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School of Computer and Information Engineering Harbin University of Commerce 软件体系结构概论 Z. Wang 2 Harbin University of Commerce 主要参考书： 软件体系结构原理、方法与实践 作 者：张友生 等编著 出 版 社： 清华大学出版社 出版时间： 2008-2-1 、再版 2014-1 3 Harbin University of Commerce 软件体系结构概论 从软件危机谈起 构件与软件重用 软件体系结构的兴起和发展 软件体系结构的应用现状 4 Harbin University of Commerce 从软件危机谈起 软件危机的表现 软件成本日益增长 开发进度难以控制 软件质量差 软件维护困难 5 Harbin University of Commerce 软件危机的表现 软件成本日益增长 20世纪 50年代，软件成本在整个计算机系统成本 中所占的比例为 10%-20%。到 20世纪 60年代中期， 软件成本在计算机系统中所占的比例已经增长到 50%左右。 而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自 美国空军计算机系统的数据： 1955年，软件费用 约占总费用的 18%， 1970年达到 60%， 1975年达 到 72%， 1980年达到 80%， 1985年达到 85%左右。 6 Harbin University of Commerce 软件危机的表现 开发进度难以控制 由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻 辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。 在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况 层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实现， 给项目计划和论证工作带来了很大的困难。 盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力。 相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、 培训和管理等方面的问题将更为严重。 7 Harbin University of Commerce 软件危机的表现 软件质量差 软件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人 意。 1965年至 1970年，美国范登堡基地发射火箭 多次失败，绝大部分故障是由应用程序错误造成的。 在“软件作坊”里，由于缺乏工程化思想的指导， 程序员几乎总是习惯性地以自己的想法去代替用户 对软件的需求，软件设计带有随意性，很多功能只 是程序员的“一厢情愿”而已，这是造成软件不能 令人满意的重要因素。 8 Harbin University of Commerce 软件危机的表现 软件维护困难 由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软 件开发标准，各种随意性很大，没有完整的真实反 映系统状况的记录文档，给软件维护造成了巨大的 困难。 特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能 因各种原因已经离开原来的开发组织，使得软件几 乎不可维护。 有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全 部硬件和软件费用的 40%-75%。 9 Harbin University of Commerce 从软件危机谈起 软件危机的原因 用户需求不明确 缺乏正确的理论指导 软件规模越来越大 软件复杂度越来越高 10 Harbin University of Commerce 软件危机的原因 用户需求不明确 在软件开发完成之前，用户不清楚软件的具体需 求； 用户对软件需求的描述不精确，可能有遗漏、有 二义性、甚至有错误； 在软件开发过程中，用户还提出修改软件功能、 界面、支撑环境等方面的要求； 开发人员对用户需求的理解与用户本来愿望有差 异。 11 Harbin University of Commerce 软件危机的原因 缺乏正确的理论指导 缺乏有力的方法学和工具方面的支持。由于软件 不同于大多数其他工业产品，其开发过程是复杂的 逻辑思维过程，其产品极大程度地依赖于开发人员 高度的智力投入。由于过分地依靠程序设计人员在 软件开发过程中的技巧和创造性，加剧软件产品的 个性化，也是发生软件危机的一个重要原因。 12 Harbin University of Commerce 软件危机的原因 软件规模越来越大 随着软件应用范围的增广，软件规模愈来愈大。 大型软件项目需要组织一定的人力共同完成，而多 数管理人员缺乏开发大型软件系统的经验，而多数 软件开发人员又缺乏管理方面的经验。各类人员的 信息交流不及时、不准确、有时还会产生误解。 软件项目开发人员不能有效地、独立自主地处理 大型软件的全部关系和各个分支，因此容易产生疏 漏和错误。 13 Harbin University of Commerce 软件危机的原因 软件复杂度越来越高 软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其 复杂性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智 力的局限性，导致人们无力处理“复杂问题”。 所谓“复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采 用先进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开 发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆 在人们的面前。 14 Harbin University of Commerce 从软件危机谈起 如何克服软件危机 人们面临的不光是技术问题，更重要的是管理问 题。管理不善必然导致失败 。 要提高软件开发效率，提高软件产品质量，必须 采用工程化的开发方法与工业化的生产技术。 在技术上，应该采用基于重用的软件生产技术； 在管理上，应该采用多维的工程管理模式。 15 Harbin University of Commerce 软件体系结构概论 从软件危机谈起 构件与软件重用 软件体系结构的兴起和发展 软件体系结构的应用现状 16 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件模型及实现 构件的定义： 构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的 单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统； 结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的 复合体。 17 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件模型及实现 构件的定义： 简单地说，构件是具有一定的功能，能够独立工作或能同 其他构件装配起来协调工作的程序体，构件的使用同它的 开发、生产无关。 从抽象程度来看，面向对象技术己达到了类级重用 (代码重 用 )，它以类为封装的单位。这样的重用粒度还太小，不足 以解决异构互操作和效率更高的重用。 18 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件模型及实现 构件模型： 构件模型 (model)是对构件本质特征的抽象描述。 目前，国际上己经形成了许多构件模型，这些模型的目标 和作用各不相同，其中部分模型属于参考模型 (例如 3c模 型 )，部分模型属于描述模型 (例如 RESOLVE 模型和 REBOOT 模型 )，还有一部分模型属于实现模型。 19 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件模型及实现 近年来，已形成 3个构件模型的主要流派： OMG（ Object Management Group，对象管理 集团）的 CORBA（ Common Object Request Broker Architecture， 通用对象请求代理结构 ） Sun的 EJB（ Enterprise Java Bean） Microsoft的 DCOM（ Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）。 20 Harbin University of Commerce CORBA CORBA（ Common Object Request Broker Architecture,公共 对象请求代理 体系结构 ，通用对 象请求代理 体系结构 ）是由 OMG组织制订的一种标 准的 面向对象 应用程 序体系规范。或者说 CORBA 体系结构 是对象管理组织（ OMG）为解决 分布式处 理 环境 (DCE)中，硬件和 软件系统 的互连而提出的一 种解决方案； OMG组织是一个国际性的 非盈利组织 ，其职责是为应用开发提供一个公共框架，制订工业 指南和对象管理规范，加快对象技术的发展。 21 Harbin University of Commerce EJB EJB是 sun的 JavaEE服务器端 组件模型 ，设计目标 与核心应用是部署分布式 应用程序 。凭借 java跨平台 的优势，用 EJB技术部署的 分布式系统 可以不限于特 定的平台。 EJB (Enterprise JavaBean)是 J2EE(javaEE)的一部分，定义了一个用于开发基于 组件的企业多重 应用程序 的标准。其特点包括 网络服 务 支持和核心开发工具 (SDK)。 22 Harbin University of Commerce DCOM DCOM（分布式 组件对象模型 ,分布式组件对象 模式 ）是一系列 微软 的概念和 程序接口 ，利用这个接口， 客户端 程序对象能够请求来自网络中另一台 计算机 上 的 服务器 程序对象。 DCOM基于 组件对象模型 （ COM）， COM提供了一套允许同一台 计算机 上的 客 户端 和 服务器 之间进行通信的接口（运行在 Windows95或者其后的版本上）。 23 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件模型及实现 近年来，已形成 3个构件模型的主要流派： OMG（ Object Management Group，对象管理 集团）的 CORBA（ Common Object Request Broker Architecture， 通用对象请求代理结构 ） Sun的 EJB（ Enterprise Java Bean） Microsoft的 DCOM（ Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）。 24 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件模型及实现 这些实现模型将 构件的接口与实现进行了有效的分离 ，提 供了构件交互的能力，从而增加了重用的机会，并适应了 目前网络环境下大型软件系统的需要。 国内许多学者在构件模型的研究方面做了不少的工作，取 得了一定的成绩，其中较为突出的是北大杨芙英清院士等 人提出的：青鸟构件模型。 25 Harbin University of Commerce 参数化属性 构件名称 功能描述 虚拟成员 所需的构件 具体成员 成员关系 提供的 功能 构件与软件重用 构件模型及实现 青鸟构件模型 26 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 青鸟构件模型 青鸟构件模型充分吸收了上述模型的优点，并与它们相 容。青鸟构件模型由外部接口与内部结构两部分组成。 1、外部接口 构件的外部接口是指构件向其重用者提供的基本信息， 包括构件名称、功能描述、对外功能接口、所需的构件、 参数化属性等。外部接口是构件与外部世界的一组交互点， 说明了构建所提供的服务（ 消息、操作、变量 ）。 27 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 青鸟构件模型 2、内部结构 构件的内部结构包括两方面内容 :内部成员以及内部成员 之间的关系。 其中，内部成员包括具体成员与虚拟成员， 而成员关系包括内部成员之间的互联以及内部成员与外部 接口之间的互联。 构件实现是指具体实现构件功能的逻辑系统，通常也称 为代码构件。 构件实现由构件生产者完成，构件重用者则 不必关心构件的实现细节。 重用者在重用构件时，可以对 其定制，也可以对其特例化。 28 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件获取 从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或 作适应性修改，得到可重用的构件； 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取 出来，得到可重用的构件； 从市场上购买现成的商业构件，即 COTS （ Commercial Off-The-Shell）构件； 开发新的符合要求的构件。 29 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件管理 构件描述 构件分类与组织 人员及权限管理 30 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件描述 构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构 件的制作与构件的重用提供依据； 从管理角度出发，也需要对构件进行描述，例如： 实现方式、实现体、注释、生产者、生产日期、大 小、价格、版本和关联构件等信息，它们与构件模 型共同组成了对构件的完整描述。 31 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件分类与组织 关键字分类法 刻面分类法 超文本组织方法 32 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 关键字分类法 图形用户界面 键 盘 事 件 处 理 拖 放 处 理 数 据 录 入 对 话 框 信 息 对 话 框 文字 窗口 图形 窗口 对话框菜单 事件处理窗口 点 击 处 理 弹 出 式 菜 单 主 菜 单 33 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 刻面分类法 使用环境 应用领域 功能 层次 表示方法 34 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 超文本组织法 35 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 人员及权限管理 一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公 共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系统管理员。 36 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件重用 检索与提取构件 理解与评价构件 修改构件 构件组装 37 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 检索与提取构件 基于关键字的检索 刻面检索法 超文本检索法 其他检索方法 38 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 理解与评价构件 构件的功能与行为 相关的领域知识 可适应性约束条件与例外情形 可以预见的修改部分及修改方法 39 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 修改构件 理想的情形是对库中的构件不作修改而直接用于 新的软件项目。 但是，在大多数情况下，必须对构件进行或多或 少的修改，以适应新的需求。 为了减少构件修改的工作量，要求开发人员尽量 使构件的功能、行为和接口设计更为抽象化、通用 化和参数化。 40 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件组装 基于功能的组装技术 基于数据的组装技术 面向对象的组装技术 41 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件组装 基于功能的组装技术 基于功能的组装技术采用子程序调用和参数传递 的方式将构件组装起来。它要求库中的构件以子程 序 /过程 /函数的形式出现，并且接口说明必须清晰。 当使用这种组装技术进行软件开发时，开发人员首 先应对目标软件系统进行功能分解，将系统分解为 强内聚、松耦合的功能模块。然后根据各模块的功 能需求提取构件，对它进行适应性修改后再挂接在 上述功能分解框架中。 42 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件组装 基于数据的组装技术 首先根据当前软件问题的核心数据结构设计出一 个框架，然后根据框架中各结点的需求提取构件并 进行适应性修改，再将构件逐个分配至框架中的适 当位置。此后，构件的组装方式仍然是传统的子程 序调用与参数传递。这种组装技术也要求库中构件 以子程序形式出现，但它所依赖的软件设计方法不 再是功能分解，而是面向数据的设计方法，例如 Jackson系统开发方法。 43 Harbin University of Commerce 构件与软件重用 构件组装 面向对象的组装技术： 构造法 在子类中引进基类的对象作为子类的成员变量，然后在子 类中通过成员变量重用基类的属性和方法。 子类法 将新子类直接说明为库中基类的子类，通过继承和修改基 类的属性与行为完成新子类的定义。 44 Harbin University of Commerce 体系结构的兴起和发展 背景资料 随着软件系统规模越来越大、越来越复杂，整个 系统的结构和规格说明显得越来越重要。 对于大规模的复杂软件系统来说，对总体的系统 结构设计和规格说明比起对计算的算法和数据结构 的选择已经变得明显重要得多。 对软件体系结构的系统、深入的研究将会成为提 高软件生产率和解决软件维护问题的新的最有希望 的途径。 45 Harbin University of Commerce 体系结构的兴起和发展 背景资料 事实上，软件总是有体系结构的，不存在没有体 系结构的软件。 软件体系结构虽脱胎于软件工程，但其形成同时 借鉴了计算机体系结构和网络体系结构中很多宝贵 的思想和方法，最近几年软件体系结构研究已完全 独立于软件工程的研究， 成为计算机科学的一个最 新的研究方向和独立学科分支 。 46 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 Dewayne Perry和 A1exander Wo1f 软件体系结构是具有一定形式的结构化元素，即 构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。 处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加 工的信息，连接构件把体系结构的不同部分组合连 接起来。 这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件，这一 思想在其他的定义和方法中基本上得到保持。 47 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 Mary Shaw和 David Garlan 软件体系结构是软件设计过程中的一个层次，这 一层次超越计算过程中的算法设计和数据结构设计。 体系结构问题包括总体组织和全局控制、通讯协 议、同步、数据存取，给设计元素分配特定功能， 设计元素的组织，规模和性能，在各设计方案间进 行选择等。 软件体系结构处理算法与数据结构之上关于整体 系统结构设计和描述方面的一些问题，如全局组织 和全局控制结构、关于通讯、同步与数据存取的协 议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设计方 案的选择、评估与实现等。 48 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 Kruchten 软件体系结构有四个角度，它们从不同方面对系 统进行描述： 概念角度描述系统的主要构件及它们之间的关 系； 模块角度包含功能分解与层次结构； 运行角度描述了一个系统的动态结构； 代码角度描述了各种代码和库函数在开发环境 中的组织。 49 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 Hayes Roth 软件体系结构是一个抽象的系统规范，主要包括 用其行为来描述的功能构件和构件之间的相互连接、 接口和关系。 50 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 David Garlan 和 Dewne Perry 软件体系结构是一个程序系统各构件的结构、它 们之间的相互关系以及进行设计的原则和随时间演化 的指导方针。 51 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 Barry Boehm 软件体系结构包括一个软件和系统构件，互联及约 束的集合；一个系统需求说明的集合；一个基本原理 用以说明这一构件，互联和约束能够满足系统需求。 52 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 Bass， Ctements 和 Kazman 软件体系结构包括一个或一组软件构件、软件构件 的外部的可见特性及其相互关系。其中，“软件外部 的可见特性”是指软件构件提供的服务、性能、特性、 错误处理、共享资源使用等。 53 Harbin University of Commerce 软件体系结构的定义 我们的定义 软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为 和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这 些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些 模式的约束组成。软件体系结构不仅指定了系统的 组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成 系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策 的基本原理。 54 Harbin University of Commerce 软件体系结构的意义 体系结构是风险承担者进行交流的手段 软件体系结构代表了系统的公共的高层次的抽象。 这样，系统的大部分有关人员（即使不是全部）能 把它作为建立一个互相理解的基础，形成统一认识， 互相交流。 体系结构提供了一种共同语言来表达各种关注和 协商，进而对大型复杂系统能进行理智的管理。这 对项目最终的质量和使用有极大的影响。 55 Harbin University of Commerce 软件体系结构的意义 体系结构是早期设计决策的体现 （ 1）软件体系结构明确了对系统实现的约束条件 （ 2）软件体系结构决定了开发和维护组织的组织 结构 （ 3）软件体系结构制约着系统的质量属性 （ 4）通过研究软件体系结构可能预测软件的质量 （ 5）软件体系结构使推理和控制更改更简单 （ 6）软件体系结构有助于循序渐进的原型设计 （ 7）软件体系结构可以作为培训的基础 56 Harbin University of Commerce 软件体系结构的意义 软件体系结构是可传递和可重用的模型 软件体系结构级的重用意味着体系结构的决策能 在具有相似需求的多个系统中发生影响，这比代码 级的重用要有更大的好处。 57 Harbin University of Commerce 软件体系结构的发展史 “无体系结构 ” 设计阶段 萌芽阶段 以汇编语言进行小规模应用程序开 发为特征 以描述系统的高层抽象结构为中心， 不关心具体的建模细节，划分了体系 结构模型与传统软件结构的界限，该 阶段以 Kruchten提出的 “ 4+1”模型为 标志 出现了从不同侧面描述系统的结构模 型，以 UML为典型代表。 出现了程序结构设计主题，以控制流 图和数据流图构成软件结构为特征 高级阶段 初期阶段 58 Harbin University of Commerce 软件体系结构的发展史 Perry和 Wolf认为 未来的年代是研究软件体系结构的时代 59 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 软件体系结构描述语言 体系结构描述构造与表示 体系结构分析、设计与验证 体系结构发现、演化与重用 基于体系结构的软件开发方法 特定领域的体系结构框架 软件体系结构支持工具 软件产品线体系结构 建立评价软件体系结构的方法 60 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 软件体系结构描述语言 ADL提供了具体的语法与刻画体系结构的概念框 架。 ADL使得系统开发者能够很好地描述他们设 计的体系结构，以便与他人交流，能够用提供的工 具对许多实例进行分析。 61 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构描述构造与表示（ 1） 按照一定的描述方法，用体系结构描述语言对体 系结构进行说明的结果则称为体系结构的表示，而 将描述体系结构的过程称为体系结构构造 62 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构描述构造与表示（ 2） （ 1） Kruchten提出的“ 4+1”模型。 （ 2） Booch从 UML的角度给出了一种由设计视图、 过程视图、实现视图和部署视图，再加上一个用例视 图构成的体系结构描述模型。 （ 3） IEEE于 1995年成立了体系结构工作组，起草了 体系结构描述框架标准 IEEE P1471。 （ 4） Rational从资产重用的角度提出了体系结构描 述的规格说明框架。 63 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（ 1） 体系结构分析的内容可分为结构分析、功能分析和非功能 分析。 非功能分析：定量分析方法、推断分析方法。 Kazman等人提出了一种非功能分析的体系结构分析方法 SAAM，并运用场景技术，提出了基于场景的体系结构分 析方法，而 Barbacci等人提出了多质量属性情况下的体系 结构质量模型、分析与权衡方法 ATAM（见第九章）。 64 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（ 2） 生成一个满足软件需求的体系结构的过程即为体系结构设 计。体系结构设计过程的本质在于：将系统分解成相应的 组成成分（如构件、连接件），并将这些成分重新组装成 一个系统。 65 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（ 3） 体系结构设计有两大类方法：过程驱动方法和问题列表驱 动方法。 基于过程驱动的体系结构设计方法适用范围广，易于裁减， 具备动态特点，通用性与实践性强。 问题列表驱动法的基本思想是枚举设计空间，并考虑设计 维的相关性，以此来选择体系结构的风格。该方法适用于 特定领域，是静态的，并可以实现量化体系结构设计空间。 66 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（ 4） 体系结构设计研究的重点内容之一就是体系结构风格或模 式，体系结构模式在本质上反映了一些特定的元素、按照 特定的方式组成一个特定的结构，该结构应有利于上下文 环境下的特定问题的解决。 67 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（ 5） 体系结构模式分为两个大类：固定术语和参考模型。 已知的固定术语类的体系结构模型包括管道过滤器、客户 / 服务器、面向对象、黑板、分层、对等模式、状态转换、 一些派生的固定术语类的体系结构模式，包括 Gen Voca， C2和 REST等；而参考模型则相对较多，常常与特定领域 相关。 68 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构分析、设计与验证（ 6） 体系结构测试着重于仿真系统模型，解决体系结构层的主 要问题。由于测试的抽象层次不同，体系结构测试策略可 以分为单元 /子系统 /集成 /验收测试等阶段的测试策略。 在体系结构集成测试阶段， Debra等人提出了一组针对体 系结构的测试覆盖标准， Paola Inveradi提出了一种基于 CHAM的体系结构语义验证技术。 69 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构发现、演化与重用（ 1） 体系结构发现解决如何从已经存在的系统中提取软件的体 系结构，属于逆向工程范畴。 Waters等人提出了一种迭代式体系结构发现过程，即由不 同的人员对系统进行描述，然后对这些描述进行分类并融 合，发现并解除冲突，将体系结构新属性加入到已有的体 系结构模型中，并重复该过程直至体系结构描述充分。 70 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构发现、演化与重用（ 2） 由于系统需求、技术、环境、分布等因素的变化而最终导 致软件体系结构的变动，称之为软件体系结构演化。 软件系统在运行时刻的体系结构变化称为体系结构的动态 性，而将体系结构的静态修改称为体系结构扩展。体系结 构扩展与体系结构动态性都是体系结构适应性和演化性的 研究范畴。 71 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 体系结构发现、演化与重用（ 3） 体系结构重用属于设计重用，比代码重用更抽象。由于软 件体系结构是系统的高层抽象，反映了系统的主要组成元 素及其交互关系，因而较算法更稳定，更适合于重用。 体系结构模式就是体系结构重用研究的一个成果，而体系 结构参考模型则是特定域软件体系结构的重用的成熟的象 征。 72 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 基于体系结构的软件开发方法（ 1） 在引入了体系结构的软件开发之后，应用系统的构造过程 变为“问题定义 软件需求 软件体系结构 软件设计 软件实现” 可以认为软件体系结构架起了软件需求与软件设计之间的 一座桥梁。 73 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 基于体系结构的软件开发方法（ 2） 软件开发模型是跨越整个软件生存周期的系统开发、 运行、维护所实施的全部工作和任务的结构框架，给 出了软件开发活动各阶段之间的关系。 常见的软件开发模型大致可分为三种类型 : （ 1）以软件需求完全确定为前提的瀑布模型。 （ 2）在软件开发初始阶段只能提供基本需求时采用的渐 进式开发模型，如螺旋模型等。 （ 3）以形式化开发方法为基础的变换模型。 74 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 基于体系结构的软件开发方法（ 3） 所有开发方法都是要解决需求与实现之间的差距。 但是，这三种类型的软件开发模型都存在这样或那 样的缺陷，不能很好地支持基于软件体系结构的开 发过程。 在基于构件和基于体系结构的软件开发逐渐成为 主流情况下，已经出现了基于构件的软件工程。 但是， 对体系结构的描述、表示、设计和分析以 及验证等内容的研究还相对不足 ，随着需求复杂化 及其演化，切实可行的体系结构设计规则与方法将 更为重要。 75 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 特定领域的体系结构框架 特定领域的体系结构是将体系结构理论应用到具体领域的 过程，常见的 DSSA有： CASE体系结构、 CAD软件的参 考模型、信息系统的参考体系结构、网络体系结构 DSSA、 机场信息系统的体系结构和信息处理 DSSA等。国内学者 提出的 DSSA有：北京邮电大学周莹新博士提出的电信软 件的体系结构，北京航空航天大学金茂忠教授等人提出的 测试环境的体系结构等。 76 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 软件体系结构支持工具 几乎每种体系结构都有相应的支持工具，如 Unicon， Aesop等体系结构支持环境， C2的支持环境 ArchStudio，支持主动连接件的 Tracer工具等。 支持体系结构分析的工具，如支持静态分析的工具、 支持类型检查的工具、支持体系结构层次依赖分析的 工具、支持体系结构动态特性仿真工具、体系结构性 能仿真工具等。 77 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 软件产品线体系结构（ 1） 产品线代表着一组具有公共的系统需求集的软件系统， 它们都是根据基本的用户需求对标准的产品线构架进 行定制，将可重用构件与系统独有的部分集成而得到 的。 软件产品线是一个十分适合专业的软件开发组织的软 件开发方法，能有效地提高软件生产率和质量、缩短 开发时间、降低总开发成本。 78 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 软件产品线体系结构（ 2） 软件体系结构有利于形成完整的软件产品线。 体系结构在软件产品线的开发中具有至关重要的作用， 在这种开发生产中，基于同一个软件体系结构，可以 创建具有不同功能的多个系统。 79 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 建立评价软件体系结构的方法 目前，常用的三个软件体系结构评估方法是： （ 1）体系结构权衡分析方法（ ATAM方法） （ 2）软件体系结构分析方法（ SAAM方法） （ 3）中间设计的积极评审（ ARID方法） 80 Harbin University of Commerce 软件体系结构的应用现状 目前，软件体系结构尚处在迅速发展之中，越来越多 的研究人员正在把注意力投向软件体系结构的研究。 关于软件体系结构的研究工作主要在国外展开的，国 内到目前为止对于软件体系结构的研究尚处在起步阶 段。软件体系结构在国内未引起人们广泛注意的原因 主要有两点： 1）软件体系结构从表面上看起来是一个老话题，似 乎没有新东西。 2）与国外相比，国内对大型和超大型复杂软件系统 开发的经历相对较少，对软件危机的灾难性体会没有 国外深刻，因而对软件体系结构研究的重要性和必要 性的认识还不很充分。 81 Harbin University of Commerce 本章作业与思考题 1、就项目管理方面而言，软件重用项目与非重用项 目有哪些不同之处。 2、为什么要研究软件体系结构？ 3、根据软件体系结构的定义，你认为软件体系结构 的模型应该由哪些部分组成？ 4、在软件体系结构的研究和应用中，你认为还有哪 些不足之处？