(完整版)構(gòu)建模式

1、一個設(shè)計良好的通用模式往往是這個工程領(lǐng)域技術(shù)成熟的標志。1、管道過濾模式1）概述：每個功能模塊都有一組輸入和輸出；功能模塊對輸入數(shù)據(jù)流進行增量計算得到輸 出數(shù)據(jù)流。功能模塊稱作過濾器 filter ； 功能模塊間的連接可看作輸入、輸出數(shù)據(jù)流之間的通路，稱作管道。2）特征：過濾器的相對獨立性， 即過濾器獨立完成自身功能， 相互之間無需進行狀態(tài)交互。 整個管道過濾網(wǎng)絡(luò)的最終輸出和網(wǎng)絡(luò)中各過濾器執(zhí)行操作的順序無關(guān)。3）優(yōu)點：（1）設(shè)計者可以將整個系統(tǒng)的輸入、輸出特性簡單的理解為各個過濾器功能的合成；（2）管道過濾模式支持功能模塊的復(fù)用；（3）管道過濾模式的系統(tǒng)具有較強的可維護性和可擴展性；（4）支持

2、一些特定的分析，如吞吐量計算和死鎖檢測等；（5）管道過濾模式具有并發(fā)性。4）不足：（1）管道過濾模式往往導(dǎo)致系統(tǒng)處理過程的成批操作；（2）設(shè)計者也許不得不花費精力協(xié)調(diào)兩個相對獨立但又存在某種關(guān)系的數(shù)據(jù)流；（3）根據(jù)實際設(shè)計的要求，設(shè)計者也需要對數(shù)據(jù)傳輸進行特定的處理，導(dǎo)致過濾器必須 對輸入、輸出管道中的數(shù)據(jù)流進行解析或反解析，增加了過濾器具體實現(xiàn)的復(fù)雜性。5）管道過濾模式的實例：數(shù)字通信系統(tǒng)2、面向?qū)ο竽Ｊ?）概述：面向?qū)ο竽Ｊ郊瘮?shù)據(jù)抽象、類繼承為一體，使軟件工程公認的模塊化、信息隱藏、 抽象、重用性等原則在面向?qū)ο竽Ｊ较碌靡猿浞煮w現(xiàn)。追求問題空間和軟件系統(tǒng)空間的一致性?；诿嫦?qū)ο竽Ｊ綐?gòu)建系

3、統(tǒng)， 首先要確定求解問題中有哪些對象， 構(gòu)造適當?shù)念愐苑从掣鞣N 不同的對象，通過對象間傳遞消息和類的繼承機制，協(xié)同完成對問題的求解。2）優(yōu)點：（1）高度模塊性；（2）封裝功能；（ 3）代碼共享；（4）靈活性；（5）易維護性；（6）可擴充性。3）不足：在于如果一個對象需要調(diào)用另一個對象，它就必須知道那個對象的標識（對象名 或其它標識符） ，這樣就無形之中增強了對象之間的依賴關(guān)系。4）實例ODS 開放式分布系統(tǒng) Open Distributed System構(gòu)件： 是一個封裝了設(shè)計和實現(xiàn)的功能單元， 它向外界提供接口， 多個構(gòu)件接口互連可以形 成一個完整的系統(tǒng)。構(gòu)件的優(yōu)點在于針對接口設(shè)計、 提供標

4、準的技術(shù)服務(wù)框架、 實現(xiàn)語言和構(gòu)件位置透明以及基 于屬性和事件的良好復(fù)合性。CBA 方法（ Component-Based Analysis ）中 3 個基本的建模概念：（ 1）協(xié)作（ Collaboration ）：根據(jù)構(gòu)件所承擔的不同角色，協(xié)作定義了一組構(gòu)件之間的動作： ction 集合。(2) 類型(Type):通過描述一個構(gòu)件的外部可視行為來定義構(gòu)件在系統(tǒng)中所承擔的功能。(3) 細化(Refinement):體現(xiàn)了對同一事務(wù)的不同描述之間的關(guān)系，抽象Abstraction描 述為基礎(chǔ)，實現(xiàn) Realization 描述可以看作抽象描述的具體的形式。ODS 系統(tǒng)中構(gòu)件、連接器和配置的模型

5、：(1) 構(gòu)件(Compo nent):是描述開放分布式系統(tǒng)的基本元素：接口In terface、類型Type、 語義 Semantics、約束條件 Constraint、進化 Evolution、非功能性屬性 Nonfunctional Property。(2) 連接器(Connector):用來分析構(gòu)件之間的交互模型、定義交互規(guī)則。 連接器不一定是開放分布式系統(tǒng)中的一個可編輯單元，可以表現(xiàn)為共享變量、表入口指針、 緩沖區(qū)、動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、一系列工程調(diào)用、初始化參數(shù)、通信協(xié)議、管道等多種形式。 對連接器的描述可從 5方面展開 接口、類型、語義、約束條件、進化。(3) 配置(Configurat

6、ion ):也稱為拓撲(Topology )，是構(gòu)件和連接器交互組成的體系結(jié) 構(gòu)圖。配置可用來判斷 4個問題：構(gòu)件連接是否合適；接口是否匹配；連接器是否正常； 構(gòu)件連接 的語義是否符合設(shè)計要求。配置有 8 點特征：易理解性、復(fù)合性、細化和可描繪性、異構(gòu)性、可擴充性、進化性、動態(tài) 性、約束條件。5) 構(gòu)件的描述方法UML ( Unified Modeling Language )統(tǒng)一建模語言ADLs ( Architecture Description Languages )體系結(jié)構(gòu)描述語言利用 UML 和 ADLs 可以對 ODS 系統(tǒng)中的構(gòu)件及其相互之間的通信關(guān)系進行描述，利用，GUI 體系

7、結(jié)構(gòu)框架自動生成工具，可完成下述幾點功能：(1)生成構(gòu)件模型，包括構(gòu)件的屬性、接口和實現(xiàn)；( 2)建立連接器模型，包括協(xié)議、屬性和實現(xiàn)；( 3)體系結(jié)構(gòu)的抽象和封裝；( 4)類型和類型檢查；( 5)主動規(guī)范，提供設(shè)計向?qū)В? 6)多視圖模式，對不同層次的用戶顯示不同的內(nèi)容；( 7)生成實現(xiàn)，如將構(gòu)件對應(yīng)為面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的類；( 8 )將系統(tǒng)的修改動態(tài)映射到實現(xiàn)。6) 具有自適應(yīng)穩(wěn)定性的連接器模型包括：(1)連接器中的通信協(xié)議棧； 連接器中的通信協(xié)議棧由一組功能各異的通信協(xié)議疊加而成，其中每個協(xié)議負責構(gòu)件之間交互信息的一部分功能，這些功能的有機合成就實現(xiàn)了構(gòu)件之間的可靠通信。EJB， DCOM

8、和 CORBA 的構(gòu)件級復(fù)用框架中主要采用了 Java/RMI 和 CORBA/IIOP 等通信 協(xié)議，Internet 采用了 TCP/IP 協(xié)議簇。ODS 系統(tǒng)中的通信協(xié)議棧包括以下幾個基本協(xié)議：構(gòu)件命名和尋址協(xié)議；構(gòu)件通信傳輸協(xié) 議；構(gòu)件通信傳輸控制協(xié)議；構(gòu)件通信管理協(xié)議。( 2)連接器的自適應(yīng)穩(wěn)定算法。二：章二 軟件體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建模式（ 2）三、事件驅(qū)動模式1、事件驅(qū)動模式 事件驅(qū)動系統(tǒng)的基本觀點是一個系統(tǒng)對外部的表現(xiàn)可以從它對事件的處理表征 出來。特點：（1）系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)或元素所組成的一個整體；（2）系統(tǒng)有一定的目標，各子系統(tǒng)在某一種消息機制的控制下，為了這個目 標而協(xié)調(diào)行動；

9、（ 3）在某一種消息機制的控制下，系統(tǒng)作為一個整體與環(huán)境相適應(yīng)和協(xié)調(diào)；（4）在一個系統(tǒng)的若干子系統(tǒng)中，必定有一個子系統(tǒng)起著主導(dǎo)作用，而其它 子系統(tǒng)處于從屬地位；（5）任一系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)的任一元素， 都有一個事件收集機制和一個事件處理 機制，通過這種機制與周圍環(huán)境發(fā)生作用和聯(lián)系。 在基于事件驅(qū)動模式的系統(tǒng)設(shè)計中， 系統(tǒng)的每個子系統(tǒng)在設(shè)計過程中都要考慮其 完整性和相對獨立性， 不絕對依賴于某一子系統(tǒng)， 系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和管理都是通 過消息傳遞和收集來進行的。2、事件驅(qū)動模式系統(tǒng)的設(shè)計原則：（1）從系統(tǒng)論的角度看待描述的對象，合理分解子系統(tǒng)，保證各個子系統(tǒng)的 獨立性和社會性；（ 2）任何子系統(tǒng)都可按有無

10、子系統(tǒng)這一性質(zhì)分：管理系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；（3）為達到系統(tǒng)的目標， 系統(tǒng)內(nèi)的各個子系統(tǒng)通過傳遞消息和執(zhí)行消息來協(xié) 同操作；（4）任何性質(zhì)的子系統(tǒng)都必須有一個事件處理器， 用以處理上級交給的事件；（5）在一個完整系統(tǒng)中，必須有這樣一個子系統(tǒng)，它沒有上級，必須收集系 統(tǒng)外的事件及下級發(fā)出的事件；（6）管理類型的子系統(tǒng)一般不執(zhí)行具體操作， 它的主要功能是按照自己的只 能指揮下級完成任務(wù)，功能性操作一般由執(zhí)行類型的子系統(tǒng)完成；（7）一般情況，除最高管理子系統(tǒng)外，子系統(tǒng)一般是“有問才答”，即使在 必要的情況下需要積極尋找事件時， 也必須征得上級系統(tǒng)的許可， 保證了系統(tǒng)的 控制流不會分散。3、事件驅(qū)動模式的優(yōu)

11、點：（1）事件驅(qū)動模式非常適合于描述系統(tǒng)族，在屬于同一族的任何系統(tǒng)中，系 統(tǒng)的高級管理子系統(tǒng)的描述是完全類似的，便于重用；（2）由于最高管理子系統(tǒng)牢牢的掌握著控制權(quán)， 又因為各同級子系統(tǒng)一般不 直接發(fā)生關(guān)系，因此容易實現(xiàn)并發(fā)處理和多任務(wù)操作；（3）基于事件驅(qū)動模式的系統(tǒng)具有良好的可擴展性， 設(shè)計者只需為某個對象 注冊一個事件處理接口就可以將該對象引入整個系統(tǒng)， 同事并不影響其它的系統(tǒng) 對象；（4）定義了包含執(zhí)行子系統(tǒng)和管理子系統(tǒng)的類層次結(jié)構(gòu)；（5）簡化客戶代碼；（6）使整個系統(tǒng)的設(shè)計更具有一般化。4、事件驅(qū)動模式的不足：（1）構(gòu)件消弱了自身對系統(tǒng)計算的控制能力；（2）事件驅(qū)動模式中存在的另一個

12、問題是數(shù)據(jù)共享；（3）系統(tǒng)中各個對象的邏輯關(guān)系變得更加復(fù)雜。5、事件驅(qū)動模式和面向?qū)ο笾g的關(guān)系：基于事件驅(qū)動模式的系統(tǒng)往往都是面 向?qū)ο蟮摹Ｊ录涌?、事件驅(qū)動模式實例事件驅(qū)動是JavaBean體系結(jié)構(gòu)的核心之一，JavaBean系統(tǒng)通過事件驅(qū)動機制將 一些組件作為事件源，發(fā)出可以被描述環(huán)境或其它組件接收的事件。適配器類是JavaBean事件模型中極其重要的一部分，在一些應(yīng)用場合，事件從 源到監(jiān)聽者之間的傳遞要通過適配類來“轉(zhuǎn)發(fā)”。適配類成為了事件監(jiān)聽者， 事件源實際是把適配類作為監(jiān)聽者注冊到監(jiān)聽者隊列 中，而真正的事件響應(yīng)者并未在監(jiān)聽者隊列中， 事件響應(yīng)者應(yīng)做的動作由適配類 決定。四、分層

13、模式1、分層模式特征 一個分層系統(tǒng)采用層次化的組織方式構(gòu)建，系統(tǒng)中的每一層都要承擔兩個角色。 首先，它要為結(jié)構(gòu)中的上層提供服務(wù)； 其次，它要作為結(jié)構(gòu)中下面層次的客戶，調(diào)用下層提供的功能函數(shù)。 最高層和最低層例外。核心層功能層應(yīng)用層2、分層模式的優(yōu)點：（1）分層模式支持系統(tǒng)設(shè)計過程中的逐級抽象；（2）分層模式的系統(tǒng)具有較好的可擴展性；（3）分層模式支持軟件復(fù)用。3、分層模式的不足：并非所有的系統(tǒng)都適合用分層模式來描述的； 對于抽象出來的功能具體應(yīng)該放在 哪個層次上也是設(shè)計者頭疼的問題。4、實例：在計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中， 采用了分層模式的設(shè)計方法。 ISO/OSI 的七層參考模型章二 軟件體系結(jié)構(gòu)的

14、構(gòu)建模式（ 3）一、知識庫模式1、知識庫模式特征 采用知識庫模式構(gòu)建的系統(tǒng)通常有兩個截然不同的功能構(gòu)件：（1）中央數(shù)據(jù)單元構(gòu)件：代表系統(tǒng)當前的各種狀態(tài)；（2）一些相對獨立的組件的集合：對中央數(shù)據(jù)單元進行操作。 這樣，中央數(shù)據(jù)單元和外部組件集合之間的信息交互就成為基于知識庫模式的系 統(tǒng)中至關(guān)重要的問題。這種信息交互的方式也存在很大差異。 信息交互方式的差異導(dǎo)致了控制策略的不同。 主要的控制策略有兩種。 依據(jù)這兩 種不同的控制策略，基于知識庫模式的系統(tǒng)被分成兩個子類。（1）如系統(tǒng)由輸入數(shù)據(jù)流中的事務(wù)信息來驅(qū)動， 則該系統(tǒng)可以稱為基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫知識庫模式的應(yīng)用系統(tǒng)；（2）如系統(tǒng)由知識庫的當前狀態(tài)來驅(qū)

15、動， 則該系統(tǒng)可稱為基于黑板型知識庫 模式的應(yīng)用系統(tǒng)。2、一個標準的黑板型知識庫模式系統(tǒng)通常包括 3 個組成部分：（1）知識源；（2）中央數(shù)據(jù)單元：是整個系統(tǒng)的核心部件，它對系統(tǒng)需要解決的問題預(yù)先 進行了分析和定義， 總結(jié)出了系統(tǒng)運行過程中將要出現(xiàn)的多種狀態(tài)， 并制定了這 些狀態(tài)下系統(tǒng)的相應(yīng)對策；（3）控制單元：其驅(qū)動完全是由知識庫的狀態(tài)編號承擔的。3、知識庫模式實例：人工智能領(lǐng)域 專家系統(tǒng) ES（ Expert System ） 知識庫正是專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)。專家系統(tǒng) 知識工程：知識獲取、知識表示、知識推理。 專家系統(tǒng)：把某一領(lǐng)域內(nèi)專家的知識和人們長期總結(jié)出來的經(jīng)驗方法輸入其中， 模仿人類專家的

16、思維規(guī)律和處理模式， 按照一定的推理機制和控制策略， 利用計 算機進行演繹和推理， 使專家的經(jīng)驗變成共享資源， 從而可克服專家嚴重短缺的 現(xiàn)象。專家系統(tǒng)的核心內(nèi)容是知識庫和推理機制，主要組成部分是：知識庫、推理機、 工作數(shù)據(jù)庫、用戶界面、解釋程序和知識獲取程序。專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有：人機接口、知識獲取機構(gòu)、知識庫及其管理系統(tǒng)、推理機、 數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、解釋機構(gòu)、ES的通訊方法。二、解釋器模式1、解釋器模式特征： 基于解釋器模式的系統(tǒng)核心在于虛擬機。 一個基于解釋器模式的系統(tǒng)通常包括正在被解釋執(zhí)行的偽碼和解釋引擎。 偽碼由需要被解釋執(zhí)行的源代碼和解釋引擎分析所得的中間代碼組成； 解釋引擎包括語法

17、解釋器和解釋器當前的運行狀態(tài)。一個解釋器模式中就有 4 個基本的構(gòu)成部分：（1）完成解釋工作的解釋引擎；（2）包含偽碼的數(shù)據(jù)存儲區(qū)；（3）記錄引擎當前工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（4）記錄源代碼被解釋執(zhí)行的進度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2、解釋器模式實例 解釋器模式在模式匹配系統(tǒng)和語言編譯器等方面的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟了。（1）布爾表達式求值系統(tǒng) 以語法搜索匹配作為布爾表達式求值的理論基礎(chǔ)， 從語法匹配的角度來分析和解 決布爾表達式求值問題。如果一個特定語法的匹配問題發(fā)生的頻率足夠高， 那么就有必要將該語法的各個 實例表述為一種語言的句子， 這樣就可以構(gòu)建一個解釋器， 該解釋器通過解釋這 些句子來解決該語法的匹配問題。

18、正則表達式是描述字符串模式的標準語言， 與其為每一個模式都構(gòu)造一個特定的 算法，不如用一種通用的搜索算法來解釋執(zhí)行一個正則表達式， 該正則表達式定 義了待匹配字符串的集合。正則表達式的解釋執(zhí)行結(jié)果就是布爾表達式的最終計算值。本實例的內(nèi)容可概括為如何為正則表達式定義一個布爾表達式， 如何表示一個特 定的布爾正則表達式，以及如何解釋這個正則表達式，得出布爾表達式的結(jié)果。 由如下文法定義布爾正則表達式：BooleanExpression:=VariableExpression | Constant | OrExpression |AndExpression | NotExpression | (Bo

19、oleanExpression )AndExpression:=BooleanExpression and BooleanExpressionOrExpression:=BooleanExpression or BooleanExpressionNotExpression:=not BooleanExpressionConstant:= true | falseVariableExpression:=A|B.Y|Z(2) 布爾表達式求值系統(tǒng)的優(yōu)缺點： 在文法規(guī)則比較簡單的情況下，解釋器模式工作得很好，但如果文法規(guī)則復(fù)雜， 則文法的層次變得龐大而無法管理，系統(tǒng)中需要包含許多表示文法規(guī)則的類。 最

20、高效的解釋器通常不是通過直接解釋語法分析樹實現(xiàn)的， 而是首先將它們轉(zhuǎn)換 成另一種形式。例如：正則表達式通常被轉(zhuǎn)換為狀態(tài)機。易于改變和擴展文法。 因為解釋器模式使用類來表示文法規(guī)則， 用戶可以使用繼 承來改變或擴展文法。易于實現(xiàn)文法。定義抽象語法樹中各個節(jié)點的類的實現(xiàn)大體類似， 易于直接編寫， 通常它們也可以用一個編譯器或語法分析程序生成器自動生成。(3) 布爾表達式求值系統(tǒng)中的角色BooleanExpression 抽象布爾表達式TerminalExpression 終結(jié)符表達式NonterminalExpression 非終結(jié)符表達式Context 上下文Client 客戶描 述： Clie

21、nt 構(gòu)建一個布爾表達式，它是 TerminalExpression 和NonterminalExpression 的實例的一個抽象語法樹， 然后初始化上下文并調(diào)用 解釋操作；每一個 NonterminalExpression 節(jié)點定義相應(yīng)字表達式的求值操作， 而各表達式的求值操作構(gòu)成了遞歸求 值的基礎(chǔ)；每一個節(jié)點的求值操作用上下 文來存儲和訪問解釋器系統(tǒng)的狀態(tài)。( 4)布爾表達式求值系統(tǒng)的實現(xiàn) 創(chuàng)建抽象語法樹；定義求值操作；共享終結(jié)符。BooleanExpression 的實現(xiàn)：public interface BooleanExpressionBooleanExpresion();bool

22、ean evaluate(Context aContext);BooleanExpression replace(String str, BooleanExpression de);BooleanExpression copy();Context 的實現(xiàn)：class Contextpublic boolean lookup(String str);public void assign(VariableExpression ve, boolean bool);VariableExpression 的實現(xiàn)： class VariableExpression implements BooleanEx

23、pression private String _name;VariableExpression(String str) _name=str;boolean evaluate(Context aContext) return aContext.lookup(_name);BooleanExpression replace(String str, BooleanExpression be) if(str.equals(_name)return be.copy();elsereturn new VariableExpression(str);BooleanExpression copy() return new VariableExpression(_name);AndExpression 的實現(xiàn)： class AndExpression implements BooleanExpressionprivate BooleanExpression _operand1, _operand2;public AndExpression(BooleanExpression be1, BooleanExpression be2) _operand1=be1;_operan