体系结构设计

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视图状态 视图方法
视图修改信息
控制器状态
控制器方法
用户输入
模型查询和更新
模型状态 模型方法
模型编辑信息
MVC模式
在MVC结构中，模型管理系统中的数据及其操作；视图 管理显示数据；而控制器管理用户的交互，并传递这些交互 给视图和模型。
该模式分离了系统的组成元素，允许它们被独立地开发 与维护，如增加或修改一个视图不需要改变模型底层数据。
设计编辑器 代码生成器
设计翻译器
项目数据仓库
程序编辑器
设计分析器
报告生成器
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共享容器模型的优缺点： 能高效的共享数据，无须在组件之间进行数据交换。 组件一定要与容器的数据模型一致。大量信息都按照 一致的数据模型生成，进化会变的困难。 生产数据的组件不需要关心数据如何被其他组件使用。 备份、保密性、访问控制、错误恢复等活动都是容器 管理员的职责，客户程序主要集中在自己的功能上。 不同的组件对这些活动要求不同，而容器模型迫使所 有的组件使用相同的策略。 容器中出现问题会影响整个系统。 是系统的静态结构，不能展现系统运行时的组织。
External data Data Update request
View
格式化来自模型的数据 状态改变请求模型更新 显示控制器所选择的视图
Server
Web应用系统一般的体系结构
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研究体系结构风格的意义： • 有利于发现不同系统在较高级别上的共同特性。 • 对体系结构的了解，使得在设计软件结构时选择 合适的模式，进行正确地设计。 • 使用常用的、规范的模式来组织结构，使别的设 计者易于理解、便于交流。 • 有利于较高级别上的软件复用。判断能否在不同 的软件系统中使用同一体系结构。 以下介绍几种通用的模型：

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3 体系结构模式

体系结构风格（Styles）是构造的一种模式(Pattern)， 类似于建筑行业中的建筑风格，是描述某一特定应用域 中系统组织方式的惯用模式，是对好的实践经验所做出 的格式化的抽象描述（如教材P98图6-2 MVC模式 ）， 反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性。

下图是MVC（ Model-View-Controller ）模式的概念视 图，它是构建基于Web应用系统体系结构的基础。
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Baidu Nhomakorabea
两种典型的应用类型：


事务处理应用： 以数据库为中心，处理来自客 户对信息的请求，更新数据库。如银行系统、电 子商务、信息系统、企业资源规划（ERP）系统 等。 语言处理系统： 如编译器，数据库中对命令语言 的翻译等。
事件和消息处理器
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优点：进化较简单。新的子系统通过在事件处理器 中注册事件来达到集成。一个子系统可以在不知道其他 子系统的名字和位置的情况下激活其他子系统。（隐式 调用） 缺点：子系统不知道是否或什么时候事件将会被处 理。当一个子系统产生一个事件，它不知道哪个子系统 与该事件有关。若多个不同的子系统注册了相同的事件， 就会发生冲突。 应用：网络管理系统一般有一个事件服务器，处理 被管网络和网管系统内部发生的所有事件。其他的管理 工具如故障管理、性能管理和配置管理等工具，作为事 件服务器的客户，在服务器上注册与自己有关的事件。 当相关事件发生时，相应管理工具的过程自动被调用。


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优点： （1）结构清晰，易于理解。 （2）易修改，可维护性强。 （3）可移植性强，重用颗粒大。
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4 应用体系结构


前一节介绍的体系结构是应用较多的体系结 构模式。 应用体系结构的通用模型（封装了该类系统 的基本特征）能帮助我们较好地进行应用系 统的设计，通过比较相同类型的应用，达到 模型或大粒度组件的复用，并能验证应用系 统设计的有效性。
概念视图：系统的高层抽象视图，给出系统的本质 内容。 逻辑视图：显示了系统中对象类的抽象，通过该视 图可将系统需求和实体关联起来。 进程视图：显示系统运行时一组交互的进程，对于 分析系统的非功能特征很有效。 开发视图：为便于开发，将系统分解成可以由独立 开发团队实现的组件。 物理视图：即部署图，显示了系统硬件和软件组件 如何分布在处理器上。 不同视图可能会涉及到不同体系结构模式或风格。
各个应用的各种变型 应用软件层 各个应用系统 各个组件库系统 (针对特定域、特定业务) 不依赖平台的低层组件等 特定的平台软件：操作系统等
特定业务层
中间件层 系统软件层
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Web浏览器界面 用户界面 系统登录 用户界面管理 身份验证和授权 表单和查 询管理器 打印管 理器
核心业务逻辑/应用功能
系统适用程序 支持平台（OS、 DBMS等） 通用分层体系结构
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3.5 集中式控制模型

一个组件被指定为系统控制器，负责管理其他组的执 行。该模型根据组件是顺序执行还是并发执行又分成 两类： • 调用-返回模型 自上而下的调用， 控制始于控制层次 的顶层，往往只有 一个控制线程。优 点是容易分析与理 解系统的控制流。
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• 管理者模型 适用于描述并发系统。一个组件被指定为系统管 理者，它控制其他系统进程的启动、终止和协调。如 下图展示了一个实时系统的集中式控制模型：
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3.3 客户机-服务器体系结构

是分布式系统运行时的组织。该模型主要组成部分是： • 一组为其他组件提供服务的服务器。如打印服务 器、文件服务器、编译服务器、图片服务器等。 • 一组向服务器请求服务的客户机，客户机必须知 道服务器的名字及它们所提供的服务，通过远程调用使 用访问协议（如HTTP）获取服务。在某个时间内可能 有多个客户程序在在不同的计算机上并发运行。 • 一个连接客户机和服务器的网络。 大多数客户机-服务器系统实现为分布式系统，通 过互联网的协议连接在一起。 下图展示了影片资料库系统的体系结构。
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3.4 管道-过滤器体系结构



系统运行时组织的模型，看作是对相继输入数据的一 系列变换。一批数据进入系统，流经一个个组件最后 到达终点（输出或数据库）。组件称为过滤器，能够 对数据进行渐进式的转换（一种流变换为另一种流）。 数据流的通路称为管道。（见下图) 具有该模型的典型应用是UNIX系统，连接进程时用到 管道，从一个进程到另一个进程传送文本流。 还有的应用例子：如传统的数据处理系统（如票据处 理）、传统的编译器（词法分析、语法分析、语义分 析、代码生成）、数字通信（传递文字、语音、图片、 图像等）系统。
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1 软件体系结构设计决策

软件体系结构相关概念 软件体系结构（Architecture）是有关软件系 统如何组织的描述。体系结构为软件系统提供了一 个结构、行为和属性的高级抽象，由组件及其相互 作用、指导组件集成的模式以及模式的约束组成。
输入处理组件 获取用户账户· 验证卡 验证卡 选择服务 ATM 银行数据库服务器 账户处理组件 输出处理组件 打印明细 分发现金 验证卡 返回卡 ATM
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3.7 正交软件体系结构

正交软件体系结构由组织层（横向）和线索（纵向） 的组件构成。
层由一组具有相同抽象级别的组件构成。线索是子系 统的特例。每一条线索完成整个系统中相对独立的一 部分功能。每一条线索的实现与其他线索的实现无关 或关联很少，同一层中的组件之间不存在相互调用 （正交）。 该体系结构的框架如下图所示。
分布式 搜索
文档 恢复
版权管 理器
记账 处理
图书馆索引 数据库1 数据库2
…
数据库n
LIBSYS系统的体系结构
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优点： • 支持基于抽象程度递增的系统设计，可将一个复杂 的系统按功能递增的步骤进行分解。 • 具有较好的可扩展性。每一层功能的改变最多影响 相邻上下层。 • 支持软件复用。只要提供的服务接口不变，同一层 的不同实现可以交换使用。因此可定义一组标准接口， 允许有多种不同的实现方法。 不足： 并不是所有系统都会清晰地分层，高层可能直接同 底层交互。因为服务请求会在每层中被处理，所以需要 多层解释，影响到系统性能。
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film & picture library系统的体系结构
Client 1 Client 2 Client 3 Client 4
Wide - bandwidth network
Catalogue server Catalogue
Video server Film clip files
Picture server Digitized photographs
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Controller
管理用户请求 模型编辑 选择视图
User request or data Browser
View selection
Behavior request (state change)
Model
封装并实现功能 封装内容对象 分类所有的 WebApp状态
Client
HTML data
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查询账户 更新账户
ATM系统的软件体系结构


设计什么样的体系结构取决于问题的应用类 型、系统如何分布、使用的体系结构风格 （模式）以及体系结构如何文档化和评估。 体系结构模型能够用来聚焦关于软件需求和 设计的讨论，并且可以用来文档化设计过程 以便作为更详细设计、实现和进化的基础。
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2 体系结构视图
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3.2 容器体系结构


容器模型是基于一个 共享数据库的系统模 型，该模型适合于数 据由一个组件产生而 由其他组件使用的情 形。（右图） 体系结构为该类型的 系统例子如管理信息 系统（MIS）、CAD 系统、CASE工具集、 可复用组件库等。
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集成的CASE工具集的体系结构 以数据仓库为核心
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支付信息 发出收据 票据
收据·
读票据
确认支付 检查支付 未支付信息 截止日期 发出支付 提醒
提醒
管道-过滤器模型实例
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优点： 没有复杂的组件交互。 支持软件重用：由管道连接起来的过滤器的组合又可 看成一个过滤器，可应用到其他系统中。 易于维护：过滤器替换方便。 支持并行执行过滤器，但要考虑并行执行时数据流之 间的同步问题。 缺陷： 适用批处理方式，不适合构建交互式应用的系统。如 对图形化的用户界面，有复杂的输入输出格式、基于 事件的鼠标点击或菜单选择的控制信息，将其转换成 与数据流模型兼容的格式是困难的。
传感器进程
传动装置进程
系统控制器
计算进程
用户界面
故障处理进程
系统控制器根据状态变量决定什么时候进程应该启 动或停止。控制器总是不停的循环，检测传感器和其他进 程的事件或状态的变化。
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3.6 基于事件驱动模型-广播模型
在集中式控制模型中，控制决策通常取决于系统的状态 变量值。事件驱动模型是通过外部产生的事件来驱动系统。 子系统在事件处理器中注册其感兴趣的事件。当事件处 理器检测到事件，查阅事件记录，然后将命令传送给所有与 此事件有关的子系统，子系统接收到命令做相应处理。（下 图） 子系统 1 子系统 2 子系统 3 子系统 4
Hypertext server Hypertext web
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客户机-服务器模型的优缺点
优点： 分布式处理，运行角色分布在网络上的不同地点， 一般性的功能可以被所有的客户程序使用。 添加或更新一台服务器不影响系统的其他部分。 不足： 性能无法预知，依赖于网络也依赖于系统。 当服务器属于不同的机构时，存在着管理方面的问 题。
软件系统体系结构设计

体系结构设计决策 体系结构视图 体系结构模式 应用体系结构
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软件设计模型 软件设计是将软件需求转换为软件表示的 过程，也是一个建模过程，以一系列迭代的步 骤建立不同的视图来描述系统。 主要的设计活动包括： 数据库设计、体系结构设计、接口设计、 组件级设计、部署级（Deployment-Level）的 设计。



当设计和文档化体系结构时，什么样的视图或 角度最有效？ 用什么样的符号来描述体系结构？ 单个体系结构模型中不可能提出所有相关的信 息，每一种模型只能显示系统的一种角度。 为了说明系统如何分解，组件如何分布，运行 时进程间如何交互，需要提供系统的多重视图。
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需要建立什么样的视图有很多选择， Krutchen和Hofmeister建议以下几种视图：
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3.1 分层体系结构

该模式是实现分离性和独立性的另一个方式。 系统的功能被划分成几个独立的层次，最内层 完成最基本的公用操作，向外各层逐渐进行功 能扩展，各层形成了不同功能级别的虚拟机 （Virtual Machine)，每层只依赖内层中的虚 拟机提供的服务。
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四层式通用软件体系结构