軟件體系結(jié)構(gòu)1-軟件體系結(jié)構(gòu)概述

軟件體系結(jié)構(gòu)（1）軟件體系結(jié)構(gòu)概述胡軍副教授湖南大學(xué)SoftwareArchitecture目錄課程簡介1軟件體系結(jié)構(gòu)的定義和發(fā)展綜述2軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向32授課教師簡歷胡軍浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工學(xué)博士聯(lián)合國大學(xué)軟件研究所訪問學(xué)者英國南安普頓大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)學(xué)院訪問學(xué)者主要研究方向?yàn)椋憾嘀黧w系統(tǒng)；人工智能；軟件工程聯(lián)系方式辦公室：工會(huì)樓510or基地204Telmail：hujun111@QQ：478856953課程介紹教材及參考書張友生等編著，軟件體系結(jié)構(gòu)原理、方法與實(shí)踐，清華大學(xué)出版社，2009。覃征等，軟件體系結(jié)構(gòu)（第二版），清華大學(xué)出版社，2008。Ericfreeman,etc著，HeadFirst設(shè)計(jì)模式（中文版），中國電力出版社，2007。ErichGamma等著，設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2000。4教材5教材6課程介紹課程目標(biāo)掌握軟件體系結(jié)構(gòu)的概念、組成和相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。明確軟件體系結(jié)構(gòu)劃分標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)原則。學(xué)習(xí)軟件體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型、軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格與模式、軟件體系結(jié)構(gòu)形式化描述方法、軟件體系結(jié)構(gòu)評(píng)估方法、加強(qiáng)學(xué)生的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)開發(fā)思想、理解設(shè)計(jì)模式的概念、掌握常用的設(shè)計(jì)模式的使用方法，并掌握在實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)過程中分析、設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)思想的技能。7課程介紹課程安排（軟件體系結(jié)構(gòu)部分）第一講：軟件體系結(jié)構(gòu)概述第二講：軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格與模式第三講：軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言第四講：動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)第五講：基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)、分析與測試第六講：軟件體系結(jié)構(gòu)評(píng)估第七講：軟件產(chǎn)品線體系結(jié)構(gòu)第八講：軟件體系結(jié)構(gòu)研究的展望8課程介紹課程安排（軟件設(shè)計(jì)模式部分）第一講：設(shè)計(jì)模式入門、策略模式第二講：工廠方法和裝飾者模式第三講：模版方法和迭代器模式第四講：組合和抽象工廠模式第五講：生成器、單件、代理和中介模式第六講：適配器、橋接、觀察著和責(zé)任鏈模式第七講：備忘錄、MVC和命令模式第八講：狀態(tài)、解釋器和外觀模式第九講：原型、訪問者和享元模式9課程體系10軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)概念、描述軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格和模式軟件設(shè)計(jì)模式基于設(shè)計(jì)模式的軟件設(shè)計(jì)基于軟件體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)軟件體系結(jié)構(gòu)還有什么研究問題目錄課程簡介1軟件體系結(jié)構(gòu)的定義和發(fā)展綜述2軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向311研究背景什么是軟件軟件一般認(rèn)為由三部分組成：程序：在運(yùn)行時(shí)，能提供所希望的功能和性能的指令集。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：使程序能夠正確運(yùn)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。文檔：描述程序研制過程、方法及使用的文檔。12研究背景軟件的特點(diǎn)抽象性：邏輯實(shí)體，可記錄，但看不到可復(fù)制性：與開發(fā)成本相比，復(fù)制成本很低無折舊受硬件制約未完全擺脫手工工藝開發(fā)費(fèi)用高13研究背景計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的三個(gè)時(shí)期早期時(shí)代（60年代中期之前）程序設(shè)計(jì)階段硬件通用，軟件專用；程序規(guī)模小，編寫者和使用者為同一人（同組人）。第二代（60年代中期-70年代中期）

程序系統(tǒng)階段出現(xiàn)“軟件作坊”、產(chǎn)品軟件；“個(gè)體化”開發(fā)方法。第三代（70年代中期之后）軟件工程階段軟件開發(fā)成為一門新興的工程學(xué)科——軟件工程。14研究背景15程序設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)軟件工程軟件范疇程序程序及說明書產(chǎn)品軟件（項(xiàng)目軟件）主要程序設(shè)計(jì)語言匯編及機(jī)器語言高級(jí)語言高級(jí)語言系統(tǒng)軟件工作范圍程序編寫設(shè)計(jì)、測試軟件生存期需求者程序設(shè)計(jì)者本人少數(shù)用戶市場用戶計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的三個(gè)時(shí)期及特點(diǎn)研究背景16程序設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)軟件工程維護(hù)責(zé)任者程序設(shè)計(jì)者開發(fā)小組專職維護(hù)人員硬件特征價(jià)高、存儲(chǔ)量小、穩(wěn)定性差價(jià)低、速度、容量、穩(wěn)定性明顯提高向超高速、大容量、微型化發(fā)展軟件特征完全不受重視軟件技術(shù)的發(fā)展不滿足需要，出現(xiàn)軟件危機(jī)開發(fā)技術(shù)有進(jìn)步，但未獲得突破性進(jìn)展，軟件危機(jī)沒有完全擺脫計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的三個(gè)時(shí)期及特點(diǎn)研究背景我們需要的是軟件符合質(zhì)量要求??！軟件需求是進(jìn)行“質(zhì)量”度量的基礎(chǔ)，與需求不符就是質(zhì)量不高。通常有一組“隱含需求（implicitrequirements）”是不被提及的（如對(duì)維護(hù)性的需求）。如果軟件符合了明確的需求卻沒有滿足隱含需求，軟件質(zhì)量仍然值得懷疑。17性能Performance可用性Usability可靠性Availability可擴(kuò)展性Extensibility安全性Security功能性Functionality為什么需要軟件體系結(jié)構(gòu)

隨著社會(huì)的巨大進(jìn)步,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體發(fā)展,新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),使計(jì)算機(jī)應(yīng)用的需求迅速增加。而軟件費(fèi)用的增加,高可靠性能下降,維護(hù)工作量增大,出現(xiàn)了嚴(yán)重的“軟件危機(jī)”。軟件危機(jī)已經(jīng)持續(xù)了三十多年，表現(xiàn)為：軟件的產(chǎn)品質(zhì)量難以保障軟件的開發(fā)效率難以提高18為什么需要軟件體系結(jié)構(gòu)19軟件失敗SoftwareFailure最常見錯(cuò)誤形式：變量取值超過允許范圍用戶使用軟件超載（Overload）現(xiàn)代系統(tǒng)的復(fù)雜性往往集中于軟件部分（complexity）代碼正確，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤（DesignError）其他軟件開發(fā)者不參與情況下操作系統(tǒng)以及硬件改變軟件失敗的原因2023/2/6研究背景解決問題的想法更好的管理（Bettermanagement）出眾的團(tuán)隊(duì)組織（Differentteamorganizations）更好的語言和工具（Betterlanguages&tools）統(tǒng)一的編程規(guī)范（Uniformcodingconventions）

必須意識(shí)到：“軟件”≠編程，它有自己的生命周期(lifecycle)。大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)與其它工程項(xiàng)目如建造橋梁、制造飛機(jī)、輪船等的開發(fā)是同理的。20研究背景21軟件質(zhì)量問題對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響：美國NIST（國家商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)）報(bào)告，“由于軟件bug的普遍存在，使美國經(jīng)濟(jì)每年損失$590.5億美元”，而Standish組織的數(shù)據(jù)是每年2000億美元改進(jìn)軟件質(zhì)量已經(jīng)成為取得高投資回報(bào)率的直接途徑，質(zhì)量低的公司只會(huì)被遺忘軟件質(zhì)量問題對(duì)生命安全的威脅：1963年,美國金星探測火箭飛行失敗,造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)一千萬美元，因?yàn)榭刂瞥绦蛑械囊粋€(gè)極小的錯(cuò)誤,即將一逗號(hào)誤寫為一小數(shù)點(diǎn)！由于著陸系統(tǒng)的高度報(bào)警程序問題部分導(dǎo)致了1997年發(fā)生在關(guān)島的韓國客機(jī)空難，228人遇難。1996年,歐洲耗資高達(dá)7億美元的Ariane5火箭發(fā)射后解體爆炸,究其原因是慣性參考系統(tǒng)中的一個(gè)軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤,并由于認(rèn)為這個(gè)軟件不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤而缺乏充分的測試。......研究背景如果有什么東西可以在軟件開發(fā)之前用于描述軟件，并能進(jìn)行質(zhì)量分析，從而保證軟件質(zhì)量就好了~軟件體系結(jié)構(gòu)22軟件體系結(jié)構(gòu)起源23結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師：設(shè)計(jì)圖紙管理人員：施工計(jì)劃施工人員：建造建筑物軟件體系結(jié)構(gòu)思想來源于建筑業(yè)2023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)起源24建立模型2023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)起源25站點(diǎn)外表結(jié)構(gòu)服務(wù)空間計(jì)劃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)起源26最終的建筑2023/2/6鳥巢更多的建筑源自于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27瑪雅阿茲特克金字塔瑞士保險(xiǎn)公司大樓2023/2/6如果建筑的復(fù)雜度還不夠高，那么一個(gè)城市呢？282023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)的本意29對(duì)于大規(guī)模的，分布的，需要協(xié)作的，需要交互的，需要監(jiān)測的，需要擴(kuò)展的，需要演化的復(fù)雜軟件系統(tǒng)的規(guī)劃。2023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史程序設(shè)計(jì)語言的進(jìn)化——抽象級(jí)別（Abstract

Level）30面向代碼段面向問題空間面向機(jī)器面向機(jī)器

是一種針對(duì)如何直接操作機(jī)器指令來使用計(jì)算機(jī)資源的抽象級(jí)別。面向代碼段將可復(fù)用的功能代碼總結(jié)和包裝以保證重用。如基本的數(shù)值計(jì)算，過程控制等。面向問題空間

是這樣一種抽象級(jí)別。它直接將問題空間中的實(shí)體以及實(shí)體的關(guān)系表達(dá)出來。如利用“類”來表示物理世界的實(shí)物。軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史軟件開發(fā)的進(jìn)化——關(guān)注點(diǎn)（Concern）311靈活使用機(jī)器使用的底層指令和數(shù)據(jù)(Primitiveinstructionsanddata)2提高開發(fā)效率、代碼可讀性、易維護(hù)性(Efficiencyandconvenience

incodereadingandmaintenance)3實(shí)現(xiàn)軟件產(chǎn)品線式生產(chǎn)(Software

Product

Line)軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史1960年代，軟件危機(jī)爆發(fā)1968年，軟件工程被提出NATOsoftwareengineeringconference1968年，軟件體系結(jié)構(gòu)思想被提出“TheStructureofthe‘THE’MultiprogrammingSystem”authoredbyEdsgerDijkstra(艾德勒戴克斯加,荷蘭）1975年，軟件體系結(jié)構(gòu)思想被升華“Architectureisthecompleteanddetailedspecificationoftheuserinterface”

byFrederick

Brooks(弗蘭德里克布魯克斯，美國）32EdsgerDijkstraFrederickP.Brooks軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史1972~1976年，現(xiàn)代軟件開發(fā)思想被提出informationhidingandusageofinterface（Parnas，1972)structureseparation

(Parnas,

1974）therelationshipsbetweensoftwarestructureanditsquality（Parnas，1976）戴維帕納斯，美國1991年，”SoftwareArchitecture”在正式文獻(xiàn)中被使用SoftwareArchitecture:IntegratingProcessandTechnology

authoredWalkerE.RoyceandWinstonW.Royce沃克羅伊斯；溫斯頓羅伊斯，美國33

DavidParnasWalkerE.Royce軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史1993年,SoftwareArchitecture被定義，此定義成為軟件體系結(jié)構(gòu)研究的公認(rèn)基礎(chǔ)AnIntroductiontoSoftwareArchitectureauthoredbyDavidGarlanandMaryShaw20世紀(jì)90年代，軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言(ADL)興盛Darwin,Wright,C2,Rapide,MetaH,ACME,…20世紀(jì)90年代，軟件體系結(jié)構(gòu)評(píng)估方法興起SAAM,ATAM,…2000年，IEEE1471-2000標(biāo)準(zhǔn)IEEERecommendedpracticeforarchitecturaldescriptionofsoftware-intensivesystems

34軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史2000年,SoftwareArchitecture

Product

LineTheDesignandUseofSoftwareArchitectureauthoredbyBosch2003年，UML2.0發(fā)布2000年至今，動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)π-ADL，LIME，dynamic

Wright,…

35一些經(jīng)典的文獻(xiàn)列表M.ShawandD.Garlan,“AnIntroductiontoSoftwareArchitecture,”V.AmbriolaandG.Tortora,eds.,AdvancesinSoftwareEngineeringandKnowledgeEngineering,vol.2,WorldScientificPublishing,1993,pp.1–39D.E.PerryandA.L.Wolf,“FoundationsfortheStudyofSoftwareArchitecture,”ACMSoftwareEng.Notes,vol.17,no.4,1992,pp.40–52.D.L.Parnas,“OntheCriteriatoBeUsedinDecomposingSystemsintoModules,”Comm.ACM,vol.15,no.12,1972,pp.1053–1058.D.L.Parnas,“OntheDesignandDevelopmentofProgramFamilies,”IEEETrans.SoftwareEng.,vol.2,no.1,1976,pp.1–9.D.L.Parnas,P.Clements,andD.M.Weiss,“TheModularStructureofComplexSystems,”IEEETrans.SoftwareEng.,vol.11,no.3,1985,pp.259–266.F.DeRemerandH.Kron,“Programming-in-the-LargeversusProgramming-in-the-Small,”Proc.Int’lConf.ReliableSoftware,ACMPress,1975,pp.114–121.

36一些經(jīng)典的文獻(xiàn)列表D.Soni,R.Nord,andC.Hofmeister,“SoftwareArchitectureinIndustrialApplications,”Proc.17thInt’lConf.SoftwareEng.(ICSE95),ACMPress,1995,pp.196–207.P.Kruchten,“The4+1ViewModelofArchitecture,”IEEESoftware,vol.12,no.6,1995,pp.45–50.B.W.Lampson,“HintsforComputerSystemDesign,”O(jiān)peratingSystemsRev.,vol.15,no.5,1983,pp.33–48;reprintedinIEEESoftware,vol.1,no.1,1984,pp.11–28.J.A.Mills,“APragmaticViewoftheSystemArchitect,”Comm.ACM,vol.28,no.7,1985,pp.708–717.W.E.RoyceandW.Royce,“SoftwareArchitecture:IntegratingProcessandTechnology,”TRWQuest,vol.14,no.1,1991,pp.2–15.M.ShawandP.Clements,“AFieldGuidetoBoxology:PreliminaryClassificationofArchitecturalStylesforSoftwareSystems,”Proc.21stInt’lComputerSoftwareandApplicationsConf.(COMPSAC97),IEEECSPress,1997,pp.6–13.M.Shaw,“TheComing-of-AgeofSoftwareArchitectureResearch,”Proc.23rdInt’lConf.SoftwareEng.(ICSE01),IEEECSPress,2001,pp.656–664a.37軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史38MaryShaw瑪麗娋FrederickBrooks弗蘭德里克布魯克斯BarryBoehm拜瑞波姆CarlissBaldwin卡利斯鮑德溫NSF2007ScienceofDesignPrincipalInvestigators'(PI)Meeting軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史39萌芽期發(fā)展期成熟期2023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展簡史402023/2/6那么……41什么是軟件體系結(jié)構(gòu)?汽車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)42Xbox

360使用的三核處理器設(shè)計(jì)43波音787設(shè)計(jì)44航空母艦設(shè)計(jì)概念圖45操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（以Ubuntu

Linux為例）46軟件體系結(jié)構(gòu)Lightning

Framework47軟件體系結(jié)構(gòu)概述自NATO于1968年提出軟件工程概念以來,軟件工程界已經(jīng)提出了一系列的理論、方法、語言和工具,解決了軟件開發(fā)過程中的若干問題.但是,軟件固有的復(fù)雜性、易變性和不可見性,使得軟件開發(fā)周期長、代價(jià)高和質(zhì)量低的問題依然存在.大量實(shí)踐統(tǒng)計(jì)表明:大系統(tǒng)軟件開發(fā)中70％的錯(cuò)誤是由需求和軟件設(shè)計(jì)階段引入的;而且錯(cuò)誤在系統(tǒng)中存在的時(shí)間愈長則愈難發(fā)現(xiàn),解決這些錯(cuò)誤的代價(jià)也愈高.為了提高軟件需求和軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量,軟件工程界提出了需求分析工程技術(shù)和各種軟件建模技術(shù).但是在需求與設(shè)計(jì)之間仍存在一條很難逾越的鴻溝,即缺乏能夠反映做決策的中間過程,從而很難有效地將需求轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的設(shè)計(jì).為此,軟件體系結(jié)構(gòu)概念應(yīng)運(yùn)而生,并試圖在軟件需求與軟件設(shè)計(jì)之間架起一座橋梁,著重解決軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和需求向?qū)崿F(xiàn)平坦地過渡的問題.48軟件體系結(jié)構(gòu)概述軟件體系結(jié)構(gòu)基本概念就體系結(jié)構(gòu)的本意而言，它是指建立系統(tǒng)時(shí)的構(gòu)造范型、構(gòu)造風(fēng)格和構(gòu)造模式，軟件體系結(jié)構(gòu)對(duì)于軟件系統(tǒng)的構(gòu)造所起的是指導(dǎo)性的作用，它拋開了軟件系統(tǒng)的功能細(xì)節(jié)，著重于討論軟件系統(tǒng)的總體框架。49開發(fā)了5年，投入資金達(dá)300多億美元，歷史上代碼量最大，達(dá)到5000萬行，僅核心工程師就有9000人團(tuán)隊(duì)的龐大軟件開發(fā)項(xiàng)目基于軟件體系結(jié)構(gòu)的分析、評(píng)估、計(jì)劃、組織、開發(fā)、測試軟件體系結(jié)構(gòu)概述對(duì)于一個(gè)軟件開發(fā)單位來說，選擇合適的體系結(jié)構(gòu)是最重要的決策之一．良好的體系結(jié)構(gòu)可以維系軟件系統(tǒng)的完整性，使得開發(fā)和維護(hù)工作不至于雜亂無章；還可以簡化軟件系統(tǒng)復(fù)雜性，讓眾多的開發(fā)單位的軟件工程師們能以并行方式開展工作.50軟件體系結(jié)構(gòu)概述軟件體系結(jié)構(gòu)基本概念廣義而言，軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)涉及多方面的內(nèi)容：軟件的成份及系統(tǒng)框架；軟件成份的選擇，各成分之間的相互作用，軟件成份的進(jìn)一步復(fù)合以及指導(dǎo)軟件復(fù)合過程的總體模式；系統(tǒng)的功能、性能、設(shè)計(jì)以及從多種方案及選項(xiàng)中進(jìn)行選擇的決策?？梢?，軟件體系結(jié)構(gòu)更為關(guān)注的是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其成份，而方法論更關(guān)心系統(tǒng)的開發(fā)過程51軟件體系結(jié)構(gòu)概述Perry和Wolf根據(jù)軟件生命周期各階段相應(yīng)的實(shí)體、屬性、關(guān)系、主要產(chǎn)品和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，將軟件開發(fā)過程分為如下階段：需求分析：主要根據(jù)用戶的需求，決定軟件的功能；體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：選擇構(gòu)件、構(gòu)件間相互關(guān)系以及對(duì)它們的約束，并以此為框架，為詳細(xì)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)；詳細(xì)設(shè)計(jì)：主要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化和描述各個(gè)構(gòu)件間的詳細(xì)接口、算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型等；實(shí)現(xiàn)：使用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的要求。52軟件體系結(jié)構(gòu)概述軟件體系結(jié)構(gòu)研究與傳統(tǒng)軟件工程方法學(xué)的不同之處在于：所關(guān)心的問題不同描述的著眼點(diǎn)不同抽象層次不同53從不同角度看太陽軟件體系結(jié)構(gòu)的研究方法學(xué)院派測重于軟件體系結(jié)構(gòu)形式化理論研究。注重抽象、規(guī)約和演算。實(shí)踐派將軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、描述與表示同傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)建模視為一體，以體系結(jié)構(gòu)作為整個(gè)軟件開發(fā)過程的核心。結(jié)合派試圖將以上二者結(jié)合以來，將形式化理論應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中。54軟件體系結(jié)構(gòu)定義長期以來，CMU-SEI在其網(wǎng)站上公開征集軟件體系結(jié)構(gòu)的定義至今已有百余種。最近較有影響力的定義有：

卡耐基梅隆大學(xué)Bass等人于2003年在軟件構(gòu)架實(shí)踐一書中提出，軟件體系結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(structureorstructures)，包含軟件元素、軟件元素外部可見的屬性以及這些軟件元素之間的關(guān)系。55軟件體系結(jié)構(gòu)定義軟件體系結(jié)構(gòu)定義的發(fā)展演變IEEE610.12

,1990Vestal,1993Garlan,1993Gacek,1995Bosch,2000Perry,2000

IEEEStd1471-2000,200056軟件體系結(jié)構(gòu)定義IEEE610.12(1990年)軟件工程標(biāo)準(zhǔn)詞匯定義：SA={component,connector,environment,

principle}.體系結(jié)構(gòu)是以構(gòu)件、構(gòu)件之間的關(guān)系、構(gòu)件與環(huán)境之間的關(guān)系為內(nèi)容的某一系統(tǒng)的基本組織結(jié)構(gòu),以及指導(dǎo)上述內(nèi)容設(shè)計(jì)與演化的原理。57Honeywell實(shí)驗(yàn)室的Vestal在1993年提出了如下模型：SA={component,idioms/styles,commonpatternsofinteraction}.軟件由構(gòu)件組成，構(gòu)件之間通過通用的互操作模式相連。體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格描述了一種通用的設(shè)計(jì)模式，可滿足特定系列的應(yīng)用需求。58軟件體系結(jié)構(gòu)定義卡耐基梅隆大學(xué)的Garlan于1993年對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)做出了如下定義：

SA={Components,Connectors,Constraints}構(gòu)件（Components）是功能單元，執(zhí)行預(yù)定義的服務(wù)并且與其他構(gòu)件交互。連接器（Connectors）定義交互協(xié)議與策略。約束（Constraints）定義了系統(tǒng)必須服從的規(guī)則。59軟件體系結(jié)構(gòu)定義而南加州大學(xué)的軟件工程研究中心的Gacek于1995年，提出了如下的概念：SA={Components,Connections,Constraints,StakeholderNeeds,Rationale}60軟件體系結(jié)構(gòu)定義在此定義中，構(gòu)件（component）與連接（connection）的設(shè)計(jì)將依照涉眾（Stakeholder）的需求。涉眾（Stakeholder）指參與軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的人員，包括項(xiàng)目經(jīng)理，程序員，市場營銷人員，消費(fèi)者與使用者等。理念（Rationale）指權(quán)衡存在下的策略。該定義反映了對(duì)運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際影響因素，是為了使軟件體系結(jié)構(gòu)研究能將學(xué)術(shù)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。61軟件體系結(jié)構(gòu)定義瑞典Blekinge技術(shù)學(xué)院的Bosch在2000年則對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)給出了如下的定義：Thearchitectureofasoftwaresystemisconcernedwiththetop-leveldecompositionofthesystemintoitsmaincomponents.

軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)從頂層分解為主要構(gòu)件的考量。decomposition62軟件體系結(jié)構(gòu)定義在該定義中，軟件體系結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的唯一部署，僅關(guān)注單一的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。此外需要注意的是，這里的術(shù)語component的涵義有所不同，可以被認(rèn)為是模塊——基本的執(zhí)行單元。63軟件體系結(jié)構(gòu)定義2000年Texas大學(xué)的Perry&Wolf模型如下：SA={elements,form,rational}.64軟件體系結(jié)構(gòu)定義該模型中，軟件體系結(jié)構(gòu)是由一組元素(elements)構(gòu)成。這組元素分成3類：處理元素(processingelements)、數(shù)據(jù)元素(dataelements)和連接元素(connectingelements)。軟件體系結(jié)構(gòu)形式(form)是由專有特性(properties)和關(guān)系(relationship)組成。專有特性用于限制軟件體系結(jié)構(gòu)元素的選擇，關(guān)系用于限制軟件體系結(jié)構(gòu)元素組合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在多個(gè)體系結(jié)構(gòu)方案中選擇合適的體系結(jié)構(gòu)方案往往基于一組準(zhǔn)則(rational)。65軟件體系結(jié)構(gòu)定義同樣在2000年發(fā)布的IEEEStd1471-2000,則對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)做出了如下定義：軟件系統(tǒng)的基本組織，包含構(gòu)件、構(gòu)件之間、構(gòu)件與環(huán)境之間的關(guān)系，以及相關(guān)的設(shè)計(jì)與演化原則等。不僅如此，該標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)所涉及的相關(guān)概念做出了詳細(xì)定義，例如需求者，架構(gòu)師，系統(tǒng)涉眾等等。66IEEEStd1471-2000中的若干概念獲取者(acquirer):

Anorganizationthatprocuresasystem,softwareproduct,orsoftwareservicefromasupplier.(Theacquirercouldbeabuyer,customer,owner,user,orpurchaser.)軟件系統(tǒng)或軟件產(chǎn)品的接收方架構(gòu)(architecting):

Theactivitiesofdefining,documenting,maintaining,improving,andcertifyingproperimplementationofanarchitecture.定義，編檔，維護(hù)，改進(jìn)和驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)正確實(shí)現(xiàn)的一組活動(dòng)67IEEEStd1471-2000中的若干概念架構(gòu)師(architect):

Theperson,team,ororganizationresponsibleforsystemsarchitecture.負(fù)責(zé)軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的個(gè)人，團(tuán)隊(duì)或者組織體系結(jié)構(gòu)描述(architecturaldescription):Acollectionofproductstodocumentanarchitecture.一組記錄軟件體系結(jié)構(gòu)的文檔體系結(jié)構(gòu)(architecture):Thefundamentalorganizationofasystemembodiedinitscomponents,theirrelationshipstoeachother,andtotheenvironment,andtheprinciplesguidingitsdesignandevolution.軟件系統(tǒng)中構(gòu)件，構(gòu)件之間的關(guān)系，構(gòu)件與環(huán)境之間的關(guān)系，以及指導(dǎo)設(shè)計(jì)和演化的基本組織。68IEEEStd1471-2000中的若干概念生命周期模型(lifecyclemodel):Aframeworkcontainingtheprocesses,activities,andtasksinvolvedinthedevelopment,operation,andmaintenanceofasoftwareproduct,whichspansthelifeofthesystemfromthedefinitionofitsrequirementstotheterminationofitsuse.圍繞整個(gè)軟件開發(fā)過程進(jìn)行的一組過程和活動(dòng)，以周而復(fù)始的方式存在軟件系統(tǒng)(system):Acollectionofcomponentsorganizedtoaccomplishaspecificfunctionorsetoffunctions.組織起來完成某些特定功能的一組構(gòu)件69IEEEStd1471-2000中的若干概念系統(tǒng)涉眾(systemstakeholder):Anindividual,team,ororganization(orclassesthereof)withinterestsin,orconcernsrelativeto,asystem.系統(tǒng)利益相關(guān)者視圖(view):

Arepresentationofawholesystemfromtheperspectiveofarelatedsetofconcerns.整個(gè)系統(tǒng)某個(gè)特定角度的表示70如何理解軟件體系結(jié)構(gòu)71體系結(jié)構(gòu)模型視圖2023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)視角72DecompositionPerspectiveRuntimePerspective構(gòu)件/連接器視圖73實(shí)現(xiàn)視圖742023/2/6部署視圖752023/2/6行為視圖76SequenceDiagram(UML)2023/2/6行為視圖77ActivityDiagram(UML)2023/2/6行為視圖78State

Diagram

(UML)2023/2/6用例視圖792023/2/6軟件體系結(jié)構(gòu)的意義體系結(jié)構(gòu)是風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者進(jìn)行交流的手段軟件體系結(jié)構(gòu)代表了系統(tǒng)的公共的高層次的抽象。這樣，系統(tǒng)的大部分有關(guān)人員（即使不是全部）能把它作為建立一個(gè)互相理解的基礎(chǔ)，形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，互相交流。體系結(jié)構(gòu)提供了一種共同語言來表達(dá)各種關(guān)注和協(xié)商，進(jìn)而對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)能進(jìn)行理智的管理。這對(duì)項(xiàng)目最終的質(zhì)量和使用有極大的影響。80軟件體系結(jié)構(gòu)的意義體系結(jié)構(gòu)是早期設(shè)計(jì)決策的體現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)明確了對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的約束條件軟件體系結(jié)構(gòu)決定了開發(fā)和維護(hù)組織的組織結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)制約著系統(tǒng)的質(zhì)量屬性通過研究軟件體系結(jié)構(gòu)可能預(yù)測軟件的質(zhì)量軟件體系結(jié)構(gòu)使推理和控制更改更簡單軟件體系結(jié)構(gòu)有助于循序漸進(jìn)的原型設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)可以作為培訓(xùn)的基礎(chǔ)81軟件體系結(jié)構(gòu)的意義軟件體系結(jié)構(gòu)是可傳遞和可重用的模型軟件體系結(jié)構(gòu)級(jí)的重用意味著體系結(jié)構(gòu)的決策能在具有相似需求的多個(gè)系統(tǒng)中發(fā)生影響，這比代碼級(jí)的重用要有更大的好處。82軟件產(chǎn)品生產(chǎn)線軟件工廠是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為依托，并由計(jì)算機(jī)控制的程序編制環(huán)境，程序的制作、檢查和使用都應(yīng)當(dāng)在此環(huán)境中，并運(yùn)用其中的工具來實(shí)現(xiàn)。建設(shè)軟件工廠是軟件工程化生產(chǎn)的大趨勢。其實(shí)現(xiàn)依賴于對(duì)體系結(jié)構(gòu)、模型、方法、工具的研究。83軟件產(chǎn)品線84軟件生命周期(SoftwareLifeCycle)軟件生命周期軟件從開發(fā)啟動(dòng)啟動(dòng)開始到被放棄為止的過程85要經(jīng)過若干迭代的過程軟件體系結(jié)構(gòu)建模軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類結(jié)構(gòu)模型框架模型動(dòng)態(tài)模型過程模型功能模型

86軟件體系結(jié)構(gòu)建模軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類結(jié)構(gòu)模型這是一個(gè)最直觀、最普遍的建模方法。這種方法以體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、連接件和其他概念來刻畫結(jié)構(gòu)，并力圖通過結(jié)構(gòu)來反映系統(tǒng)的重要語義內(nèi)容，包括系統(tǒng)的配置、約束、隱含的假設(shè)條件、風(fēng)格、性質(zhì)等。研究結(jié)構(gòu)模型的核心是體系結(jié)構(gòu)描述語言。87軟件體系結(jié)構(gòu)建模軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類框架模型框架模型與結(jié)構(gòu)模型類似，但它不太側(cè)重描述結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)而更側(cè)重于整體的結(jié)構(gòu)?？蚣苣Ｐ椭饕砸恍┨厥獾膯栴}為目標(biāo)建立只針對(duì)和適應(yīng)該問題的結(jié)構(gòu)。

88軟件體系結(jié)構(gòu)建模軟件體系結(jié)構(gòu)建模的種類動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型是對(duì)結(jié)構(gòu)或框架模型的補(bǔ)充，研究系統(tǒng)的“大顆粒”的行為性質(zhì)。例如，描述系統(tǒng)的重新配置或