软件架构设计方法理论

1. 软件架构概述

1.1 什么是软件架构

◎软件架构的概念很混乱。如果你问五个不同的人，可能会得到五种不同的答案。

◎软件架构概念主要分为两大流派：

组成派：软件架构 = 组件 + 交互。

决策派：软件架构 = 重要决策集。

◎组成派和决策派的概念相辅相成。

1.2 软件架构和子系统、框架之间的关系

◎复杂性是层次化的。

◎好的架构设计必须把变化点错落有致地封装到软件系统的不同部分(即关注点分离)。

通过关注点分离，达到“系统中的一部分发生了变化，不会影响其他部分”的目标。

◎软件单元的粒度：

* 粒度最小的单元通常是“类”。

* 几个类紧密协作形成“模块”。

* 完成相对独立的功能的多个模块构成了“子系统”。

* 多个子系统相互配合才能满足一个完整应用的需求，从而构成了软件“系统”。

* 一个大型企业往往使用多套系统，多套系统通过互操作形成“集成系统”。

◎软件单元的粒度是相对的。同一个软件单元，在不同场景下我们会以不同的粒度看待它。◎架构(Architecture)不等于框架(Framework)。

框架只是一种特殊的软件，框架也有架构。

◎可以通过架构框架化达到“架构重用”的目的，如很多人都在用 Spring 框架提供的控制反转和依赖注入来构建自己的架构。

1.3 软件架构的作用

◎如果一个项目的系统架构(包括理论基础)尚未确定，就不应该进行此系统的全面开发。 -- Barry Boehm,《Engineering Context》

◎一个缺陷充斥的系统，将始终是一个缺陷充斥的系统。

-- Timothy C. Lethbridge,《面向对象软件工程》

◎软件架构设计为什么这么难？

因为它是跨越现实世界与计算机世界之间鸿沟的一座桥。

软件架构设计要完成从面向业务到面向技术的转换，在鸿沟上架起一座桥梁。

需求 -> 架构设计 -> 软件架构 -> 系统开发 -> 软件系统

~~~~~~~~ ~~~~~~~~

◎软件架构对新产品开发的作用：

* 上承业务目标。

* 下接技术决策。

* 控制复杂性。

先进行架构设计，后进行详细设计和编码实现，符合“基于问题深度分而治之”的理念。 * 组织开发。

软件架构方案在小组中间扮演了“桥梁”和“合作契约”的作用。

* 利于迭代开发和增量交付。

以架构为中心进行开发，为增量交付提供了良好的基础。在架构经过验证之后，可以

专注于功能的增量提交。

* 提高质量。

◎软件架构对软件产品线开发的作用：

* 固化核心知识；

* 提供可重用资产；

* 缩短推出产品的周期；

* 降低开发和维护成本；

* 提高产品质量；

* 支持批量定制。

◎软件产品线：指具有一组可管理的、公共特性的、软件密集性系统的集合，这些系统满足特定的市场需求或任务需求，并且按照预定义方式从一个公共的核心资产集开发得到。

软件产品线架构：针对一个公司或组织内的一系列产品而设计的通用架构。

2. 软件架构设计方法

2.1 软件架构为谁而设计

◎架构师应当为项目相关的不同角色而设计：

* 架构师要为客户负责，满足他们的业务目标和约束条件。

* 架构师要为用户负责，满足他们关心的功能需求和运行期质量属性。

* 架构师必须顾及处于协作分工“下游”的开发人员。

* 架构师必须考虑“周边”的管理人员，为他们进行分工管理、协调控制和评估监控等工作提供清晰的基础。

2.2 五视图法

◎什么是软件架构视图？

软件架构视图是对于从某一视角看到的系统所作的简化描述，描述中涵盖了系统的某一

特定方面，而省略了与此无关的其他方面。

◎软件架构要涵盖的内容和决策太多了，超过了人脑“一蹴而就”的能力范围，因此宜采用“分而治之”的办法。即通过不同的视图来描述架构。

◎软件架构的五视图法：

* 逻辑架构

逻辑架构关注功能。其设计着重考虑功能需求。

* 开发架构

开发架构关注程序包。其设计着重考虑开发期质量属性，如可扩展性、可重用性、

可移植性、易理解性和易测试性等。

* 运行架构

运行架构关注进程、线程、对象等运行时概念，以及相关的并发、同步、通信等问题。

其设计着重考虑运行期质量属性，例如性能、可伸缩性、持续可用性和安全性等。

* 物理架构

物理架构关注软件系统最终如何安装或部署到物理机器。其设计着重考虑“安装和

部署需求”。

* 数据架构

数据架构关注持久化数据的存储方案。其设计着重考虑“数据需求”。

2.3 从概念性架构到实际架构

◎少就是多 (Less is more.)。 -- 密斯·凡德罗

◎概念性架构是对系统设计的最初构想。

◎一般来说，实际的软件架构设计过程是，先进行概念性架构的设计，把最关键的设计要素和交互机制确定下来，然后再考虑具体技术的运用，设计出实际架构。

2.4 架构设计中的关键要素及解决策略

◎策略是制胜的关键。

-- 张明正，《挡不住的趋势》

◎最好的软件开发人员都知道一个秘密：美的东西比丑的东西创建起来更廉价，也更快捷。 -- Robert C. Martin, 《软件之美》

◎时间就是系统架构的生命。

-- Philippe Kruchten

◎方法产生于恐惧。

◎面对时间紧迫的压力，我们有理由质疑那种不顾时间花销、一味追求软件架构高质量的做法。软件架构是软件系统质量的核心，必须足够重视，但在不适当的时候“用时间换完美”会毁掉整个项目。

◎架构设计并非“好的就是成功的”，而是“适合的才是成功的”。

◎软件架构设计中的关键要素及解决策略：

关键要素策略

------------------------------------ -----------------

1. 是否遗漏了至关重要的非功能需求？全面认识需求。

2. 能否驯服数量巨大且频繁变化的需求？关键需求决定架构。

3. 能否从容地设计软件架构的不同方面？多视图探寻架构。

4. 是否及早验证架构方案并作出了调整？及早验证架构。

2.5 软件架构要设计到什么程度

◎软件系统的架构涵盖了整个系统，尽管架构的有些部分可能只有“一寸深”。

-- Ivar Jacobson, 《统一软件开发过程之路》

◎软件架构是团队开发的基础。

◎软件架构要设计到什么程度？

* 由于项目的不同、开发团队情况的不同，软件架构的设计程度会有不同。

* 软件架构应当为开发人员提供足够的指导和限制。

◎高来高去式架构设计的症状：

* 缺失重要架构视图。

遗漏了某些重要视图，从而遗漏了对团队某些角色的指导。

* 浅尝辄止、不够深入。

将重大技术风险遗留到后续开发中。

* 名不副实的分层架构。