系统架构设计

学习目标

通过本章学习，你应该能够：

• 理解软件架构的定义和在生命周期各阶段的作用
• 掌握基于架构的软件开发方法（ABSD）
• 熟练掌握各种软件架构风格及其特点
• 理解特定领域软件架构（DSSA）的概念
• 了解中间件技术和典型应用架构

软件架构基础

架构的定义

软件架构（Software Architecture）是指系统的一个或多个结构，包括：

• 软件的 构件（程序模块、类、中间件等）
• 构件的 外部可见属性
• 构件之间的 相互关系

mindmap
  root((软件架构))
    构件
      程序模块
      类
      中间件
    属性
      外部可见特性
      接口定义
    关系
      调用关系
      依赖关系
      数据流

架构与生命周期

软件架构贯穿整个软件生命周期，各阶段的作用不同：

架构描述语言（ADL）

ADL 的主要组成部分：

graph LR
    A[组件] --> B[组件接口]
    C[连接件] --> D[架构配置]

    A -.-> C
    B -.-> D

典型的 ADL 语言：Unicon、Rapide、Darwin、Wright、C2SADL、Acme 等。

基于架构的软件开发方法（ABSD）

ABSD 核心概念

ABSD 是体系结构 驱动 的设计方法，驱动因素包括：

• 商业需求
• 质量需求
• 功能需求

ABSD 描述方式

基于架构的开发模型

graph TB
    A[架构需求] --> B[架构设计]
    B --> C[架构文档化]
    C --> D[架构复审]
    D --> E[架构实现]
    E --> F[架构演化]

    D -.->|发现问题| B
    F -.->|需求变化| A

六个子过程详解

提出架构模型 → 映射构件 → 分析构件交互 → 设计评审

分析与设计 → 构件实现 → 构件组装 → 系统测试

需求变化归类 → 演化计划 → 构件变动 → 更新交互 → 组装测试 → 技术评审 → 演化后架构

软件架构风格

架构风格概述

软件架构风格定义了：

• 词汇表：包含构件和连接件
• 约束：定义构件和连接件的组合方式

风格分类总览

mindmap
  root((架构风格))
    数据流风格
      批处理
      管道-过滤器
    调用/返回风格
      主程序/子程序
      面向对象
      层次结构
      C/S
      B/S
    数据中心风格
      仓库
      黑板
    虚拟机风格
      解释器
      规则系统
    独立构件风格
      进程通信
      事件系统

数据流风格

管道-过滤器风格

graph LR
    A[数据源] --> F1[过滤器1]
    F1 --> F2[过滤器2]
    F2 --> F3[过滤器3]
    F3 --> B[数据汇]

    style F1 fill:#e1f5fe
    style F2 fill:#e1f5fe
    style F3 fill:#e1f5fe

批处理 vs 管道-过滤器

调用/返回风格

层次型架构

graph TB
    A[表示层] --> B[业务逻辑层]
    B --> C[数据访问层]
    C --> D[数据层]

C/S 架构

graph LR
    A[表示层<br>用户界面] --> B[功能层<br>业务逻辑]
    B --> C[数据层<br>数据管理]

B/S 架构

三层结构：浏览器 → Web 服务器 → 数据库服务器

数据中心风格

仓库风格

graph TB
    subgraph 独立构件
        C1[构件1]
        C2[构件2]
        C3[构件3]
    end

    C1 <--> DB[(中央数据存储)]
    C2 <--> DB
    C3 <--> DB

黑板风格

虚拟机风格

解释器风格

典型应用：Java 虚拟机、专家系统

规则系统风格

组成：知识库 + 规则解释器 + 规则/数据选择器 + 工作内存

独立构件风格

事件系统（隐式调用）风格

典型应用：Windows 图形界面、调试器断点机制

C2 风格

graph TB
    C1[构件1] <--> CONN1[连接件]
    C2[构件2] <--> CONN1
    CONN1 <--> CONN2[连接件]
    C3[构件3] <--> CONN2

特点：构件通过连接件连接，构件与构件之间无直接连接

特定领域软件架构（DSSA）

DSSA 概念

DSSA 是在 特定领域 中为一组应用提供组织结构参考的 标准软件体系结构。

四大特征：

mindmap
  root((DSSA特征))
    领域性
    普遍性
    抽象性
    可复用性

DSSA 基本活动

DSSA 三层模型

架构复用

复用类型

可复用资产

需求、架构设计、元素、建模分析、测试、项目规划、过程方法工具、人员、样本系统、缺陷消除

中间件技术

中间件定义

中间件是处于 操作系统和应用程序之间 的软件，用于：

• 在不同技术之间共享资源
• 连接异构的网络环境
• 整合不同的操作系统和数据库

中间件五大类型

典型应用架构

J2EE 架构

graph TB
    A[客户层组件] --> B[Web层组件]
    B --> C[业务层组件]
    C --> D[信息系统层]

典型技术栈：JSP + Servlet + JavaBean + DAO

.NET 架构

.NET 框架处于操作系统和应用语言之间，仅适用于微软系统，而 J2EE 支持跨平台。

设计模式层次

总结

mindmap
  root((系统架构设计))
    基础概念
      架构定义
      生命周期各阶段
      ADL
    开发方法
      ABSD
      六个子过程
    架构风格
      数据流风格
      调用返回风格
      数据中心风格
      虚拟机风格
      独立构件风格
    高级主题
      DSSA
      架构复用
      中间件

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