體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)模式

關(guān)于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)模式摘要：本文從設(shè)計(jì)模式與軟件體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系探討設(shè)計(jì)模式運(yùn)用在軟件設(shè)計(jì)中的可行性，經(jīng)分析表明采用設(shè)計(jì)模式既可很好的繼承成熟技術(shù)，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性，又能提高工作效率。引言軟件的發(fā)展不僅要求軟件有更高的生產(chǎn)率和可靠性，而且對軟件的可重用性和可維護(hù)性也提出了更高的要求。設(shè)計(jì)模式以文檔的形式把軟件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)記錄下來，并予以系統(tǒng)的命名、解釋和評價(jià)，使開發(fā)人員在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)時(shí)可以使用別人的成功經(jīng)驗(yàn)而不必為普通的、重復(fù)的問題重新設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者更容易理解其設(shè)計(jì)思路，能為自己的問題找到更合適的解決辦法，幫助設(shè)計(jì)者更快更好地完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文試圖從設(shè)計(jì)模式與軟件體系結(jié)構(gòu)、軟件重用技術(shù)間的關(guān)系探討設(shè)計(jì)模式運(yùn)用在軟件設(shè)計(jì)中的可行性，并對設(shè)計(jì)模式的性能進(jìn)行分析。軟件體系結(jié)構(gòu)的基本單位是軟件構(gòu)件，軟件構(gòu)件是一個(gè)軟件體系結(jié)構(gòu)的核心。它承擔(dān)控制構(gòu)件，問題領(lǐng)域構(gòu)件，基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)件這三個(gè)重要角色之一。軟件體系結(jié)構(gòu)的不同形式分別有概念結(jié)構(gòu)，模塊結(jié)構(gòu)，代碼結(jié)構(gòu)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)。軟件構(gòu)件還必須具備獨(dú)立部署單元，作為第三方的組裝單元，不能有任何外部可見狀態(tài)。體系結(jié)構(gòu)是很重要的。體系結(jié)構(gòu)的表示有助于項(xiàng)目干系人相互交流軟件體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的高層次的描述，是一種隱藏了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的抽象。有助于與系統(tǒng)相關(guān)人員交流。體系結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)平臺語言，可用來表達(dá)各種關(guān)注和協(xié)商，有助于對大型復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行管理。體系結(jié)構(gòu)突出了早期設(shè)計(jì)決策軟件體系結(jié)構(gòu)是可傳遞和可復(fù)用的模型在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先要考慮系統(tǒng)所采用的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，這也是體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問題。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般要遵循建立軟件的環(huán)境模型，定義體系結(jié)構(gòu)的原始模型。體系結(jié)構(gòu)的求精與完善。在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，軟件架構(gòu)師用體系結(jié)構(gòu)環(huán)境圖對軟件與外部實(shí)體交互方式進(jìn)行建模。與目標(biāo)系統(tǒng)交互的系統(tǒng)有上級系統(tǒng)，下級系統(tǒng)，同級系統(tǒng)，參與者。體系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)風(fēng)格包括數(shù)據(jù)流風(fēng)格，調(diào)用一返回風(fēng)格，倉庫風(fēng)格。調(diào)用一返回風(fēng)格還包括3種子風(fēng)格主程序/子程序體系結(jié)構(gòu)，面向?qū)ο箫L(fēng)格，層次結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)的控制模型包括集中控制模型，事件驅(qū)動(dòng)控制模型。事件驅(qū)動(dòng)控制模型包括廣播模型，中斷驅(qū)動(dòng)模型。在將子系統(tǒng)分解為模塊時(shí)，可供使的模型有數(shù)據(jù)流模型和面向?qū)ο竽Ｐ蛢煞N。對于一個(gè)特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，還可使用特定于它的體系結(jié)構(gòu)模型，在開發(fā)新的系統(tǒng)時(shí)可以復(fù)用其公共體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)模型即為特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)。存在兩種特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)模型：類屬模型，參考模型。所有大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)在都是分布式系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)的主要特征一有資源共享，經(jīng)濟(jì)性，性能與可擴(kuò)展性，固有分布性，健壯性。典型的分布式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有多處理器體系結(jié)構(gòu)，客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，分布式對象體系結(jié)構(gòu)，代理，聚合和聯(lián)邦體系。在體系結(jié)構(gòu)的評價(jià)過程中，人們所關(guān)心的是質(zhì)量的屬性，可以用多種評價(jià)方法進(jìn)行評價(jià)比如從性能，可靠性，可用性，安全性，可修行，功能性，可變更性，可集成性，互操作性等方法進(jìn)行判斷。體系結(jié)構(gòu)描述語言是參照傳統(tǒng)編程語言，并針對軟件體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)、開發(fā)和使用的專門的軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言。它由構(gòu)件，連接件，體系結(jié)構(gòu)配置等構(gòu)成。主要的體系結(jié)構(gòu)描述語言有Aesop，MetaH，Rapide，SADL，Unicon，Wright等。ADL的特點(diǎn)有構(gòu)造能力，抽象能力，復(fù)用能力，異構(gòu)能力，分析和推理能力。模式是針對某一特定前提的解法，對同類問題可以使用同一解法，而不必總是一切從頭做起。設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)模型包含四個(gè)基本要素：模式名稱，問題，解決方案，效果?？梢杂媚康臏?zhǔn)則和范圍準(zhǔn)則對模式進(jìn)行分類。隨著系統(tǒng)的演化，系統(tǒng)越來越依賴對象的組合所以創(chuàng)建型模型很重要。主要有抽象工廠模式，生成器模式，工廠方法模型，單件模型，原型模型。結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模型包括適配器模式，橋接模式，組合模式，裝飾模式，外觀模式，享元模式，代理模式。行為型設(shè)計(jì)模式包括職責(zé)鏈模型，命令模式，遍歷器模式，中介者模式，觀察者模式，狀態(tài)模式，策略模式，訪問者模式，模板方法模式。模式之間的關(guān)系式一種依賴、變體、組合的關(guān)系。每個(gè)模式依賴于它包含的更小的模式和包含它的更大的模式，一模式和它的變體描述來解決一些類似的問題，也可以處于同一抽象層次的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行組合解決一個(gè)孤立的單個(gè)模式解決不了的復(fù)雜問題。設(shè)計(jì)模型可以用一下幾種方法解決設(shè)計(jì)問題，1.尋找合適對象2.決定對象的粒度3.指定對象接口4.針對接口編程，而不是針對現(xiàn)實(shí)編程5.使用復(fù)用機(jī)制6.關(guān)聯(lián)運(yùn)行時(shí)和編譯的結(jié)構(gòu)7.設(shè)計(jì)應(yīng)支持變更。設(shè)計(jì)模式是一些對通信對象和類的描述，這些類和對象通常被用于特定的背景下解決一些普遍設(shè)計(jì)問題。我們可以利用設(shè)計(jì)模型方面的知識和經(jīng)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。使用設(shè)計(jì)模式也是非常重要的，在整個(gè)軟件設(shè)計(jì)中都可以使用設(shè)計(jì)模式。一旦開發(fā)了分析模型，設(shè)計(jì)人員可以檢查詳細(xì)的問題所帶的問題。可以采取以下方式：先把模式選好，設(shè)計(jì)模式選擇好后，就是如何將模式有效應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的問題了。下面是ErichGamma給出的一個(gè)使用設(shè)計(jì)模式的循序漸進(jìn)的方法。1.理解所選擇的模式，注意模式的適用條件和模式使用效果，確定該模式是否適合要解決的實(shí)際問題。2.研究模式的結(jié)構(gòu)、組成以及它們之間如何協(xié)作，這將確保設(shè)計(jì)人員理解這個(gè)模式的類、對象以及其他的關(guān)聯(lián)關(guān)系。3選擇模式參與者的名字，使它們在具體應(yīng)用中有意義。4.定義類，聲明它們之間的接口，建立它們的繼承關(guān)系，定義代表數(shù)據(jù)和對象引用的實(shí)例變量。5.定義模式中專用于應(yīng)用的操作名稱，名字一般依賴于應(yīng)用，使用的名字必須一致。6.實(shí)現(xiàn)執(zhí)行模式中責(zé)任和協(xié)作的操作。企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中軟件成分越來越復(fù)雜，系統(tǒng)規(guī)模越來越大，導(dǎo)致應(yīng)用的功能需求和性能需求混雜，軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。在開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，首先關(guān)注的是如何構(gòu)架軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，從整體滿足