种常用的软件设计方法和架构模式：1. 面向对象设计（OOD）：面向对象设计是一种将问题领域中的实体抽象成对象，并通过类、继承、封装等概念进行设计的方法。
通过面向对象设计，可以将系统的复杂性分解为相互关联的对象，提高系统的灵活性和可重用性。
2. 领域驱动设计（DDD）：领域驱动设计是一种将软件设计与业务需求相结合的方法。
通过深入理解业务领域的需求和规则，将问题领域划分为不同的领域模型，提高软件系统对业务需求的准确度和灵活性。
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机械设计
服装设计 课程体系设计
建筑设计
平面广告设计
封面设计
业务流程设计
4-1 软件设计与架构概论
“设计”的本质
什么是设计？设计是你身处两个世界——技术世界和人类 的目标世界——而你尝试将这两个世界结合在一起。 ——Mitch Kapor, 《软件设计宣言》
Bill Gates(比尔·盖茨), Mitch Kapor（米切尔·卡普尔）, Fred Gibbons（弗雷德·吉本斯), 1984
4-1 软件设计与架构概论
过程设计
确定软件各个组成部分内的算法以及各部分的内部数据组织 选定某种过程的表达形式来描述各种算法。 进行详细设计的评审
货代 出口操作员 场站 海关 外国船公司 船代 询价 报价
[是 ]ห้องสมุดไป่ตู้
是否达成协议？ [否 ]
订舱申请
订舱
重箱返场
制单
任务完船 申请签发提单
接收中国舱单箱单
OO软件需求 = 用例图 0层DFD + + 类图 + + DD + 时序图
结构化软件需求 = 软件设计 =
1~n层DFD
结构化语言
接口设计 + 架构设计 + 数据设计 +
过程设计
软件代码
= 人机界面/通讯接口 + 模块通讯
+ 数据库/文件 +
算法
4-1 软件设计与架构概论
软件系统结构设计
选择适合于需求的软件架构风格； 基于功能层次结构建立系统： – 采用某种设计方法，将系统按功能划分成模块的层次结构 – 确定每个模块的功能 – 建立与已确定的软件需求的对应关系 – 确定模块间的调用关系 – 确定模块间的接口 – 评估模块划分的质量
胖客户 单机 用户界面 不独立
用C++编程
4-1 软件设计与架构概论
设计=天才+创造力
每个工程师都希望做设计工作，因为这里有“创造性”— —客户需求、业务要求和技术限制都在某个产品或系统中 得到集中的体现。 “设计”是最充分展现工程师个人水平的工作。
软件工程
2 软件设计的范畴与内容
4-1 软件设计与架构概论
4-1 软件设计与架构概论
计算机硬件系统的“架构”
如何将设备组装起来形成完整的计算机硬件系统？ 包含两个因素： – 基本的硬件模块：控制器、运算器、内存储器、外存储器、 输入设备、输出设备… – 硬件模块之间的连接关系：总线 计算机架构的风格： – 以存储程序原理为基础的冯·诺依曼结构 – 存储系统的层次结构 – 并行处理机结构 – ……
adaptor
算法“架构” while()
算法设计与分析
4-1 软件设计与架构概论
你早已接触过“架构”…
超市的多个收银台，顾客排长队 === 服务器并发处理的性能和容量 十字路口的车辆等待转弯 === 通过缓存来提高交通吞吐率 分层、构件化、服务化、标准化、… 缓存、分离/松散耦合、队列、复制、冗余、代理、… C/S、B/S、负载平衡、… 如何用它们解决具体软件问题，在博弈中寻求平衡(折中)，就是软件 架构所关注的问题。
目标：设计必须是实现所有包含在分析模型中的明确需求、 以及客户期望的所有隐含需求； 形态：对开发、测试和维护人员来说，设计必须是可读的、 可理解的、可操作的指南； 内容：设计必须提供软件的全貌，从实现的角度去说明功 能、数据、行为等各个方面。
4-1 软件设计与架构概论
设计的目标：质量
“设计阶段”是软件工程中形成质量的关键阶段，其后所 有阶段的活动都要依赖于设计的结果。 “编写一段能工作的灵巧的代码是一回事，而设计能支持 某个长久业务的东西则完全是另一回事。” —— C. Ferguson
签发提单
接收提单
航次完船
接 收 EDI报 文 进口到港管理
4-1 软件设计与架构概论
软件设计的两大阶段
从工程管理的角度看，软件设计包括： – 概要设计：将软件需求转化为数据结构和软件的系统结构 – 详细设计：即过程设计，通过对结构表示进行细化，得到软 件的详细的数据结构和算法。
概要设计 详细设计 数据设计 架构设计 过程设计 接口设计
4-1 软件设计与架构概论
起源于建筑学的“架构”
“架构(Architecture)”一词起源于建筑学 – 如何使用基本的建筑模块构造一座完整的建筑？ 包含两个因素： – 基本的建筑模块：砖、瓦、灰、沙、石、预制梁、柱、屋面 板… – 建筑模块之间的粘接关系：如何把这些“砖、瓦、灰、沙、 石、预制梁、柱、屋面板”有机的组合起来形成整体建筑？
4-1 软件设计与架构概论
“设计”的定义
设计：为问题域的外部可见行为的规约增添实际的计算机系统实现 所需的细节，包括关于人机交互、任务管理和数据管理的细节。 ——Coad/Yourdon 关于“软件设计”的几个小例子： – 需求1：教学秘书需要将学生的综合成绩按高到低进行排序 – 设计1：void OrderScores ( struct * scores[ ]) { 冒泡排序算法, step1; step2;… } – 需求2：数据字典“销售订单” – 设计2：关系数据表Order(ID, Date, Customer, …), OrderItem(No, PROD, QUANTITY, ..) – 需求3：边界类“查询满足条件的图书” – 设计3：图形化web用户界面
Ruby on Rails’ Cache Money (twitter)
4-1 软件设计与架构概论
Google Android的分层结构
4-1 软件设计与架构概论
如何学习软件架构
——从最基本的概念入手，学习传统的软件架构设计思想 – 数据流、数据仓库、结构化、OO、分层、事件、规则、… ——逐步过渡到各类新涌现的架构思想 – P2P、web 2.0、SOA、EDA、虚拟化、SaaS、云计算、… ——通过模仿已有架构和案例来设计自己的系统 – MVC、Struts、Hibernate、Spring、… – Facebook、Twitter、Android、… ——了解不同应用领域的架构套路 – 企业级系统、移动终端软件、在线游戏、…
4-1 软件设计与架构概论
什么是“架构”
词典的定义： – The art and science of designing and erecting buildings (建筑学：设计和建造建筑物的艺术与科学)； – A style and method of design and construction (设计及构 造的方式和方法)； – Orderly arrangement of parts; structure (部件的有序安排； 结构)； – The overall design or structure of a computer system, including the hardware and the software required to run it, especially the internal structure of the microprocessor (计算机系统的总体设计或结构，包括其硬件和支持硬件运 行的软件，尤其是微处理器内部的结构)。
4-1 软件设计与架构概论
设计的目标：质量
协和式飞机
瑞典瓦萨战舰
戴高乐机场
4-1 软件设计与架构概论
设计=不断的作出决策
解决“How to do”，就需要不断的做出各种“设计决策” ， 在各类需求之间进行“折中”，使得最终设计性能达到最优。
客户机-服务器
分离客户机 瘦客户 的用户界面
用Java编程 用VB编程
物理架构 分层、C/S、B/S 云计算、… WS 面向服务的软件架构 ESB 面向对象的软件架构 BPEL SCA cloud mobile client database
面向服务的架构(SOA) 软件即服务(SaaS) class interface factory
OO设计模式 if() else() for()
软件设计的四方面内容
(1) 架构 模块+模块 (2) 通讯接口 用户 (2) 人机界面 其他软硬件 (3) 数据结构 (4) 算法
4-1 软件设计与架构概论
软件设计的四方面内容
架构设计：定义软件系统各主要成份之间的关系 数据设计：侧重于数据结构的定义 接口设计：软件与其他软硬件系统、软件与人之间的交互关系 过程设计：把加工内部的业务逻辑转换成软件的过程性描述 (算法设计)
4-1 软件设计与架构概论
软件设计在SE中所处的位置
What do to? To what degree? 设计：将用户需求准确的转化 为软件设计模型与文档的方法 需求规格说明 SRS 软件设计 设计文档
软件需求分析
How to do? How to reach the degree?
软件编码
4-1 软件设计与架构概论
4-1 软件设计与架构概论
“架构”的共性
共性： – 一组基本的构成要素——构件 – 这些要素之间的连接关系——连接件 – 这些要素连接之后形成的拓扑结构——物理分布 – 作用于这些要素或连接关系上的限制条件——约束 – 质量——性能
4-1 软件设计与架构概论
归纳：SA的定义
软件架构(SA)： – 提供了一个结构、行为和属性的高级抽象 – 从一个较高的层次来考虑组成系统的构件、构件之间的连接， 以及由构件与构件交互形成的拓扑结构 – 这些要素应该满足一定的限制，遵循一定的设计规则，能够 在一定的环境下进行演化。 – 反映系统开发中具有重要影响的设计决策，便于各种人员的 交流，反映多种关注，据此开发的系统能完成系统既定的功 能和性能需求。 架构 = 构件 + 连接件 + 拓扑结构 + 约束 + 质量 Architecture = Components + Connectors + Topology + Constraints + Performance