軟件架構(gòu)設(shè)計指南

1、軟件架構(gòu)設(shè)計指南一、軟件架構(gòu)設(shè)計當對象、類、構(gòu)件、組件等概念出現(xiàn)并成熟之后，傳統(tǒng)意義上的軟件概要設(shè)計（或軟件系統(tǒng)設(shè)計），就逐漸改名為軟件架構(gòu)設(shè)計。所以說，軟件架構(gòu)設(shè)計就是軟件概要設(shè)計。軟件架構(gòu)設(shè)計工作由架構(gòu)師來完成，架構(gòu)師是主導系統(tǒng)全局分析設(shè)計和實施、負責軟件構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)決策的角色，他的具體職責為：領(lǐng)導與協(xié)調(diào)整個項目中的技術(shù)活動（分析、設(shè)計入實施等）推動主要的技術(shù)決策，并最終表達為軟件構(gòu)架描述確定和文檔化系統(tǒng)中對構(gòu)架而言意義重大的方面，包括系統(tǒng)的需求、設(shè)計、實施和部署等“視圖”確定設(shè)計元素的劃分以及這些主要分組之間的接口為技術(shù)決策提供規(guī)則，平衡各類涉眾的不同關(guān)注點，化解技術(shù)風險，并保證相關(guān)決

2、定被有效傳達和貫徹理解、評價并接收系統(tǒng)需求評價和確認軟件架構(gòu)的實現(xiàn)二、軟件架構(gòu)基本概念軟件架構(gòu)定義系統(tǒng)是部件的集合，完成一個特定的功能或完成一個功能集合。架構(gòu)是系統(tǒng)的基本組織形式，描述系統(tǒng)中部件間及部件與環(huán)境音質(zhì)相互關(guān)系。架構(gòu)是指導系統(tǒng)設(shè)計和深化的原則。系統(tǒng)架構(gòu)是實體、實體屬性以及實體關(guān)系的集合。軟件架構(gòu)是軟件部件、部件屬性以及客觀存在們之間相互作用的集合，描述軟件系統(tǒng)的基本屬性和限制條件。5.2軟件架構(gòu)建模軟件架構(gòu)建模是與軟件架構(gòu)的定義和管理相關(guān)的分析、設(shè)計、文檔化、評審及其他活動。軟件架構(gòu)建模的目的：捕獲早期的設(shè)計決策。軟件架構(gòu)是最早的設(shè)計決策，它將影響到后續(xù)設(shè)計、開發(fā)和部署，對后期維護和

3、演變也有很大的影響。捕獲軟件運行時的環(huán)境。為底層實現(xiàn)提供限制條件。為開發(fā)團隊的結(jié)構(gòu)組成提供依據(jù)。設(shè)計系統(tǒng)滿足可靠性、可維護性以及性能等方面的要求。方便開發(fā)團隊之間的交流。5.3軟件架構(gòu)視圖軟件架構(gòu)視圖是指從一個特定的視角對系統(tǒng)或系統(tǒng)的一部分進行的描述。架構(gòu)可以用不同的架構(gòu)視圖進行描述，如邏輯視圖用于描述系統(tǒng)功能，進程視圖用于描述系統(tǒng)并發(fā)，物理視圖用于描述系統(tǒng)部署。常見的有RUP的4+1視圖；火龍果整理5.4軟件架構(gòu)設(shè)計需包括：軟件系統(tǒng)中包含了哪些子系統(tǒng)和部件；每個子系統(tǒng)和部件都完成哪些功能；子系統(tǒng)和部件對外提供或使用外部的哪些；子系統(tǒng)和部件間的依賴關(guān)系，以及對實現(xiàn)和測試的影響；系統(tǒng)是如何部署的

4、。三、軟件架構(gòu)設(shè)計步驟3.1確定影響整體技術(shù)方案的因素考察用戶界面的整體復雜度要求：識別重點模塊的主要信息輸入，和輸入途徑方法：通過重點模塊畫制的魯棒圖進行分析；技巧簡單數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)的表態(tài)靜態(tài)視圖可定制視圖數(shù)據(jù)的動態(tài)視圖例如登入界面用戶界面的復雜度可概括為以下幾種：例如商品報價列表（例如可自定義查詢報告界面）例如實時運行監(jiān)控視窗/交互式圖形（例如系統(tǒng)）考察用戶界面部署的約束要求：識別系統(tǒng)的部署環(huán)境和客戶端的使用環(huán)境；方法：主要通過訪談和觀察，識別客戶端環(huán)境；技巧用戶界面的部署約束可概括為以下幾種：/經(jīng)常要離線工作的移動電腦/手持智能終端如智能手機、/支持網(wǎng)上的任何一種瀏覽器（老版本瀏覽器）/支

5、持網(wǎng)上的較新版本瀏覽器/支持內(nèi)部網(wǎng)上的較新版本瀏覽器/支持內(nèi)部網(wǎng)上的特定瀏覽器/內(nèi)部網(wǎng)上的專用工作站（傳統(tǒng)架構(gòu)的客戶端軟件）考察用戶的數(shù)量和類型要求：需大致識別出本系統(tǒng)用戶的數(shù)量級別和類型；方法：主要通過了解客戶背景信息，識別根據(jù)不同角色所對應(yīng)的人數(shù)和類型；技巧用戶的數(shù)量和類型可概括為以下幾種：/少數(shù)的專業(yè)用戶：關(guān)注功能強大，期望量身定制，樂于學習新特性,例如圖形制作系統(tǒng)的用戶；/組織內(nèi)的日常使用者：主流用戶，關(guān)注便捷和易用，例如考勤系統(tǒng)用戶；/大量的愛好者：對系統(tǒng)的功能有執(zhí)著的興趣，有意愿克服使用時遇到的的各種困難，包括軟件本身的缺陷，例如游戲軟件的用戶/數(shù)量巨大的消費型用戶：關(guān)注速度和服務(wù)

6、感受，例如商業(yè)網(wǎng)站的用戶）考察系統(tǒng)接口類型要求：正確合理的識別系統(tǒng)中存在的接口和類型，本處重點的是識別外部存在的接口。方法：協(xié)作決定接口，見第四章；技巧系統(tǒng)接口類型可概括為以下幾種：/數(shù)據(jù)傳輸：僅僅為了滿足系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)的需要，例如電子數(shù)據(jù)交換接口、數(shù)據(jù)庫同步等/通過協(xié)議提供服務(wù)：系統(tǒng)依照協(xié)議向外提供特定的服務(wù)，例如協(xié)議、協(xié)議等/直接訪問系統(tǒng)服務(wù)：按照類似于系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用的方式，直接使用系統(tǒng)的方法，例如基于遠程調(diào)用等）考察數(shù)據(jù)性能和可伸縮性要求：正確識別是否存在大量的并發(fā)數(shù)據(jù)處理方法技巧性能和可伸縮性方面可概括為以下幾種：/只讀：只有對數(shù)據(jù)瀏覽和查詢操作，例如股票行情分析系統(tǒng)/獨立的數(shù)據(jù)更新：對

7、數(shù)據(jù)的修改操作，但各用戶的修改完全隔離，相互間不存在任何潛在的沖突，例如網(wǎng)上商店各顧客對自己帳單的管理/并發(fā)的數(shù)據(jù)更新：并發(fā)用戶對數(shù)據(jù)的修改將相互影響，或者就是更改了同一數(shù)據(jù)，例如多個用戶同時使用航班預定系統(tǒng)預定同一航班的座位2選擇軟件構(gòu)架樣式（風格）要求根據(jù)前期細致的需求分析，選擇合理適用的軟件架構(gòu)樣式;方法：最常用的是使用三層或四層架構(gòu)；技巧軟件架構(gòu)樣式的常見種類有：/數(shù)據(jù)流構(gòu)架：是實現(xiàn)可重用性和可更改性，它的特點是把系統(tǒng)看作是對相繼輸入數(shù)據(jù)的一系列變換；/調(diào)用與返回構(gòu)架：一直是中大型軟件系統(tǒng)的主流構(gòu)架樣式，它的目標是實現(xiàn)系統(tǒng)的可更更改性和可擴展性。/獨立組件構(gòu)架：由許多通過發(fā)送消息進行通

8、訊的獨立進程或火龍果整理火龍果整理對象組成，它的目標是通過解除各運算部分之間的耦合實現(xiàn)可更改性，如股票機、各類短信預定等。目前我們常用的是調(diào)用和返回構(gòu)架中的分層構(gòu)架模式，是一種將系統(tǒng)行為或功能通過以層為首要的組織單位來進行分配（劃分）的結(jié)構(gòu)模式。/展現(xiàn)層展現(xiàn)給用戶的界面，即用戶在使用一個系統(tǒng)的時候他的所見所得；/業(yè)務(wù)邏輯層：根據(jù)系統(tǒng)的大小，又可以拆分為：業(yè)務(wù)接口層、業(yè)務(wù)實現(xiàn)層、業(yè)務(wù)實體層它的關(guān)注點主要集中在業(yè)務(wù)規(guī)則的制定、業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)等與業(yè)務(wù)需求有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計；/數(shù)據(jù)訪問層有時候也稱為是持久層，其功能主要是負責數(shù)據(jù)庫的訪問，可以訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、二進制文件、文本文檔或是文檔;實現(xiàn)對數(shù)據(jù)表的，的

9、操作；如果要加入的元素，那么就會包括對象和數(shù)據(jù)表之間的p以及對象實體的持久化。3利用可復用的資產(chǎn)要求：在需求及設(shè)計階段，正確識別現(xiàn)有可被復用的資產(chǎn)方法：/可復用的資產(chǎn)包括：工具、組件、框架、模版、設(shè)計等；/項目經(jīng)理對項目設(shè)計中可能用到的資產(chǎn)情況進行評估，并向技術(shù)經(jīng)理提出申請，將資源引入到本設(shè)計中；/技術(shù)經(jīng)理對項目中可能會用到的資產(chǎn)情況進行檢查確認；4子系統(tǒng)的劃分和接口的定義目的/支持個人或團隊進行獨立的開發(fā)/層次、包的劃分，為團隊的分工協(xié)作提供最直接的依據(jù)/子系統(tǒng)的劃分，使得團隊成員之間的依賴關(guān)系最小化，從而支持并行開發(fā)（方便集成）/為方便測試而進行劃分，包、子系統(tǒng)及其接口的定義，應(yīng)當支持被獨

10、立地加以測試要求和方法：見第四章內(nèi)容5優(yōu)化設(shè)計，包括去冗余和提高重用性方法/通過劃分而去冗余將系統(tǒng)劃分為職責更為集中和明確的模塊（例如，對象、子系統(tǒng)、子程序等），相同的行為將通過調(diào)用一模塊來實現(xiàn)，從而避免重復的組成元素分散于系統(tǒng)各處；識別對象，并將職責分配給合適的對象，其它對象將委托它來完成對應(yīng)的行為讓對象通過組合來復用已有對象的服務(wù)/通過泛化而去冗余將共性的行為抽取出來，專門在一處單獨定義；所有類似行為的實現(xiàn)，將關(guān)注于那些個性方面，共性方面直接從前述之處繼承，而不再重復實現(xiàn)面向?qū)ο蠓缎拖?，父類實現(xiàn)共性的行為，并定義一些可重載的方法，在父方法中調(diào)用，然后讓子類重載它們以便擴展個性行為（參考模板

11、方法模式）泛化的去冗余途徑，主要是避免重復實現(xiàn)一些較大粒度框架性的行為，小粒度的行為復用應(yīng)當使用前述的劃分途徑/通過模塊化而去冗余使用模板來定義共性的結(jié)構(gòu)和行為，并留出某些變量，這些變量對模板而言是行為敏感的；在具體的應(yīng)用場景，通過引入不同的參數(shù)變量，從而導出眾多個性化的行為組合面向?qū)ο蠓缎拖?，主要有模板類、模板函?shù)等方式模板化去冗余途徑，形式主義是一種結(jié)構(gòu)（引入變量）與（模板）行為的二元組合，其實質(zhì)是避免行為的重復定義/通過面向方面編程而去冗余將分散在系統(tǒng)代碼之間的，行使類似職能的代碼抽取出來,作為一個方面樣子，集中到一塊來處理（這些職能包括：日志記錄、權(quán)限驗證、資源的釋放、異常處理等），避

12、免類似代碼的到處重復泛濫四、軟件設(shè)計方法體系方法，三個階段，一個貫穿4.1需求進一步分析階段：全面了解客戶需求A第步，需求結(jié)構(gòu)化/從“不同層次的涉眾提出需求所站的立場不同”的角度，把需求劃分為三種類型，這就是需求的三個層次：業(yè)務(wù)需求：組織要達到的什么目標；用戶需求：用戶使用系統(tǒng)來做些什么事情；行為需求：開發(fā)人員需要實現(xiàn)什么；/從“需求定義直接目標還是間接限制”的角度，把需求劃分為三種類型，這就是需求的三個方面：功能需求：更多的體現(xiàn)各級直接的目標要求；質(zhì)量需求：開發(fā)期的質(zhì)量運行期的質(zhì)量；約束需求：業(yè)務(wù)環(huán)境因素使用環(huán)境因素構(gòu)建環(huán)境因素技術(shù)環(huán)境因素/常用需求層次需求方面二維矩陣圖進行表示：I廣文功能

13、質(zhì)量約束:組織需求）業(yè)務(wù)H標快好省標;隹性樹束法規(guī)世阿遺留手甌成技術(shù)趨勢瓷爭因耒與競爭対手用戶需求用廣石求運行期質(zhì)量用戶群特點用戶水干妄國語肓J開發(fā)需求1行為需求丿發(fā)期丿貞晁開喪團甜如幻K平開堆團賦磨諺度開發(fā)團臥分布睛遲開發(fā)因駅業(yè)射0識音理；保密姜求苣理；產(chǎn)品誰1安裝維護圖需求層次一需求方面二維矩陣A第步，分析約束影響/來自客戶組織的約束性要求必須充分考慮到客戶上線時間的要求、預算的限制、以及集成需要等非功能需求；客戶所處的業(yè)務(wù)領(lǐng)域為何？有什么業(yè)務(wù)規(guī)則和業(yè)務(wù)限制？是否需要關(guān)注相應(yīng)的法律法規(guī)、專利限制？/來自用戶的約束性要求軟件將提供給合階層用戶？主要用戶的年齡段？使用偏好？使用的環(huán)境是否有影響

14、系統(tǒng)的？/來自開發(fā)者和維護人員的約束性要求開發(fā)團隊的技術(shù)水平能力、磨合程度、是否分布在不同城市,有何影響?開發(fā)管理方面、源代碼管理和保密方面、是否要顧及？/來自業(yè)界本身技術(shù)環(huán)境的約束性要求技術(shù)平臺、中間件、編程語言等的流行度、成熟度、認同度、優(yōu)缺點等的考慮；所使用的技術(shù)發(fā)展的趨勢如何，是否需要考慮？2塑造概念架構(gòu)階段：通過關(guān)鍵功能，進行初步設(shè)計A第步，初步設(shè)計/在第一階段確定關(guān)鍵的功能子集對于關(guān)鍵的功能子集，需要在需求列表上進行標注；/通過魯棒圖和職責協(xié)作鏈的原理，識別角色和他所對應(yīng)的職責；從事件流開始，對關(guān)鍵功能畫出用例圖和用例描述；開始尋找邊界對象，描述模外部環(huán)境和系統(tǒng)之間的交互進行建模，

15、通常指的就是交互，如；尋找控制對象，對行為進行封裝，描述用例中事件流的控制行為，也就是業(yè)務(wù)辦法，負責控制；尋找實體對象，對需要存儲的信息進行描述，通常指的就是我們的對象類，負責信息；A第步，高層分割/對于功能不是太復雜的，可以直接將黑盒系統(tǒng)切分為子系統(tǒng)的；/對于功能較為復雜的，需進行高級高層分割首先將黑盒系統(tǒng)切分為更小一級的系統(tǒng)，每個更小一級的系統(tǒng)都可以有單獨的需求、設(shè)計、實現(xiàn)之后，針對每個“更小一級的系統(tǒng)”進行“切系統(tǒng)為子系統(tǒng)”A第步，考慮非功能需求/以場景技術(shù)為跳板的非功能設(shè)計思維發(fā)現(xiàn)場景功能性的考慮，是否準確，是否安全等；可靠性的考慮，安全性，容錯性，穩(wěn)定性；易用性，用戶體驗方面；效率的

16、問題，頁面載入時間，資源特性等；維護性的考慮，安裝便捷，功能修改方便；通過目標-場景-決策表，進行評估場景，并做出決策實例：火龍果整理火龍果整理火龍果整理火龍果整理圖：場景思維是方法核心8*M1決策*PM*統(tǒng)的用戶，棄劇虛windows、Uni備B/S架枸Urtin.上工憶能夠忖同PM系妮HK廉韋1工牯息，*善靖人而送互*無蠟從HRK統(tǒng)導人員工斛単入馳痂FM統(tǒng)的用幾也知理項目丈杜同片-PMACVSt?JO訕PM、CVS麻煩詡管瑞力*配工千理跟務(wù)5LtCVSi擁強持*Adapter對惓式*（掛CVS.Subvtmk等4.繃化ttW)DBMS,IlfeAOracle.SQLServer,如啊都-i

17、flORMfti9:j實例項目管理系統(tǒng)非功能性，目標場景決策表概念架構(gòu)階段合理的劃分子系統(tǒng)匕彌埔*袒/ffl.三個策略可飆Wind（附Unix.屁如軸竦層的細化卜加段3訛如將系統(tǒng)分為展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層；又可在三層架構(gòu)中加入控制層，形成展現(xiàn)層、控制層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層，將三層架構(gòu)轉(zhuǎn)換為四層架構(gòu)；可以繼續(xù)細化，將業(yè)務(wù)層細化為業(yè)務(wù)接口層、業(yè)務(wù)實現(xiàn)層、業(yè)務(wù)實體層；通過不斷的細化，來降低系統(tǒng)的復雜度，提高開發(fā)人員的并行開發(fā)能力；火龍果整理火龍果整理分區(qū)的引入先做一個高級的廣度設(shè)計,然后馬上轉(zhuǎn)到深度優(yōu)先的底層設(shè)計和實現(xiàn)上去；分層分區(qū)，如圖所示，是支持迭代和并行開發(fā)的基礎(chǔ)；圖4：架構(gòu)中引入分區(qū)，支

18、持迭代和并行機制的提取對于編程實現(xiàn)而言，在沒有提取機制的情況下，機制是一種隱式的重復代碼；對于邏輯架構(gòu)設(shè)計而言，機制是一種特殊的子系統(tǒng)，在劃分子系統(tǒng)的時候不要遺忘；在實現(xiàn)不同的最終功能時，可以重用一種機制，避免重復進行“組裝”工作，如審批機制，權(quán)限機制，各個模塊和子系統(tǒng)都可以進行調(diào)用。/一個原理關(guān)注點分離的原則通過職責劃分來分離關(guān)注點；利用系統(tǒng)各部分的通用性不同進行關(guān)注點分離；根據(jù)不同顆粒度級別進行關(guān)注點分離；示意圖：肌責劃分職序劃分分通用模塊意圖5：關(guān)注點分離令職責不同的單元劃歸不同的子系統(tǒng)通用性不同的單元劃歸不同的子系統(tǒng)；需要不同開發(fā)技能的劃歸不同的子系統(tǒng);兼顧工作量的相對均衡，進一步切分

19、太大的子系統(tǒng);合理的接口設(shè)計/把模塊放在協(xié)作的上下文中進行考慮，接口設(shè)計才有意義；/需要考慮的是“為了實現(xiàn)一系列的功能，這個軟件單元要和其它單元如何協(xié)作？”/協(xié)作決定接口，以此作為原則，依次在單元之間識別接口；細化初步設(shè)計中的魯棒圖，形成魯棒順序圖；見案例附件五、軟件設(shè)計經(jīng)驗之談5.1設(shè)計模式工廠模式工廠模式一般用于創(chuàng)建一類對象，而不用每次在使用時通過對象才能使用對象，而是通過工廠來完成對象的創(chuàng)建，這樣不但提供了統(tǒng)一創(chuàng)建對象的入口，而且對于程序的可維護和可測試性都有很大的提高。常用的場景有：工廠負責創(chuàng)建某一類對象的時候，或者說工廠的職責比較單一時，如果說多個類型的對象時候，用工廠模式就不如使用

20、抽象工廠了；一般比較少的積累對象，可以通過類型的判定創(chuàng)建不同的對象時，也是可以通過工廠模式來完成，例如多數(shù)據(jù)庫的支持，我們在設(shè)計數(shù)據(jù)訪問層時，利用簡單對象工廠，通過枚舉或者配置文件的形式，來動態(tài)的創(chuàng)建數(shù)據(jù)訪問層實例。一般來說類型單一的對象，或者類型比較少的時候，使用工廠模式來創(chuàng)建對象可以解決一類問題。還可以通過一個總的工廠，來創(chuàng)建多個工廠，然后多個工廠負責創(chuàng)建相應(yīng)的實例，有點類似我們平時說的目錄結(jié)構(gòu)似的。代理模式代理模式是一種結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式，“增加一層間接層”是軟件系統(tǒng)中對許多負責問題的一種常見解決方法。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，直接使用某些對象會帶來很多問題，作為間接層的對象便是解決此類問題。常用的

21、場景有：在我們?nèi)粘５墓ぷ髦幸渤３Ｓ玫酱砟Ｊ剑热鐚τ谌龑咏Y(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)訪問層，它把對數(shù)據(jù)庫的訪問進行封裝。業(yè)務(wù)層的開發(fā)者只是調(diào)用中的方法來獲得數(shù)據(jù)；具體設(shè)計模式的實現(xiàn)方法、實現(xiàn)粒度都相差很大，有些可能對單個對象作細粒度的控制，有些可能對組件模塊提供抽象代理層，在架構(gòu)層次對對象作；并不一定要求保持接口的一致性，只要能夠?qū)崿F(xiàn)間接控制，有時候損及一些透明性是可以接受的。單例模式保證一個類只有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。它的應(yīng)用場景比較廣：比如在某個服務(wù)器程序中，該服務(wù)器的配置信息存放在一個文件中，這些配置數(shù)據(jù)由一個單例對象統(tǒng)一讀取，然后服務(wù)進程中的其他對象再通過這個單例對象獲取這些配置信息

22、；可以使用它創(chuàng)建一個連接池，每次程序需要往數(shù)據(jù)庫中寫入內(nèi)容時才創(chuàng)建一個新連接的做法并不明智；相反，一個或一組已經(jīng)在池中的連接就可以使用模式實例化；比如有互策的訂票機制，我們可以采用單例模式，只實例化一次來操作訂票.建造者模式建造者模式可以將一個產(chǎn)品的內(nèi)部表象與產(chǎn)品的生成過程分割開來，從而可以使一個建造過程生成具有不同的內(nèi)部表象的產(chǎn)品對象。常用的場景有：需要生成的對象有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。需要生成的對象的屬性相互依賴，建造者模式可以強迫生成順序。在對象創(chuàng)建過程中會使用到系統(tǒng)中的一些其它對象，這些對象在對象的創(chuàng)建過程中不易得到。觀察者模式在一對多依賴的對象關(guān)系中,如果這個一對象狀態(tài)發(fā)生了變化,那么它所

23、有依賴的多對象都應(yīng)該被通知,然后做相應(yīng)的變化,這就是觀察者模式，它的常用場景有：當一個對象的改變需要通知或同時需要改變其它對象的時候；比如我們要建一個網(wǎng)上購物商城，對于用戶訂購的商品信息，如果該商品的價格、促銷活動等發(fā)生變換，系統(tǒng)將會自動發(fā)生郵件通知到用戶，則就是典型的觀察者模式；在現(xiàn)實生活中，拍賣行拍賣物品也是一個典型的觀察者模式，拍賣師拍賣時，他觀察是否有牌子舉起出價。每次接受一個新的出價都會改變拍賣的當前價格，并廣播通知給所有競標人，競標人則進行新的出價和退出。裝飾模式能動態(tài)的將職責附加到對象上去，若要擴展功能，裝飾者提供了比繼承更具彈性的代替方案。裝飾模式提供了一個非常好的解決方案，它把每個需要裝飾的功