第2讲-软件体系结构建模
软件体系结构-第二讲(架构模式)
Software A Architecture Design
—— Chapter two Software Architecture Style
李哲洙 lizhezhu@
1
本章要点
Software Architecture Style Typical Architecture style C/S & B/S Style New Architecture Style Case Study
Pipes and Filters:Strengths
• System easy to understand
• Reuse, Enhancement & Maintainability • Concurrency can be easily exploited.
– System = simple composition of individual filters – No complex interaction between components – Easy to add filters & replace existing ones (why?)
• Components: Filter
– Completely independent entities – Consume streams of inputs and produce streams of outputs – Context independent (do not know what produced the input or will consume the output) – Output starts before input is (entirely) consumed (incremental transformation of data) – Carrier of data streams – Binding between component ports
软件体系结构2-04层次体系结构
① 设计内容分层／分块组织，
形成纵向（分层）和横向（分块）的功能分割体系； 纵向体现层间关联，横向体现层内功能 ② 层间信息交换需要以接口／协议的形式进行 接口：功能互操作和数据互交换的调用服务与连接机制
协议：通信体在连接交互过程中应共同遵守的规约
2. 结构组成：基于“调用—返回”原理和接口互连机制
④ 把代码变化的影响限制在本层内
缺点： ① 可维护性较差（改变结构或行为时，会引起连锁效应） ② 数据通信效率较低（可能存在多层次的数据传送） ③ 层次间的功能冗余会增加系统运行的开销
④ 找出正确的层次划分及结构关系并非易事
2.3.2 层次结构的应用实例
1. 层次模型的设计过程
① 定义设计目标：设计对象（S，A），分层标准，模型层数 ② 层内功能描述：层次命名，功能／任务描述， 方法（面向过程，面向对象） ③层次接口定义：黑盒原则，灰盒原则，白盒原则
拉式机制：低层
高层
通知－回调方法
层次结构中应避免拉式机制（强依赖）
讨论3：层次结构的变异
① 松弛型：层间约束条件放松，允许跨层次的交互通信；
每一层可使用所有下层的服务，而不限于相邻层 优缺点：提高了服务的灵活性；牺牲了软件的可维护性 适用场合：可用于系统软件（少修改，对性能要求高） 不宜用于应用软件（应用多变，对可维护性要求高）
② LAN构成：设备互连，数据流传输；Bridge接口
③ LAN互连：路由选择，拥塞（流量）控制；Router接口 ④ WAN通信：网间数据传输，可靠性／安全性控制 ⑤ 数据通信：会话连接，交互管理，同步控制 ⑥ 公共表示：数据交换／通信服务的公共表示方法
⑦ Internet服务：网络／设备管理，应用服务；Gateway接口
软件建模与设计 课程大纲
软件建模与设计课程大纲一、课程简介课程名称：软件建模与设计课程代码：课程学时：32学时课程学分：2学分适用专业：计算机科学与技术、软件工程等相关专业二、课程目标1. 掌握软件建模与设计的基本概念和原则。
2. 理解软件建模与设计的主要方法和工具。
3. 能够运用软件建模与设计技术进行软件系统分析和设计。
4. 提高软件开发质量和效率，降低软件开发风险。
三、课程内容与教学要求1. 软件建模与设计基础- 软件生命周期与软件工程- 软件建模与设计概述- 软件建模与设计方法和工具2. 面向对象建模与设计- 面向对象的基本概念- 面向对象建模方法- 面向对象设计方法- 面向对象编程语言（如Java、C++等）3. 结构化建模与设计- 结构化方法概述- 数据流图与数据字典- 系统结构图- 事务分析与设计4. 用例建模与设计- 用例模型概述- 用例图- 用例描述- 用例驱动的软件开发5. 面向服务的建模与设计- 面向服务的体系结构（SOA）- 服务建模与设计- 服务组合与choreography- 服务编程（如Java EE、.NET等）6. 软件建模与设计实例分析- 软件需求分析与建模- 软件设计与体系结构- 软件详细设计与编程四、教学方法与手段1. 采用理论讲解、实例分析、课堂讨论等教学方法。
2. 运用多媒体、计算机网络等现代教育技术手段。
3. 鼓励学生积极参与课堂讨论和实践环节。
五、课程考核方式1. 课程成绩构成：平时成绩（30%）+期末考试成绩（70%）2. 平时成绩包括：课堂表现（10%）、作业（10%）、实验报告（10%）3. 期末考试形式：闭卷考试六、教材及参考资料1. 教材：《软件建模与设计》（待定）2. 参考资料：《UML和面向对象分析与设计》、《软件工程：原理、方法与实践》等七、课程教学进度表（略）八、实践环节安排（略）注：本大纲为初稿，具体内容和安排可能根据教学实际需要进行适当调整。
UML概述
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UML的基本视图
UML的五类基本视图；
UML的用例视图； UML的逻辑视图； UML的构件视图； UML的并发视图； UML的配置视图。
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成都信息工程学院软件工程系
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场景(Scenarios)
场景用于刻画构件之间的相互关系，将四个视 图有机地联系起来。可以描述一个特定的视图 内的构件关系，也可以描述不同视图间的构件 关系。
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UML中的图和各视图的对应关系
场景视图：用例图 逻辑视图：类图和对象图 开发视图：类图和组件图 进程视图：顺序图、协作图、状态图、活
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Rational三剑客
Jim Rumbaugh Ivar Jacobson
Grady Booch
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方法学大 战阶段
UML的历史
统一阶段
公
标准化阶 段
众 反
馈
工业化阶 段
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依赖（ dependency）
依赖关系描述一个元素对另一个元素的依附。
聚合（aggregation）
描述元素之间整体和部分的关系
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图（diagram）
UML模型图（5类，9种）： 用例图 静态图（类图，对象图） 行为图（状态图，活动图） 交互图（顺序图，协作图） 实现图（构件图，配置图）
软件体系结构
软件体系结构◇软件体系结构概论◇软件体系结构建模◇软件体系结构风格◇软件体系结构描述◇动态软件体系结构◇Web服务体系结构◇基于体系结构的软件开发◇软件体系结构的分析与测试◇软件体系结构评估◇软件产品线体系结构软件危机的表现◎软件成本日益增长◎开发进度难以控制◎软件质量差◎软件维护困难软件危机的原因◎用户需求不明确◎缺乏正确的理论指导◎软件规模越来越大◎软件复杂度越来越高◎构件的定义构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。
构件模型的三个主要流派OMG（Object Management Group，对象管理集团）的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理结构）Sun的EJB（Enterprise Java Bean）Microsoft的DCOM（Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）。
构件获取1.从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用的构件；2. 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件；3. 从市场上购买现成的商业构件，即COTS（Commercial Off-The-Shell）构件；4. 开发新的符合要求的构件。
构件管理◎构件描述◎构件分类与组织◎人员及权限管理构件描述构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件的制作与构件的重用提供依据；构件分类与组织◇关键字分类法◇刻面分类法◇超文本组织方法人员及权限管理一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系统管理员。
构件重用◎检索与提取构件◎理解与评价构件◎修改构件◎构件组装构件重用理解与评价构件◇构件的功能与行为◇相关的领域知识◇可适应性约束条件与例外情形◇可以预见的修改部分及修改方法构件组装◇基于功能的组装技术◇基于数据的组装技术◇面向对象的组装技术软件体系结构的定义软件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。
软件设计与体系结构教案-概述说明以及解释
软件设计与体系结构教案-范文模板及概述示例1:软件设计与体系结构教案引言：软件设计与体系结构是计算机科学和软件工程领域的重要学科，它涉及到软件系统的设计和开发过程中如何构建有效的软件结构和体系架构。
本文将介绍一份软件设计与体系结构的教案，旨在帮助教师教授相关的知识和技能。
一、教学目标：1. 了解软件设计和体系结构的概念和基本原理。
2. 掌握软件设计和体系结构的常用方法和技术。
3. 能够应用所学知识设计和实现一个简单的软件系统。
4. 培养学生的团队协作和项目管理能力。
二、教学内容：1. 软件设计基础：- 软件设计概述- 软件开发生命周期- 需求分析与规格说明- 软件设计原则和准则2. 软件体系结构：- 概述和定义- 模块化和分层设计- 客户端-服务器架构- 分布式系统设计- 微服务架构- 云计算和大数据处理3. 软件设计模式：- 设计模式概述- 创建型模式：工厂模式、单例模式等- 结构型模式：适配器模式、装饰者模式等- 行为型模式：观察者模式、策略模式等4. 软件设计工具和环境：- UML建模工具- 代码编辑器和集成开发环境- 版本控制工具三、教学方法：1. 授课讲解：教师通过授课讲解软件设计和体系结构的基本概念和原理，引导学生理解和掌握相关知识。
2. 实例分析：教师提供一些实际的软件系统案例，帮助学生分析和理解不同的软件设计和体系结构方法。
3. 小组讨论：学生分组进行讨论和合作，在教师的引导下，通过讨论和交流来完成一些案例分析和设计任务。
4. 实践项目：要求学生团队合作，根据所学知识设计和实现一个简单的软件系统，并撰写相关的设计文档和报告。
四、教学评估：1. 课堂参与和问题解答：评估学生对教学内容的理解和掌握程度。
2. 小组讨论和案例分析报告：评估学生在小组讨论和实例分析中的合作和表现。
3. 软件系统设计和实现：评估学生团队合作和项目管理能力，以及对软件设计和体系结构的应用能力。
五、教学资源：1. 教科书：提供相关的软件设计和体系结构教材。
《软件体系结构》教学大纲
《软件体系结构》教学大纲课程英文名称: Software Architecture课程编号：050302一、课程说明1．课程性质《软件体系结构》课程，是软件工程专业硕士研究生的主干课程。
2．课程的目的和任务软件体系结构主要介绍软件体系结构和中间件的基本概念，使学生对软件体系结构有比较深入的了解。
通过学习，使得学生在软件工程思想的基础上，更进一步掌握软件分析和软件开发的方法和思想，并能在实际中应用。
培养学生成为一名合格的软件分析师或软件工程师，并为其在该领域进一步深造打下坚实的基础。
3．适用专业软件工程，计算机科学与技术专业4．学时与学分学分：3 学时：45 讲授学时：45 实践学时：05．先修课程软件工程，数据结构与算法，操作系统，程序设计6．推荐教材或参考书目教材名称：《软件体系结构》张友生编著清华大学出版社ISBN：7302078106 2004版主要参考书目：《软件体系结构理论与实践》冯冲，江贺，冯静芳编著人民邮电出版社2004版7．主要教学方法与多媒体要求主要教学方法：理论和技术教学，案例驱动教学多媒体要求：多媒体教学占80%8．考核方式1、平时成绩（书面作业＋上机实验＋考勤）2、课程大作业3、期末闭卷笔试4、总成绩 = 笔试成绩（60/100）+ 平时成绩（20/100）+ 大作业成绩（20/100）9．课外自学要求书本上没讲过的内容，让学生自学。
推荐的教材，学有余力的学生可以自学。
二、教学基本要求和能力培养要求1．通过本课程的教学环节，达到以下基本要求1）、应使学生全面了解软件体系结构的概念。
2）、使学生对软件体系结构有比较深入的了解，掌握软件体系结构的思想，了解软件体系结构的设计过程。
3）、使学生在了解软件体系结构的基础上，能用之于软件开发的实践过动中去。
2．通过学习本课程应具备以下能力培养学生成为一名合格的软件分析师或软件工程师，并为其在该领域进一步深造打下坚实的基础。
三、课程教学内容第一章软件体系结构概论重点：了解软件危机的概念、产生以及表现。
5 软件无线电的硬件和软件体系结构
第1部分：硬件体系结构
1. 综述 2. 硬件体系结构 3. 数字信号处理器
综述(1)
软件无线电体系结构是实现软件无 线电概念的具体设计结构，包括硬 件、软件和接口协议等部分，是软 件无线电技术的核心 软件无线电体系结构具有开放性， 在硬件不变的情况下，通过改变软 件即可改变设备的性能和功能，处 理模块可更换和增减数量，以实现 低成本的升级
信号处理器处理能力的度量
时钟频率
时钟频率越高，运算速度就越快
指令执行速度
以一条指令的执行时间(ns)或每秒钟执行的指令数目来度量(MIPS)
操作执行速度
以每秒钟进行的操作数目来度量 操作可分为定点和浮点，其单位有MOPS，MFLOPS和BOPS
乘法运算（MAC）执行速度
以一次乘法运算的时间(ns)或每秒钟执行的乘加运算数目来度量 (MMACS)
实际中通常选用标准化总线，如PCI或VME 该方案是实现软件无线电的一种折中方案， 也是首选方案
交换式结构(1)
采用适配器和交换网络来为各功能模块提供统一的 数据通信服务，这种体系遵循相同的通信接口和协 议，各模块间的耦合性很弱
交换式结构(2)
优点
可方便地实现数据的广播和多播 效率高、带宽宽和通用性好 吞吐量和实时性能较好，适用于多种无线通信系统
数据格式：定点和浮点
一般批量产品选用定点DSP，编程和算法设计人员通过分 析或仿真来确定所需的动态范围和精度 对浮点DSP，设计工程师无需关心其动态范围和精度一类 的问题 浮点DSP比定点DSP更容易编程，但成本和功耗较高
数据宽度：代表DSP芯片的运算精度
通常精度越高，则尺寸越大，管脚越多，存储器要求也 越大，成本也会相应增大，在满足设计要求时，应尽量 选用小字长的DSP 指令字和数据字的宽度可以一样，也可以不一样
(完整版)《软件设计与体系结构》教学大纲-2014-2月版
《软件设计与体系结构》教学大纲一、课程基本信息二、课程目的和任务软件体系结构是根植于软件工程发展起来的一门新兴学科，目前已经成为软件工程研究和实践的主要领域。
专门和广泛地研究软件体系结构是从20世纪90年代才开始的，1993-1995年之间，卡耐基梅隆大学的Mary Shaw与David Garlan，贝尔实验室的Perry,南加州大学的Barry Boehm，斯坦福大学的David Luckham等人开始将注意力投向软件体系结构的研究和学科建设。
三、本课程与其它课程的关系。
体系结构在软件开发中为不同的人员提供了共同交流的语言，体现并尝试了系统早期的设计决策，并作为系统设计的抽象，为实现框架和构件的共享和重用、基于体系结构的软件开发提供了有力的支持。
鉴于体系结构的重要性，Dewayne Perry将软件体系结构视为软件开发中第一类重要的设计对象，Barry Boehm也明确指出：“在没有设计出体系结构及其规则时，整个项目不能继续下去，而且体系结构应该看做是软件开发中可交付的中间产品”。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配第一章软件体系结构概论1．1 从软件危机谈起1．1．1 软件危机的表现1．1．2 软件危机的原因1．1．3 如何克服软件危机1．2 构件与软件重用1．2．1 构件模型及实现1．2．2构件获取1．2．3 构件管理1．2．4构件重用1．2．5 软件重用实例1．3 软件体系结构的兴起和发展1．3．1 软件体系结构的定义1．3．2 软件体系结构的意义1．3．3 软件体系结构的发展史1．4 软件体系结构的应用现状第二章软件体系结构建模2．1 软件体系结构建模概述2．2 "4+1"视图模型2．2．1 逻辑视图2．2．2 开发视图2．2．3 进程视图2．2．4 物理视图2．2．5 场景2．3 软件体系结构的核心模型2．4 软件体系结构的生命周期模型2．5 软件体系结构抽象模型2．5．1 构件2．5．2 连接件2．5．3 软件体系结构2．5．4 软件体系结构关系2．5．5 软件体系结构范式第三章软件体系结构风格3．1 软件体系结构风格概述3．2 经典软件体系结构风格3．2．1 管道和过滤器3．2．2 数据抽象和面向对象组织3．2．3 基于事件的隐式调用3．2．4 分层系统3．2．5 仓库系统及知识库3．2．6 C2风格3．3 客户朋艮务器风格3．4 三层C／S结构风格3．4．1 三层C／S结构的概念3．4．2 三层C／S结构应用实例3．4．3 三层C／S结构的优点3．5 浏览器朋艮务器风格3．6 公共对象请求代理体系结构3．7 正交软件体系结构3．7．1 正交软件体系结构的概念3．7．2 正交软件体系结构的实例3．7．3 正交软件体系结构的优点3．8 基于层次消息总线的体系结构风格3．8．1 构件模型3．8．2 构件接口3．8．3 消息总线3．8．4 构件静态结构3．8．5 构件动态行为3．8．6 运行时刻的系统演化3．9 异构结构风格3．9．1 为什么要使用异构结构3．9．2 异构结构的实例3．9．3 异构组合匹配问题3．10 连系统构成的系统及其体系结构3．10．1 连系统构成的系统3．10．2 基于SASIS的软件过程3．10．3 应用范围3．11 特定领域软件体系结构。
2024年学习笔记信息系统项目管理师(第四版)第五章-信息系统工程
第五章-信息系统⼯程1-软件⼯程1.1-架构设计1.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，由构件的描述，构件的相互作用（连接体）、指导构件集成的模式以及这些模式的约束组成。
2.软件架构主要研究内容涉及软件架构描述、软件架构风格。
软件架构评估和软件架构的形式化方法等。
3.研究软件架构的根本目的是解决好软件的复用、质量和维护问题。
4.软件架构设计的一个核心问题是能否达到架构级的软件复用，也就是说，能否在不同的系统中使用同一个架构软件。
软件架构风格是描述某一个特定应用领域找那个系统组织方式的惯用模式。
5.通用软件架构：数据流风格、调用/返回风格、独立构件风格、虚拟机风格和仓库风格。
6.数据流风格：包括批处理序列和管道/过滤器两种风格。
7.调用/返回风格包括主程序/子程序、数据抽象和面向对象，以及层次结构。
8.独立构件风格包括进程通信和事件驱动的系统9.虚拟机⻛格包括解释器和基于规则的系统。
10.仓库⻛格包括数据库系统、⿊板系统和超⽂本系统。
11.在架构评估过程中，评估⼈员所关注的是系统的质量属性。
1.2-需求分析1.虚拟机⻛格包括解释器和基于规则的系统。
需求是多层次的，包括业务需求、⽤户需求和系统需求，这三个不同层次从⽬标到具体，从整体到局部，从概念到细节。
2.业务需求：指反映企业或客户对系统⾼层次的⼀个⽬标追求，通常来⾃项⽬投资⼈、购买产品的客户、客户单位的管理⼈员、市场营销部⻔或产品策划部⻔等。
3.⽤户需求：描述的是⽤户的具体⽬标，或者⽤户要求系统能完成的任务，⽤户需求描述了⽤户能让系统来做什么。
4.系统需求：是指从系统的⻆度来说明软件的需求，包括功能需求，⾮功能需求和设计约束。
5.质量功能部署QFD是⼀种将⽤户要求转化成软件需求的技术，其⽬的是最⼤限度地提升软件⼯程过程中⽤户的满意度。
为了达到这个⽬标，QFD将需求分为三类，分别是常规需求、期望需求和意外需求。
6.需求过程主要包括需求获取、需求分析、需求规格说明书编制、需求验证与确认等。
软件设计体系结构课程设计
软件设计体系结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解软件设计体系结构的基本概念，掌握常见的设计模式及其应用场景；2. 掌握软件体系结构的分类，了解每种体系结构的特点和优缺点；3. 学习软件设计原则，如模块化、组件化、分层等，并能运用到实际项目中。
技能目标：1. 能够运用设计模式解决实际软件开发中的问题，提高代码的可维护性和可扩展性；2. 能够根据项目需求选择合适的软件体系结构，并进行合理的模块划分和组件设计；3. 能够使用相关工具和技术进行软件体系结构的建模和文档编写。
情感态度价值观目标：1. 培养学生主动探究、合作学习的精神，提高解决复杂问题的能力；2. 增强学生的团队协作意识，培养良好的沟通能力和合作精神；3. 使学生认识到软件设计体系结构在软件开发中的重要性，提高对软件工程规范的认识和遵循度。
课程性质：本课程为软件工程专业核心课程，旨在培养学生软件设计体系结构方面的理论知识和实际应用能力。
学生特点：学生已具备一定的编程基础和软件工程知识，具有一定的分析问题和解决问题的能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，采用理论教学与实践教学相结合的方式，注重培养学生的实际操作能力和创新意识。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际项目中，提高软件开发的整体水平。
二、教学内容1. 软件体系结构基本概念：包括软件体系结构的定义、作用、分类及其发展趋势；- 教材章节：第1章 软件体系结构概述- 内容列举：软件体系结构的定义、分类、发展历程、研究现状。
2. 常见软件体系结构风格：介绍客户端-服务器、浏览器-服务器、分层、组件化等体系结构风格；- 教材章节：第2章 软件体系结构风格- 内容列举：C/S、B/S、分层、组件化、微服务、事件驱动等体系结构风格及其应用场景。
3. 设计模式：讲解创建型、结构型、行为型设计模式及其应用；- 教材章节：第3章 设计模式- 内容列举：单例、工厂、抽象工厂、建造者、原型等创建型设计模式；适配器、桥接、组合、装饰等结构型设计模式；观察者、策略、状态、命令等行为型设计模式。
软件体系结构简答题
软件体系结构简答题1. 软件体系结构的概念是什么？软件体系结构是指将一个复杂的软件系统分解为不同的模块，并通过特定的模块间交互关系组织和安排这些模块，以达成系统的功能要求和质量要求。
软件体系结构不仅包括软件组件及其之间的连接方式，还包括软件架构的属性、约束和质量属性等。
2. 为什么需要软件体系结构？软件体系结构的存在可以帮助开发者更好地理解和掌握整个软件项目的组成和相互关系，并在开发、测试、维护和升级过程中有效地管理和调整软件系统。
通过软件体系结构可以减少开发过程的风险和不确定性，提高开发效率，减少维护成本和糟糕设计的情况。
3. 软件体系结构与软件架构的关系是什么？软件体系结构和软件架构有着紧密的联系。
软件架构是软件体系结构中的一个重要组成部分，它是软件系统最基本的抽象和模板，同时也是系统的基本结构和关键决策的基础。
软件架构涉及到多个维度，包括软件模块、组件、数据流、控制流及一些基础结构等，它会贯穿整个软件项目的生命周期。
4. 可以列举几种常见的软件体系结构？常见的软件体系结构可以分为以下几类：•客户端/服务器架构：是一种分布式计算模型，通过发挥客户端和服务器之间的不同作用，对网络、计算和存储资源进行分布式管理。
•三层架构：是软件系统最常见的架构之一，包括数据层、业务逻辑层和用户界面层，各层之间通过明确的接口进行交互。
•MVC架构：是一种基于其模型-视图-控制器设计模式构建的架构，并通过相互分离的三个基本部分实现功能的分层和协调。
•微服务架构：是一种服务化的软件架构，通过松散耦合的方式供应小而独立的功能块，以更好地支持大型、复杂软件项目中的快速迭代和更高的可扩展性。
•分布式系统架构：是远程计算机通过网络通信进行协作的系统架构，由不同的计算机与软件资源进行共享，以实现更高的可用性和资源利用率。
5. 软件体系结构设计的一般原则有哪些？软件体系结构设计的一般原则包括：•分离关注点原则：将软件系统划分为不同的模块，以避免功能的交叉复杂性，降低设计和实现的复杂度。
软件结构体系课程设计
软件结构体系课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解软件结构体系的基本概念，掌握软件系统的分层模型；2. 学会运用常见的设计模式进行软件结构设计；3. 掌握软件架构的评价标准和优化方法。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计出结构清晰、可扩展性强的软件体系结构；2. 培养分析问题、解决问题的能力，能够针对特定需求给出合理的软件架构设计方案；3. 提高团队协作能力，通过小组讨论和分工合作，共同完成课程设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养对软件结构体系设计的兴趣，激发学生主动探索和研究的精神；2. 培养学生的责任心，使其认识到软件结构设计在软件开发中的重要性；3. 培养良好的学习习惯，注重理论与实践相结合，提高学生的学习效果。
课程性质分析：本课程为计算机科学与技术专业课程，旨在让学生掌握软件结构体系的基本知识和设计方法，培养学生具备较高的软件架构设计能力。
学生特点分析：学生处于大学本科阶段，具有一定的编程基础和软件工程知识，具备一定的自主学习能力，但实际操作能力和团队协作能力有待提高。
教学要求：1. 结合实际案例，深入浅出地讲解软件结构体系的基本概念和设计方法；2. 强化实践环节，让学生在实际操作中掌握软件架构设计技能；3. 注重培养学生的团队协作能力和沟通能力，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 软件结构体系基本概念：包括软件架构的定义、作用、分类及发展趋势；教材章节：第1章 软件结构体系概述2. 软件架构设计模式：讲解常用的设计模式，如MVC、分层架构、微服务等；教材章节：第2章 软件架构设计模式3. 软件架构分层模型：介绍三层架构、N层架构等分层模型，以及各层的功能与特点；教材章节：第3章 软件架构分层模型4. 软件架构评价与优化：阐述软件架构的评价标准，如性能、可扩展性、可维护性等，并介绍优化方法；教材章节：第4章 软件架构评价与优化5. 实践环节：结合实际项目案例，指导学生进行软件架构设计，培养学生的实际操作能力；教材章节：第5章 软件架构设计实践6. 课程项目：分组进行课程项目设计，要求学生运用所学知识，完成一个具有实际意义的软件架构设计；教材章节：第6章 课程项目与实践教学进度安排：1. 第1-2周：软件结构体系基本概念、设计模式；2. 第3-4周：软件架构分层模型；3. 第5-6周：软件架构评价与优化；4. 第7-8周：实践环节；5. 第9-10周：课程项目设计与实施；6. 第11-12周：课程总结与展示。
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Main Class (main.cpp)
部署图举例
UML的五种视图
用例视图:展示了外部行为者所观察到的系统将提交的功能,用 用例图或活动图描述用例，针对客户、分析者、设计者、编 程者和测试者 逻辑视图:展示系统内部如何提供系统的功能,针对分析者、设 计者和编程者。不仅描述系统的静态结构(类图和对象图),还 可描述对象之间的动态协作关系(状态图/活动图,时序图/协作 图) 构件视图:展示了构件的组织,描述了实现模块和他们之间的依 赖关系,针对开发者(构件图) 并发视图:展示了系统的并发性,针对开发者和系统集成者,用 动态图描述 部署视图:展示了系统的物理部署,针对开发者,集成者和测试 者,用部署图描述
UML结构图
UML
事物
关系
图
结构 事物
行为 事物 状 态 机
分组 事物
辅助 事物
关联 关系
聚集 关系
泛化 关系
依赖 关系
静态 图
动态 图
交 互
包
注 释
共享 聚集
组合 聚集
用 对 构 部 类 例 象 件 署 图 图 图 图 图 顺 协 状 活 序 作 态 动 图 图 图 图
用 例
接 类 口
协 作
活 动
连接件是负责完成构件间信息交换和行为联系的专用构件
软件体系结构建模的三个层次
图形化模型：SA模型的多视图表示，从不同的视角描述特定 系统的体系结构，从而得到多个视图，并将这些视图组织起来 以描述整体的SA模型
形式化模型：SA描述语言(ADL)，在SA基本概念的基础上， 选取适当的形式化或半形式化的方法来描述一个特定体系结构
过程模型
过程模型研究构造系统的步骤和过程 结构是遵循某些过程脚本的结果
功能模型
功能模型认为体系结构是由一组功能构件按层次组成，下 层向上层提供服务 功能模型可以看作是一种特殊的框架模型
软件体系结构的核心模型
软件体系结构
接口
1 * 服务构件** 配置连接件角色
拓扑
约束
性能
软件体系结构的核心模型-构件
是
体系结构求精的验证
体系结构求精
是
主要内容
软件体系结构建模概况
利用UML描述软件体系结构
利用“4+1”模型描述软件体系结构
回顾UML
UML用若干个不同的视图完整描述所建造的系统，每个视图 （View）是由若干幅图(diagram)组成的一种抽象,而每一幅 图又有若干个模型元素组成
关于图(diagram)的说明
描述每个用例的活动
用例图
对体系结构建模， 确定包和类及类之间关系
活动图
类图
细 化
对象图
自动生成
状态图
时序图
协作图
构件图
部署图
类之间的几种关系
关联（Association）是类之间的连接，即与该关联连接的 类的对象之间的语义连接，称为链（link） 常规关联，比如公司和员工的关联，关联的重数默认为1 多重关联：两个以上的类之间互相关联，如程序员用某种 程序语言开发了某个项目
模型元素表示图中的概念，如类(class)、对象(object)、用例 (use-case)、结点（node）、接口（interface）、包 （package）、注解（note）、构件（component）等 用于表示模型元素之间相互连接的关系也是模型元素，如关 联（Association）、泛化（generalization）、依赖 （dependency）、聚集（aggregation）等
类之间的几种关系
泛化/特殊化（Generalization/Specialization）：是一种 “一般-特殊关系” ，特殊类和一般类之间的关系是“is a” 的关系，比如汽车和交通工具 交叠（overlapping）泛化：存在某种具有公共父类的多 重继承 不交（disjoint）泛化：是一种默认的泛化关系，具有公 共父类的子类不能特化出公共的子类 完全（complete）泛化：可特化出所有的子类 不完全（incomplete）泛化：默认泛化类型
文档化模型：SA文档化 ，记录和整理软件体系结构设计方案 的各类细节
软件体系结构的生命周期模型
体系结构的非 形式化描述 体系结构的终结 体系结构的 性质分析 体系结构的 规范描述 体系结构的形式化 基础（数学模型）
体系结构提供、 评价和度量
否
需要演化 或扩展否
否 体系结构实施
需要求精 否
体系结构演化
类之间的几种关系
依赖和细化 依赖：一个类的实现依靠另一个类 细化：对同一个事物在不同抽象级别上的两种描述之间的 关系，细化用来协调不同阶段模型之间的关系 约束和派生 约束：定义属性的取值范围，当一个关联是另一个关联的 子集时，它们建立了约束 派生：事物被导出的规则，如年龄可通过当前日期和出生 日期派生出来
类之间的几种关系
聚合（Aggregation）:是一种整体/部分层次关系，一个聚 合对象包括（拥有）其他对象，每个被包括的对象被认为是 聚合对象的一部分，聚集可以看作关联的特例 组合聚合（Composition）：“整体”拥有它的“部 分”,“部分”生存在整体中,它们与整体一起消亡,整体的 重数必须是0或1 共享聚合（shared aggregation）：“部分”对象可以 是任意“整体”对象的一部分,如果整体的重数不是1,这种 聚集是共享的
软件体系结构建模
哈尔滨工业大学计算机学院 唐好选 Email:tanghx@
主要内容
软件体系结构建模概况
利用UML描述软件体系结构
利用“4+1”模型描述软件体系结构
软件体系结构建模的种类
结构模型 框架模型
动态模型
过程模型 功能模型
结构模型
结构模型方法是最直观、最普遍的软件体系结构建模方法。 这种方法以体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结构， 并力图通过结构来反映系统的重要语义内容，包括系统的配 置、约束、隐含的假设条件、风格、性质等。 研究结构模型的核心是体系结构描述语言
组 件
节 点
类 属性 操作
对象 属性 操作 状态
用例
结点
包 共享 聚集 组合 聚集
注解
构件
依赖 泛化 细化
接口 关联
关于图(diagram)的说明
静态图 (Static Diagram) 用例图(use-case diagram):展示了各种外部行为者与系 统所提供的用例之间的连接. 类图(class diagram):描述系统中类的静态结构,即类与类 之间的相互联系 对象图(object diagram):是类图的实例,展示了系统在某 一时间点上的一个快照 构件图(component diagram):描述实现系统的元素组织 部署图(deployment diagram):描述系统环境元素的配置, 即系统中软件和硬件的物理结构
关于图(diagram)的说明
动态图 (Dynamic Diagram) 时序图(sequence diagram):按时间顺序描述系统元素间 交互 协作图(collaboration diagram):说明消息的交互,显示对 象及对象之间的关系 状态图(state diagram):说明类的对象的所有可能的状态 以及哪些事件将导致状态的改变 活动图(activity diagram):展示了连续的活动流,通常用来 描述完成一个操作所需要的活动
类图和对象图举例
L1：Line X1=10
Y1=10
X2=-10 Y2=-10
L2：Line X1=-10 Y1=10
P1：Point X=0 Y=0
Line X1:real Y1:real X2:real Y2:real
Point
X2=10
Y2=10
2..* 相交
0..*
X:real Y:real
arrived go up(floor)
On First floor
arrived
go up(floor)
Moving to First floor
Moving Down moving to floor
arrived
Idle timer=0 do/increase timer
[timer=time-out]
{local}nextjob
1.2 :Create()
1:GetElevator(floorid) Push()
job
:Button
控制电梯运行的协作图
顺序图举例
EC应用 MAS服务器 IAGW-A IAGW-M 终端用户
短信发送请求 短信发送请求 提交鉴权 鉴权结果 短信下发 状态报告 记录消息 状态 返回状态报告
go down(floor)
协作图举例
2:nextjob=GetJob() 1.1*[all quenes]:len=Length() {Broadcast} 1.3:Invoke(job)
:Quene
{parameter}job :Order {new}
:Elevator
:Elevator control
用例图举例
设置边界 交易经理 风险分析 交易估计 交易人员 进行交易
《extend》
更新账目 《use》 记账系统 《use》 评价
销售员
超越边界
一个贸易系统的用例
类和对象建模
类和对象模型描述了系统的静态结构,在UML中用类图 和对象图来表示 基本步骤 确定类:寻找类,定义属性,定义操作 画出类图和对象图
构件图举例
GasNet (GasNet.cpp) GasNet (gasnet.obj) SuperMap (SuperTopo.ocx)
WaterNet (waternet.cpp) WaterNet (Water.obj) HeatNet (HeatNet.exe) MainClass (main.obj)