第三章软件体系结构风格与模式
软件体系结构课件第3章软件体系结构风格
➢ 设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互的代理 程序的集合。
第3章 软件体系结构风格 经典软件体系结构风格 – 数据抽象和面向对象组织 – 缺点
➢ 为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行交互，必须知道对 象的标识。只要一个对象的标识改变了，就必须修改所有其他明确调 用它的对象；
以被改进的过滤器替换掉； ➢ 允许对一些如吞吐量、死锁等属性的分析； ➢ 支持并行执行。每个过滤器是作为一个单独的任务完成，因此可与其它任务并
行执行。
第3章 软件体系结构风格
经典软件体系结构风格 – 管道与过滤器 – 缺点
➢ 通常导致进程成为批处理的结构。这是因为虽然过滤器可增量式地 处理数据，但它们是独立的，所以设计者必须将每个过滤器看成一 个完整的从输入到输出的转换；
对象
对象
对象的基础上，数据的表示方法
和它们的相应操作封装在一个抽
象数据类型或对象中。这种风格
对象
抽象数
据类型 的构件是对象，或者说是抽象数
据类型的实例。对象是一种被称
对象
对象
作管理者的构件，因为它负责保
过程调用
持资源的完整性。对象是通过函 数和过程的调用来交互的。
第3章 软件体系结构风格 经典软件体系结构风格 – 数据抽象和面向对象组织 – 优点
➢ 构件相对独立，构件之间依赖性较少。系统中不存在某些构件将 在同一地址空间内执行，或某些构件共享特定控制线程之类的相 关性假设。
第3章 软件体系结构风格
◇ 产生背景
◎ 在集中式计算技术时代广泛使用的是大型机/小型机 计算模型。它是通过一台物理上与宿主机相连接的非智 能终端来实现宿主机上的应用程序。
软件体系结构课件_软件体系结构总复习
第一章 序论
软件体系结构的定义 Software Architecture is the structure or structures of
the system, Which comprise software elements, the externally visible properties of these Elements, and the relations among them
模块结构 组件-连接器结构 分配结构
分解结构 使用结构 分层结构 类或泛化
模块结构
分解结构 使用结构 分层结构 类或泛化
组件-连接器结构
组件 连接 连接的本质 连接器 组件间的联系
分配结构
什么是分配结构
硬件、团队结构、文件系统都会与软件构 架进行交互，所以必须考虑这一类结构。
第八章 构架编档
什么是架构编档，简要表达软件构架编档 要包含的主要内容。
第七章 软件产品线
产品线的概念 一个软件产品线是满足以下性质的
一组软件产品： -共享一组相同的、可管理的特性
的集合 -满足一类特定的市场需求
公共核心资产库(core assets base) COTS〔Commercial Off-the-Shelf〕 核心资产开发活动的输入和目标 产品开发活动中输入/输出关系 使用产品线的好处和代价
元进行操作 连接件：控制 根据控制策略的不同，分为： 数据库〔知识库〕：系统由输入数据流中的事务
信息来驱动，即输入数据流中的事务指令可以触 发系统相应进程的执行， 黑板：如果系统由中央数据结构的当前状态来驱 动，那么黑板模型。
黑板风格
Com它一些事物 元素外部可见的属性是指元素对其它元素来说 提供的效劳 需要的效劳 共享资源的使用等 各元素间的交互关系也可能有多种 例如：细划分，同步，调用，包含…
软件体系结构与设计模式笔记
第1章软件体系结构概述✓SEI软件体系结构讨论群定义如下：一个程序/系统构件的结构，它们之间的相互关系，以及在设计和交付的整个过程中的原则和指导方针。
✓Mary Shaw和David Garlan认为软件体系结构包括构成系统的设计元素的描述，设计元素的交互，设计元素组合的模式，以及在这些模式中的约束。
✓软件体系结构包括构件(Component)、连接件(Connector)和约束(Constrain)或配置(Configuration)三大要素。
✓国内普遍接受的定义：软件体系结构包括构件、连接件和约束，它是可预制和可重构的软件框架结构。
✓构件是可预制和可重用的软件部件，是组成体系结构的基本计算单元或数据存储单元✓连接件也是可预制和可重用的软件部件，是构件之间的连接单元✓构件和连接件之间的关系用约束来描述✓软件体系结构= 构件+ 连接件+ 约束软件体系结构的优势容易理解、重用、控制成本、可分析性第2章软件体系结构风格♦软件体系结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。
♦体系结构风格定义了一个系统家族，即一个体系结构定义一个词汇表和一组约束。
词汇表中包含一些构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的。
♦体系结构风格反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统。
♦数据流风格: 批处理序列; 管道/过滤器。
♦调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层次结构。
♦独立构件风格：进程通讯；事件系统。
♦虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。
♦仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。
♦过程控制环路♦C/S风格体系结构有三个主要组成部分：数据库服务器、客户应用程序和网络。
♦B/S风格浏览器/Web服务器/数据库服务器。
优点：C/S体系结构具有强大的数据操作和事务处理能力，模型思想简单，易于人们理解和接受。
将大的应用处理任务分布到许多通过网络连接的低成本计算机上，以节约大量费用。
软件体系结构风格
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目 录
• 软件体系结构概述 • 集中式软件体系结构 • 层次式软件体系结构 • 分布式软件体系结构 • 面向服务的软件体系结构 • 软件体系结构风格的比较与选择
01
软件体系结构概述
软件体系结构的定义
01
软件体系结构是指软件系统的组 织结构，包括各个组成部分之间 的关系和约束，以及系统的设计 原则和模式。
缺点
层次式软件体系结构的缺点是可能会 导致信息隐藏和难以理解的问题，同 时，由于需要遵循特定的通信协议和 接口规范，开发难度相对较大。Βιβλιοθήκη 04分布式软件体系结构
分布式软件体系结构的特点
分布式软件体系结构是一种由多个自主计算单元组成的系统，这些单元通过网络相 互通信并协同工作。
分布式软件体系结构具有高度的可扩展性和灵活性，可以随着业务需求的变化而进 行调整。
05
面向服务的软件体系结构
面向服务的软件体系结构的特点
服务性
通信性
面向服务的软件体系结构强调软件组件的 松散耦合，以便更好地实现服务的复用和 组合。
面向服务的软件体系结构中的服务之间通 过消息传递进行通信，实现异步或同步的 交互。
中立性
可组合性
面向服务的软件体系结构中的服务是中立 的，不依赖于特定的技术和平台，以便更 好地跨平台和跨技术实现服务复用。
Java虚拟机
Java虚拟机（JVM）也是一种典型的层次式软件体系结构，它包括Java虚拟机 和Java平台两部分，其中Java虚拟机包括运行时数据区、垃圾回收器、执行引 擎等层次。
层次式软件体系结构的优缺点
优点
层次式软件体系结构具有清晰的结构 、易于维护和扩展、可重用性高等优 点。同时，它也支持分布式计算和异 构系统集成。
体系结构软件体系结构风格讲课文档
加工处理
受
控
变
量
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C/S风格——产生背景
在集中式计算技术时代广泛使用的是大型机/小型机计算模
型。它是通过一台物理上与宿主机相连接的非智能终端 来实现宿主机上的应用程序。
20世纪80年代以后，集中式结构逐渐被以PC机为主的 微机网络所取代。个人计算机和工作站的采用，永 远改变了协作计算模型，从而导致了分散的个人计 算模型的产生。
体系结构风格定义了一个系统家族，即一个体系结 构定义一个词汇表和一组约束。词汇表中包含一些 构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将 这些构件和连接件组合起来的。
体系结构风格反映了领域中众多系统所共有的结构和 语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组 织成一个完整的系统。
现在三页，总共三十五页。
的功能 实例：分层的通信协议
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分层系统
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仓库系统
构件：中心数据结构（仓库）和一些独立构 件的集合
仓库和在系统中很重要的外部构件之间的相 互作用
实例：需要使用一些复杂表征的信号处理系 统
现在十四页，总共三十五页。
仓库系统
现在十五页，总共三十五页。
[问题1]
✓ 请用200字以内的文字简要讨论C/S结构与B/S结构的区别及各自的优点和缺点。
[问题2] ✓ 请用200字以内的文字说明如何设计C/S和B/S混合结构，这样设计有什么好处？
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现在四页，总共三十五页。
经典的体系结构风格
数据流风格: 批处理序列; 管道/过滤器。 调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层次结构。
独立构件风格：进程通讯；事件系统。 虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。 仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。 过程控制环路
软件工程中的软件体系结构与设计模式
软件工程中的软件体系结构与设计模式软件工程是一门涉及软件开发、维护、测试和管理的学科。
在软件工程的实践中，软件体系结构和设计模式是两个重要的概念。
本文将探讨软件体系结构与设计模式在软件工程中的应用和重要性。
一、软件体系结构软件体系结构是指软件系统的整体结构和组成部分之间的关系。
它描述了软件系统的组织方式、模块划分和模块之间的通信方式。
软件体系结构的设计对于软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性具有重要影响。
在软件体系结构的设计中，常用的模式包括层次结构、客户端-服务器模式和发布-订阅模式等。
层次结构将软件系统划分为多个层次，每个层次都有特定的功能。
客户端-服务器模式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，服务器处理请求并返回结果。
发布-订阅模式中，发布者发布消息，订阅者接收消息。
软件体系结构的设计需要考虑多个因素，如系统的可靠性、性能、安全性和可维护性等。
一个好的软件体系结构应该能够满足系统的需求，并且易于理解和维护。
二、设计模式设计模式是在软件设计中常见问题的解决方案。
它们是经过验证的、可重用的设计思想，可以提高软件的可维护性和可扩展性。
设计模式可以分为三类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。
创建型模式用于对象的创建，包括工厂模式、单例模式和原型模式等。
结构型模式用于对象之间的组合，包括适配器模式、装饰器模式和代理模式等。
行为型模式用于对象之间的通信，包括观察者模式、策略模式和命令模式等。
设计模式的应用可以提高软件系统的灵活性和可维护性。
通过使用设计模式，开发人员可以将系统的不同部分解耦，使其更易于修改和扩展。
此外，设计模式还可以提高代码的可读性，减少重复代码的编写。
三、软件体系结构与设计模式的关系软件体系结构和设计模式是紧密相关的概念。
软件体系结构提供了软件系统的整体框架，而设计模式提供了解决具体问题的方法。
在软件体系结构的设计中，设计模式可以用于解决不同层次和模块之间的通信问题。
第三章_软件体系结构风格
第三章_软件体系结构风格软件体系结构风格是指软件系统中各个组件之间的关系和交互方式的一种抽象描述，它能够帮助软件开发者更好地组织系统的结构，提高系统的可扩展性、可维护性和可重用性。
本文将介绍几种常见的软件体系结构风格。
分层体系结构风格是将软件系统划分为多个层次，在每个层次上定义不同的职责和功能。
上层的模块可以调用下层的模块提供的服务，但是下层的模块不能调用上层的模块。
这种层次划分可以提高系统的模块性，使得不同层次的模块之间能够独立开发和测试。
同时，这种体系结构风格还可以提高系统的可扩展性，当需求变化时，可以通过增加或修改适当的层来满足新的需求。
客户-服务器体系结构风格是将软件系统分为两个部分：客户端和服务器端。
客户端负责接收用户的请求并向服务器发送请求，而服务器端负责处理请求并向客户端发送响应。
这种体系结构风格可以提高系统的可扩展性和可重用性，因为可以通过增加或修改服务器来满足不同的用户请求。
同时，这种体系结构风格还可以提高系统的可维护性，因为客户端和服务器端的责任分离，可以独立地开发和测试。
面向对象体系结构风格是将软件系统划分为多个对象，每个对象封装了数据和行为，并通过消息传递来实现对象之间的通信。
这种体系结构风格可以提高系统的可重用性和可维护性，因为对象的封装性使得对象可以独立地开发和测试，并且可以在不同的系统中重用。
同时，这种体系结构风格还可以提高系统的模块性，因为对象之间的关系是明确的，并且可以通过继承和多态性来实现代码的复用。
事件驱动体系结构风格是将软件系统划分为多个组件，这些组件之间通过事件进行通信。
当一个事件发生时，相应的组件会接收到事件并做出相应的响应。
这种体系结构风格可以提高系统的灵活性和可扩展性，因为不同的组件可以独立地开发和测试，并且可以根据需要进行添加和移除。
同时，这种体系结构风格还可以提高系统的响应速度，因为事件的处理是异步的，在事件到达前可以继续处理其他任务。
总之，软件体系结构风格是软件系统中组件之间的关系和交互方式的一种抽象描述。
[软件体系结构]第3章_软件体系结构风格解析
![[软件体系结构]第3章_软件体系结构风格解析](https://img.taocdn.com/s3/m/f77ae262b9d528ea80c77912.png)
第3章 软件体系结构风格 ◇ 分层系统的优点
3.2 经典软件体系结构风格
◎ 利于问题的分解
•支持逐级抽象的方式进行系统设计，使设计者可 以把一个复杂系统按递增的步骤进行分解。
◎ 可修改性强
•每一层至多和相邻的上下层交互，因此功能的改 变最多影响相邻的上下层；
第3章 软件体系结构风格 ◇ 经典的体系结构风格
3.1 软件体系结构风格概述
◎ 数据流风格：批处理序列；管道/过滤器。 ◎ 调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层
次结构。
◎ 独立构件风格：进程通讯；事件系统。 ◎ 虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。 ◎ 仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。
这种风格建立在数据抽象和面向对象的基础上， 数据的表示方法和它们的相应操作封装在一个 抽象数据类型或对象中。 构件就是对象，或者说是抽象数据类型的实例 连接件就是过程(方法)调用
第3章 软件体系结构风格 3.2 经典软件体系结构风格
◇ 数据抽象和面向对象组织
面向对象典型特性：
封装
私有 — 实现信息隐藏 公有 — 对外接口，易于维护和修改
第3章 软件体系结构风格 3.2 经典软件体系结构风格
◇ 数据共享风格（仓库与黑板）
黑板系统风格的系统由3部分组成：
知识源：与特定应用相关的独立的知识包(parcel)，是 中央数据单元的信息来源。它们不直接交互，是通过中 央数据单元的协调来完成相互之间的交互。
中央数据单元（黑板）：系统的核心组成部分，包含系 统要处理的数据以及求解问题的状态数据。按照某些数 据结构方式来组织，可以根据知识源信息的变化被修改。
◎ 整体效率降低
软件体系结构作业(完整版)
第一章：1.根据自己的经验，谈谈对软件危机的看法。
软件危机是指软件生产方式无法满足迅速增长的计算机需求，开发和维护过程出现的一系列问题。
以下几个原因导致：（1）软件自身特点（2）开发人员的弱点（3）用户需求不明（4）缺乏正确理论指导（5）开发规模越来越大（6）开发复杂度越来越高可以通过软件生命周期的模型和软件工具的使用来缓解危机，通过程序自动化和软件工业化生产的方法实现软件标准化的目标，进一步缓解软件危机带来的影响。
软件危机有利有弊，除了带来许多麻烦，也给我们带来许多挑战，克服危机的过程，我们在技术上和创新上都有了一个提升，也算是间接为软件产业的发展做了贡献。
2.什么是软件重用，软件重用的层次可以分为哪几个级别？软件重用:是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相似软件元素的过程。
可以分为三个层次：（1）代码重用（2）设计结果重用（3）分析结果重用3.什么是可重用构件？相对于普通的软件产品，对可重用构件有何特殊要求？可充用构件表示软件重用过程中，可重用的软件构件元素。
可重用构件的特殊要求：（1）可重用构件应该具有功能上的独立性与完整性；（2）可重用构件应该具有较高的通用性；（3）可重用构件应该具有较高的灵活；（4）可重用构件应该具有严格的质量保证；（5）可重用构件应该具有较高的标准化程。
4.基于构件的软件开发的优势是什么？基于构件的软件开发面临哪些挑战和困难？优势：基于构件的软件将软件开发的重点从程序编写转移到了基于已有构件的组装，更快地构造系统，减轻用来支持和升级大型系统所需要的维护负担，从而降低了软件开发的费用困难和挑战：没有可依据的参考，可用资源和环境缺乏，开发难度高，而各方面需求增长速度与日剧增，更新和升级的跟进是一个不小的挑战.此外，在同一系统采用多个开发商提供的构件，它们之间的兼容性可能是开发过程中所要面对的一个严峻的问题挑战和困难：（1）在同一系统采用多个开发商提供的构件，它们之间的兼容性可能是开发过程中所要面对的一个严峻的问题；（2）采用随处可以购买到的构件可能会使开发出来的软件产品丧失技术上的独创性和市场上的竞争力；（3）第三方的构件开发商可能歇业，这会使购买的构件失去维护服务。
第三章软件工程结构化分析
get f1 A
f4 f6
f3 f2
主模块 (C、D、E)
f7
将f3变换成f7和f8
f7
f8
C
D
E
put f7
put f8
f9 f8 f10
F put f9 G put f10
f10
f11
H put f11
主模块 (C、D、E)
get f3
将f3变换成f7和f8
put f7
put f8
get f2 B
随着设计的逐步深入，对软件结构进一步细化，称为详 细设计(或过程设计)。
因此，软件设计分为：概要设计、详细设计两个阶段。
█ 概要设计 通过仔细分析“软件需求规格说明”，适当地对软件
进行功能分解，从而将系统分解为一系列功能模块，并 设计出完成预定功能的模块结构。（层次结构） █ 详细设计
具体针对每个模块，确定完成每个模块功能所需要的 算法和数据结构等。 （实现过程）
每个模块完成一个特定的子功能，所有模块按某种方法组 装成为一个整体，从而实现整个系统所要求的功能。
说明：模块化是软件开发过程中解决复杂问题的重要手段。
开发大而复杂的系统,进行适当的分解，不但可降低系 统复杂性，还可减少开发工作量，总体上降低开发成本， 提高软件生产率。
是否将系统无限分解，最后开发工作量就趋于零？
第4章 结构化设计
学习内容： 1、结构化设计的定义与目标 2、结构化设计与结构化分析的关系 3、结构化设计的分类与任务 4、结构化设计的概念和原理
了解： 结构化设计与结构化分析的关系
掌握： 结构化设计的概念与原理
一、结构化设计的定义与目标
在需求分析基础上,采用结构化方法进行软件系统的设
13种常见软件体系结构风格定义分析、结构图、优缺点
13种常见软件体系结构风格定义分析、结构图、优缺点⼀、概述软件体系结构表⽰系统的框架结构，⽤于从较⾼的层次上来描述各部分之间的关系和接⼝，主要包括构件、构件性质和构件之间的关系。
通过使⽤软件体系结构，可以有效地分析⽤户需求，⽅便系统的修改，以及减⼩程序构造风险。
随着软件规模不断地增⼤和复杂程度⽇益增⾼，系统框架架构的设计变得越来越关键。
软件框架设计的核⼼问题是能否复⽤已经成型的体系结构⽅案。
由此，产⽣了软件体系结构风格的概念。
⼆、常见风格分类体系结构风格的形成是多年探索研究和⼯程实践的结果。
⼀个良好和通⽤的体系结构风格往往是⼯程技术领域成熟的标志。
经过多年的发展，已经总结出许多成熟的软件体系结构风格，例如：1. 数据流风格：批处理和管道/过滤器。
2. 调⽤/返回风格：主程序/⼦程序、层次结构和C/S。
3. ⾯向对象风格。
4. 独⽴部件风格：进程通信和事件驱动。
5. 虚拟机风格：解释器和基于规则的系统。
6. 数据共享风格：数据库系统和⿊板系统。
三、体系结构风格1.管道/过滤器 体系结构风格主要包括过滤器和管道两种元素。
在这种结构中，构件被称为过滤器，负责对数据进⾏加⼯处理。
每个过滤器都有⼀组输⼊端⼝和输出端⼝，从输⼊端⼝接收数据，经过内部加⼯处理之后，传送到输出端⼝上。
数据通过相邻过滤器之间的连接件进⾏传输，连接件可以看作输⼊数据流和输出数据流之间的通路，这就是管道。
原理图：优点：1. 简单性。
2. ⽀持复⽤。
3. 系统具有可扩展性和可进化型。
4. 系统并发性（每个过滤器可以独⽴运⾏，不同⼦任务可以并⾏执⾏，提⾼效率）。
5. 便于系统分析。
缺点：1. 系统处理⼯程是批处理⽅式。
2. 不适合⽤来设计交互式应⽤系统。
3. 由于没有通⽤的数据传输标准，因此每个过滤器都需要解析输⼊数据和合成数据。
4. 难以进⾏错误处理。
传统的编译器就是管道/过滤器体系结构风格的⼀个实例。
编译器由词法分析、语法分析、语义分析、中间代码⽣成、中间代码优化和⽬标代码⽣成⼏个模块组成，⼀个模块的输出是另⼀个模块的输⼊。
《软件体系结构风格》课件
应用领域：Web 应用程序、企业级 应用、移动应用等
优点：易于维护、 扩展性好、安全性 高
实践应用案例： Google、 Facebook、 Amazon等公司的 Web应用程序
分布式对象风格的实践应用
特点：松耦合、高内聚、可扩展性 应用场景：大型企业级应用、分布式系统 技术实现：RPC、SOAP、RESTful等 案例：亚马逊、谷歌、Facebook等公司的分布式系统
开发团队：考虑团 队的技术水平、经 验、技能等
技术趋势：考虑当 前和未来的技术发 展趋势，如云计算 、大数据、人工智 能等
成本预算：考虑开 发、维护、升级等 成本预算，选择合 适的体系结构风格
软件体系结构风格的适用场景
软件体系结构风格的优缺点分析
Part Five
软件体系结构风格 的实践应用
集中式风格的实践应用
软件体系结构风格是软件设计的重要组成部分，它直接影响到软件的可维护性、可扩 展性和可重用性。
软件体系结构风格分类
模块化风格：将系统划分 为多个模块，每个模块负 责特定的功能
分层风格：将系统划分为 多个层次，每个层次负责 特定的功能
管道与过滤器风格：将系 统划分为多个过滤器，每 个过滤器负责特定的功能
三层C/S风格
特点：客户端和服务器端分离，中间层负责数据传输和处理
优点：客户端和服务器端可以独立开发，便于维护和升级
缺点：中间层需要处理大量数据，可能导致性能瓶颈 应用场景：适用于需要大量数据处理和传输的场景，如银行、证券等金 融行业。
浏览器-服务器风格
特点：客户端和 服务器端分离， 客户端负责用户 界面，服务器端 负责数据处理和 存储
面向对象风格：将系统划 分为多个对象，每个对象 负责特定的功能
软件架构风格
第三章软件架构风格软件架构风格概述软件体系结构设计的一个核心问题是能否使用重复的体系结构模式，即能否达到体系结构级的软件重用。
也就是说，能否在不同的软件系统中，使用同一体系结构。
基于这个目的，学者们开始研究和实践软件体系结构的风格和类型问题。
软件体系结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。
它反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统。
按这种方式理解，软件体系结构风格定义了用于描述系统的术语表和一组指导构件系统的规则。
对软件体系结构风格的研究和实践促进了对设计的复用，一些经过实践证实的解决方案也可以可靠地用于解决新的问题。
体系结构风格的不变部分使不同的系统可以共享同一个实现代码。
只要系统是使用常用的、规范的方法来组织，就可使别的设计者很容易地理解系统的体系结构。
例如，如果某人把系统描述为"客户/服务器"模式，则不必给出设计细节，我们立刻就会明白系统是如何组织和工作的。
软件系统结构风格通常分为三种模式，即架构模式，设计模式，代码模式。
这三种不同的模式存在于它们各自的抽象层次和具体层次。
架构模式是一个系统的，多层次策略，涉及到大尺度的组件以及整体性质和力学。
它描述软件系统里的基本结构组织或纲要，提供一些事先定义好的子系统，指定它们的责任，并给出把它们组织在一起的法则和指南。
架构模式的好坏可以影响到总体布局和构架结构。
设计模式是中等尺度的结构策略，它描述了普遍存在的相互通讯组件中重复出现的结构．这种结构解决了在一定背号中的具有一般性的设计问题，定义出了子系统或组件的微观结构。
设计模式的好坏不会影响到系统的总体布局和总体框架。
代码模式是底层次的模式，并与编程语言密切相关，它描述怎样利用一个特定的编程语言的特点来实现一个组件的某些特定的方面或关系。
代码模式的好坏会影响到一个中等尺度组件的内部、外部结构或行为的底层细节，但不会影响到一个部件或子系统的中等尺度的结构，更不会影响到系统的总体布局和大尺度框架。
软件体系结构与设计模式
软件体系结构与设计模式软件体系结构是指软件系统各个组件之间的关系和相互作用方式的规范。
设计模式则是一套解决软件设计问题的经验总结和最佳实践。
本文将介绍软件体系结构和设计模式的概念、特点以及在软件开发中的应用。
一、软件体系结构的概念与特点软件体系结构是软件系统的基本框架，规定了系统各个组件之间的关系和相互作用方式。
它包括系统的整体结构、组件的划分和接口的定义等。
软件体系结构的概念有以下几个特点：1. 模块化：将系统划分为相互独立的模块，每个模块都有明确定义的功能和接口。
2. 层次化：将系统划分为不同的层次，每个层次负责不同的功能和任务。
3. 分布式：将系统组件部署在不同的计算节点上，实现分布式计算和资源共享。
4. 可扩展性：能够方便地添加、修改和删除系统组件，以适应不同的需求和变化。
5. 可重用性：通过模块化和规范化的设计，实现组件的复用和共享。
二、常见的软件体系结构模式在软件体系结构中，常见的模式有分层模式、客户-服务器模式、主从模式、发布-订阅模式等。
1. 分层模式：将系统划分为多个层次，每个层次负责不同的功能和任务。
上层接口只与下一层接口进行交互，实现了模块之间的解耦和复用。
2. 客户-服务器模式：将系统划分为客户端和服务器端，客户端发送请求，服务器端提供服务并返回结果。
实现了任务的分布和协作。
3. 主从模式：主节点负责协调和管理各个从节点的工作，从节点负责执行具体的任务并向主节点汇报。
实现了任务的分配和并行处理。
4. 发布-订阅模式：发布者发布消息，订阅者接收并处理消息。
实现了组件之间的松耦合和消息的异步处理。
三、设计模式的概念与分类设计模式是针对特定问题的解决方案，是一种在软件设计中常用的思维方式和方法。
常见的设计模式有创建型模式、结构型模式和行为型模式。
1. 创建型模式：用于创建对象的模式，包括工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式和原型模式等。
2. 结构型模式：用于组织类和对象的模式，包括适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式和桥接模式等。
第三章软件体系结构风格与模式PPT课件
. SAGroup
管道-过滤器风格实例——数字通信系统
❖ 通信的目的是传递消息。消息具有不同的形式，例如： 符号、文字、语音、音乐、数据、图片、图像等等。因 而，根据所传递消息的不同，目前通信业务可以分为电 报、电话、传真、数据传输及可视电话等。对于基本的 点对点通信，是把发送端的消息传递到接收端。
. SAGroup
管道-过滤器风格优点
❖ 管道-过滤器风格具有并发性
▪ 每个过滤器作为一个单独的执行任务，可以与其它过滤器并发 执行。过滤器的执行是独立的，不依赖于其它过滤器的。在实 际运行时，可以将存在并发可能的多个过滤器看作多个并发的 任务并行执行，从而大大提高系统的整体效率，加快处理速度 。
噪声源
信息源 加密器 编码器 调制器 信道
解调器 解码器 解密器 受信者
发送设备
数字通信系统详细模型
接收设备
24
. SAGroup
管道-过滤器风格实例
❖ 管道-过滤器模式的体系结构是面向数据流的软件体系结 构。它最典型的应用是在编译系统。一个普通的编译系 统包括词法分析器，语法分析器，语义分析与中间代码 生成器，优化器，目标代码生成器等一系列对源程序进 行处理的过程。人们可以将编译系统看作一系列过滤器 的连接体，按照管道&过滤器的体系结构进行设计。
发送端
接收端
数字通信概念模型
20
. SAGroup
管道-过滤器风格实例——数字通信系统
❖ 将上图发送端进一步细分为信息源和发送设备，将接收 端细分为接收设备和受信者；同时，在通信过程中会有 噪声干扰，在模型中添加噪声源可得到图所示的数字通 信系统粗略模型。
噪声源
信息源
发送设备
接收设备
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软件体系结构风格和模式的概念
软件体系结构风格(Architectural Style)
– 一种体系结构风格以结构组织模式定义了一个系统 家族
– 关于构件和连接件类型的术语；一组约束对它们组 合方式的规定；一个或多个语义模型，规定了如何 从各成分的特性决定系统整体特性
MergeAndSort
MergeAndSort
Merge
Sort
管道-过滤器风格优点
设计者可以将整个系统的输入、输出特性简单 的理解为各个过滤器功能的合成。
– 设计人员将整个系统的输入输出行为理解为单个过 滤器行为的叠加与组合。这样可以将问题分解，化 繁为简。将系统抽象成一个“黑箱”，其输入是系 统中第一个过滤器的输入管道，输出是系统中最后 一个过滤器的输出管道，而其内部各功能模块的具 体实现对用户完全透明。
– 作为现实世界的一个成分，每个模式表达了下列三 者之间的一种关系：特定环境，在该环境中反复出 现的力(forces)的系统，以及协调这些力的某种空 间排列。
– 作为语言的一个成分，每个模式是一条指令，展示 了这种空间排列如何被一再重复使用，目的是协调 同特定环境相关的力的系统。
软件体系结构的构建模式
– 各过滤器在输入具备后完成自己的计算。完整的计 算过程包含在过滤器之间的拓扑结构中。
管道-过滤器风格
一个管道-过滤器风格的示意图如下图所示：
Pipes
Filters
管道-过滤器风格
一个采用了嵌套的管道过滤器的系统示例：
System Simple: PipeFilter Grep
Splitter
– 每个过滤器作为一个单独的执行任务，可以与其它 过滤器并发执行。过滤器的执行是独立的，不依赖 于其它过滤器的。在实际运行时，可以将存在并发 可能的多个过滤器看作多个并发的任务并行执行， 从而大大提高系统的整体效率，加快处理速度。
管道-过滤器风格不足
交互式处理能力弱
– 管道-过滤器模型适于数据流的处理和变换，不适 合为与用户交互频繁的系统建模。在这种模型中， 每个过滤器都有自己的数据，这些数据或者是从磁 盘存储器中读取来，或者是由另一个过滤器的输出 导入进来，整个系统没有一个共享的数据区。这样， 当用户要操作某一项数据时，要涉及到多个过滤器 对相应数据的操作，其实现较为复杂。由以上的缺 点，可以对每个过滤器增加相应的用户控制接口， 使得外部可以对过滤器的执行进行控制。
管道-过滤器风格不足
改进的过滤器
管道-过滤器风格不足
管道-过滤器风格往往导致系统处理过程的成 批操作。
设计者也许不得不花费精力协调两个相对独立 但又存在某种关系的数据流之间的关系，例如 多过滤器并发执行时数据流之间的同步问题等。
根据实际设计的需要，设计者也需要对数据传 输进行特定的处理（如为了防止数据泄漏而采 取加密等手段），导致过滤器必须对输入、输 出管道中的数据流进行解析或反解析，增加了 过滤器具体实现的复杂性。
特别注意：体系结构风格不是对软件进行分类 的标准。它仅仅是表示描述软件的不同角度而 已
– 例如一个系统采用了分层风格，但这并不妨碍它用 面向对象的方法来实现。同一个系统采用多种风格 造成了所谓体系结构风格的异构组合。Biblioteka 管道-过滤器风格概述
– 在管道-过滤器风格下，每个功能模块都有一组输 入和输出。功能模块称作过滤器（filters）；功能 模块间的连接可以看作输入、输出数据流之间的通 路，所以称作管道（pipes）。
管道-过滤器风格优点
支持一些特定的分析，如吞吐量计算和死锁检 测等。
– 利用管道-过滤器风格的视图，可以很容易的得到 系统的资源使用和请求的状态图。然后，根据操作 系统原理等相关理论中的死锁检测方法就可以分析 出系统目前所处的状态，是否存在死锁可能及如何 消除死锁等问题。
管道-过滤器风格优点
管道-过滤器风格具有并发性
– 管道-过滤器风格的特性之一在于过滤器的相对独 立性，即过滤器独立完成自身功能，相互之间无需 进行状态交互。
管道-过滤器风格特性
过滤器是独立运行的构件
– 非临近的过滤器之间不共享状态 – 过滤器自身无状态
过滤器对其处理上下连接的过滤器“无知”
– 对相邻的过滤器不施加任何限制
结果的正确性不依赖于各个过滤器运行的先后 次序
– 构件（Components）＋ 连接器（Connectors） – E.g. C/S结构中
构件： Client, Server 连接器： C/S间的通讯协议
软件体系结构的构建风格
风格分类： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
管道-过滤器风格 面向对象风格 事件驱动风格 分层风格 数据共享风格 解释器风格 反馈控制环风格
– 概括地说，一种软件体系结构风格刻划一个具有共 享结构和语义的系统家族
软件体系结构模式(Architectural Pattern)
– 一种软件体系结构模式是对某个具体环境下问题的
体系结构风格 模式系统中的词汇
– 目前尚不完善
– 每个风格可以视为一组构件的集合，以及构件间的 交互（连接器）
– 旧的过滤器可以被替代，新的过滤器可以添加到已 有的系统上。软件的易于维护和升级是衡量软件系 统质量的重要指标之一，在管道-过滤器模型中， 只要遵守输入输出数据规约，任何一个过滤器都可 以被另一个新的过滤器代替，同时为增强程序功能， 可以添加新的过滤器。这样，系统的可维护性和可 升级性得到了保证。
管道-过滤器风格优点
管道-过滤器风格支持功能模块的复用
– 任何两个过滤器，只要它们之间传送的数据遵守共 同的规约，就可以相连接。每个过滤器都有自己独 立的输入输出接口，如果过滤器间传输的数据遵守 其规约，只要用管道将它们连接就可以正常工作。
管道-过滤器风格优点
基于管道-过滤器风格的系统具有较强的可维 护性和可扩展性。
Software Architecture
软件体系结构的风格和模式
1
建筑模式
Christopher Alexander, The Timeless Way of Building, p247, 1979
– 每个模式是一个由三部分组成的规则，表达了特定 环境、问题和解(solution)之间的关系。