软件体系结构1软件体系结构发展中的若干重要问题

THU SAGroup 课 程 编 号 ： 74100152软 件 体 系 结 构 （ 1）软 件 体 系 结 构 发 展 中 的 若 干 重 要 问 题 覃 征 教 授 THU SAGroup课 程 简 介1 软 件 体 系 结 构 的 定 义 和 发 展 综 述2 工 业 软 件 体 系 结 构 的 主 要 分 类3 软 件 体 系 结 构 的 发 展 方 向4 案 例 研 究5 2 v授 课 教 师 主 讲 教 授 : 覃 征 办 公 室 清 华 大 学 软 件 学 院 208室 电 话 62795399 电 子 邮 件 助 教 组 邢 剑 宽 章 晋 学 zhang- THU SAGroup 3 v 教 材 及 参 考 书 教 材 覃 征 等 ， 软 件 体 系 结 构 （ 第 二 版 ） ， 清 华 大 学 出 版 社 ， 2008 Qin Zheng et al.， Software Architecture， Springer Verlag, 2008 其 它 参 考 资 料 Len Bass,Paul Clements,Rick Kazman,Software Architecture in Practice 2nd ed, Addison Wesley, 2003 Paul Clements, Rick Kazman, Mark Klein, Evaluating Software Architectures, 清 华 大 学 出 版 社 , 2003 Paul Clements, Linda Northrop, Software Product Line: Practices and Patterns, 清 华 大 学 出 版 社 , 2003 Christine Hofmeister, Robert Nord, Dilip Soni, Applied Software Architecture, Addison Wesley, 2000 Jacobson, Software Reuse: Architecture, Process, and Organization for Business Success, Addison Wesley, 2000THU SAGroup 4 THU SAGroup 5 v课 程 目 标 掌 握 软 件 体 系 结 构 的 概 念 、 组 成 和 相 关 领 域 国 内 外 研究 现 状 。 明 确 软 件 体 系 结 构 划 分 标 准 、 设 计 原 则 。 学 习 软 件 体 系 结 构 构 建 模 型 、 软 件 体 系 结 构 组 态 分 析方 法 、 软 件 体 系 结 构 形 式 化 描 述 方 法 、 软 件 体 系 结 构集 成 开 发 环 境 的 设 计 与 实 现 方 法 几 个 方 面 的 知 识 ， 并掌 握 在 实 际 系 统 开 发 过 程 中 分 析 、 设 计 、 应 用 软 件 体系 结 构 思 想 的 技 能 。 THU SAGroup 6 v课 程 成 绩 平 时 ： 40% 课 堂 测 试 ： 10%（ 课 堂 提 问 、 课 堂 考 试 、 课 堂 报 告 ） 平 时 作 业 ： 30% 期 末 考 查 ： 60% 考 试 形 式 ： 以 45人 为 一 个 小 组 ， 共 同 完 成 一 个 规定 题 目 的 科 技 论 文 THU SAGroup 7 v课 程 安 排 第 一 讲 ： 软 件 体 系 结 构 发 展 中 的 若 干 重 要 问 题 ( 3) 第 二 讲 ： 软 件 体 系 结 构 风 格 与 模 式 ( 9） 第 三 讲 ： 软 件 体 系 结 构 组 态 分 析 与 应 用 (2*) 第 四 讲 ： 软 件 体 系 结 构 形 式 化 描 述 (6) 第 五 讲 ： CSP和 软 件 体 系 结 构 描 述 语 言 (3*) 第 六 讲 ： 软 件 体 系 结 构 集 成 开 发 环 境 的 设 计 与 实 现 (3) 第 七 讲 ： 柔 性 软 件 体 系 结 构 ( 3*) 第 八 讲 ： 软 件 体 系 结 构 研 究 的 展 望 ( 3)括 号 中 为 课 时 数 ， 带 星 的 为 助 教 课THU SAGroup 8 THU SAGroup 9 什 么 是 软 件 体 系 结 构如 何 利 用 软 件 体 系 结 构 进 行宏 观 设 计软 件 体 系 结 构 设 计 案 例 分 析 如 何 利 用 形 式 化 基 础 描 述 软件 体 系 结 构如 何 进 行 软 件 体 系 结 构 开 发什 么 是 柔 性 软 件 体 系 结 构 软 件 体 系 结 构 还 有 什 么 研 究 问 题 THU SAGroup课 程 简 介1 软 件 体 系 结 构 的 定 义 和 发 展 综 述2 工 业 软 件 体 系 结 构 的 主 要 分 类3 软 件 体 系 结 构 的 发 展 方 向4 案 例 研 究5 10 v什 么 是 软 件 软 件 一 般 认 为 由 三 部 分 组 成 ： 程 序 ： 在 运 行 时 ， 能 提 供 所 希 望 的 功 能 和 性 能 的指 令 集 。 数 据 结 构 ： 使 程 序 能 够 正 确 运 行 的 数 据 结 构 。 文 档 ： 描 述 程 序 研 制 过 程 、 方 法 及 使 用 的 文 档 。THU SAGroup 11 v软 件 的 特 点 抽 象 性 ： 逻 辑 实 体 ， 可 记 录 ， 但 看 不 到 可 复 制 性 ： 与 开 发 成 本 相 比 ， 复 制 成 本 很 低 无 折 旧 受 硬 件 制 约 未 完 全 摆 脱 手 工 工 艺 开 发 费 用 高 THU SAGroup 12 v计 算 机 软 件 发 展 的 三 个 时 期 早 期 时 代 （ 60年 代 中 期 之 前 ） 程 序 设 计 阶 段 硬 件 通 用 ， 软 件 专 用 ； 程 序 规 模 小， 编 写 者 和 使 用 者 为 同 一 人 （ 同 组 人 ） 。 第 二 代 （ 60年 代 中 期 -70年 代 中 期 ） 程 序 系 统 阶 段 出 现 “ 软 件 作 坊 ” 、 产 品 软 件 ； “个 体 化 ” 开 发 方 法 。 第 三 代 （ 70年 代 中 期 之 后 ） 软 件 工 程 阶 段 软 件 开 发 成 为 一 门 新 兴 的 工 程 学 科 软 件 工 程。 THU SAGroup 13 THU SAGroup 14 程 序 设 计 程 序 系 统 软 件 工 程软 件 范 畴 程 序 程 序 及 说 明 书 产 品 软 件 （ 项目 软 件 ）主 要 程 序 设 计 语 言 汇 编 及 机 器 语 言 高 级 语 言 高 级 语 言 系 统软 件 工 作 范 围 程 序 编 写 设 计 、 测 试 软 件 生 存 期需 求 者 程 序 设 计 者 本 人 少 数 用 户 市 场 用 户计 算 机 软 件 发 展 的 三 个 时 期 及 特 点 THU SAGroup 15 程 序 设 计 程 序 系 统 软 件 工 程维 护 责 任 者 程 序 设 计 者 开 发 小 组 专 职 维 护 人 员硬 件 特 征 价 高 、 存 储 量 小 、稳 定 性 差 价 低 、 速 度 、容 量 、 稳 定 性明 显 提 高 向 超 高 速 、 大容 量 、 微 型 化发 展软 件 特 征 完 全 不 受 重 视 软 件 技 术 的 发展 不 满 足 需 要 ，出 现 软 件 危 机 开 发 技 术 有 进步 ， 但 未 获 得突 破 性 进 展 ，软 件 危 机 没 有完 全 摆 脱计 算 机 软 件 发 展 的 三 个 时 期 及 特 点 v我 们 需 要 的 是 软 件 符 合 质 量 要 求 ！ ！ 软 件 需 求 是 进 行 “ 质 量 ” 度 量 的 基 础 ， 与 需 求 不 符 就是 质 量 不 高 。 通 常 有 一 组 “ 隐 含 需 求 （ implicit requirements） ”是 不 被 提 及 的 （ 如 对 维 护 性 的 需 求 ） 。 如 果 软 件 符 合了 明 确 的 需 求 却 没 有 满 足 隐 含 需 求 ， 软 件 质 量 仍 然 值得 怀 疑 。 THU SAGroup 16 性 能Performance 可 用 性Usability可 靠 性Availability可 扩 展 性Extensibility安 全 性 Security功 能 性Functionality 随 着 社 会 的 巨 大 进 步 ,计 算 机 系 统 的 整 体 发 展 ,新 技 术 的不 断 涌 现 ,使 计 算 机 应 用 的 需 求 迅 速 增 加 。 而 软 件 费 用 的增 加 ,高 可 靠 性 能 下 降 ,维 护 工 作 量 增 大 ,出 现 了 严 重 的 “软 件 危 机 ” 。 软 件 危 机 已 经 持 续 了 三 十 多 年 ， 表 现 为 ： 软 件 的 产 品 质 量 难 以 保 障 软 件 的 开 发 效 率 难 以 提 高 THU SAGroup 17 THU SAGroup 18 软 件 失 败Software Failure最 常 见 错 误 形 式 ：变 量 取 值 超 过允 许 范 围 用 户 使 用 软 件 超 载（ Overload）现 代 系 统 的 复 杂 性往 往 集 中 于 软 件 部 分 （ complexity）代 码 正 确 ， 设 计 错 误（ Design Error） 其 他软 件 开 发 者 不 参 与 情 况 下操 作 系 统 以 及 硬 件 改 变 软 件 失 败 的 原 因 v解 决 问 题 的 想 法 更 好 的 管 理 （ Better management） 出 众 的 团 队 组 织 （ Different team organizations） 更 好 的 语 言 和 工 具 （ Better languages reprinted in IEEE Software, vol. 1, no. 1, 1984, pp. 1128.v J.A. Mills, “A Pragmatic View of the System Architect,” Comm. ACM, vol. 28, no. 7, 1985, pp. 708717.v W.E. Royce and W. Royce, “Software Architecture: Integrating Process and Technology,” TRW Quest, vol. 14, no. 1, 1991, pp. 215. v M. Shaw and P. Clements, “A Field Guide to Boxology: Preliminary Classification of Architectural Styles for Software Systems,” Proc. 21st Intl Computer Software and Applications Conf. (COMPSAC 97), IEEE CS Press, 1997, pp. 613.v M. Shaw, “The Coming-of-Age of Software Architecture Research,” Proc. 23rd Intl Conf. Software Eng. (ICSE 01), IEEE CS Press, 2001, pp. 656664a. THU SAGroup 36 THU SAGroup 37Mary Shaw玛 丽 娋 Frederick Brooks弗 兰 德 里 克 布 鲁 克 斯 Barry Boehm拜 瑞 波 姆 Carliss Baldwin卡 利 斯 鲍 德 温 NSF 2007 Science of Design Principal Investigators (PI) Meeting THU SAGroup 38 萌 芽 期 发 展 期 成 熟 期 THU SAGroup 39 THU SAGroup 40 什 么 是 软 件 体 系 结 构 ? THU SAGroup 41 THU SAGroup 42 THU SAGroup 43 THU SAGroup 44 THU SAGroup 45 THU SAGroup 46 自 NATO于 1968年 提 出 软 件 工 程 概 念 以 来 ,软 件 工 程 界 已 经 提 出了 一 系 列 的 理 论 、 方 法 、 语 言 和 工 具 ,解 决 了 软 件 开 发 过 程 中 的 若 干问 题 .但 是 ,软 件 固 有 的 复 杂 性 、 易 变 性 和 不 可 见 性 ,使 得 软 件 开 发 周期 长 、 代 价 高 和 质 量 低 的 问 题 依 然 存 在 .大 量 实 践 统 计 表 明 :大 系 统软 件 开 发 中 70 的 错 误 是 由 需 求 和 软 件 设 计 阶 段 引 入 的 ;而 且 错 误在 系 统 中 存 在 的 时 间 愈 长 则 愈 难 发 现 ,解 决 这 些 错 误 的 代 价 也 愈 高 . 为 了 提 高 软 件 需 求 和 软 件 设 计 的 质 量 ,软 件 工 程 界 提 出 了 需 求 分析 工 程 技 术 和 各 种 软 件 建 模 技 术 .但 是 在 需 求 与 设 计 之 间 仍 存 在 一 条很 难 逾 越 的 鸿 沟 ,即 缺 乏 能 够 反 映 做 决 策 的 中 间 过 程 ,从 而 很 难 有 效地 将 需 求 转 换 为 相 应 的 设 计 .为 此 ,软 件 体 系 结 构 概 念 应 运 而 生 ,并 试图 在 软 件 需 求 与 软 件 设 计 之 间 架 起 一 座 桥 梁 ,着 重 解 决 软 件 系 统 的 结构 和 需 求 向 实 现 平 坦 地 过 渡 的 问 题 . THU SAGroup 47 v软 件 体 系 结 构 基 本 概 念 就 体 系 结 构 的 本 意 而 言 ， 它 是 指 建 立 系 统 时 的 构 造 范型 、 构 造 风 格 和 构 造 模 式 ， 软 件 体 系 结 构 对 于 软 件 系统 的 构 造 所 起 的 是 指 导 性 的 作 用 ， 它 抛 开 了 软 件 系 统的 功 能 细 节 ， 着 重 于 讨 论 软 件 系 统 的 总 体 框 架 。THU SAGroup 48开 发 了 5年 ， 投 入 资 金 达300多 亿 美 元 ， 历 史 上 代码 量 最 大 ， 达 到 5000万行 ， 仅 核 心 工 程 师 就 有9000人 团 队 的 庞 大 软 件开 发 项 目 基 于 软 件 体 系 结 构 的分 析 、 评 估 、 计 划 、组 织 、 开 发 、 测 试 v对 于 一 个 软 件 开 发 单 位 来 说 ， 选 择 合 适 的 体 系 结 构 是 最重 要 的 决 策 之 一 v良 好 的 体 系 结 构 可 以 维 系 软 件 系 统 的 完 整 性 ， 使 得 开 发和 维 护 工 作 不 至 于 杂 乱 无 章 ； 还 可 以 简 化 软 件 系 统 复 杂性 ， 让 众 多 的 开 发 单 位 的 软 件 工 程 师 们 能 以 并 行 方 式 开展 工 作 . THU SAGroup 49 v软 件 体 系 结 构 基 本 概 念 广 义 而 言 ， 软 件 系 统 结 构 涉 及 多 方 面 的 内 容 ： 软 件 的 成 份 及 系 统 框 架 ； 软 件 成 份 的 选 择 ， 各 成 分 之 间 的 相 互 作 用 ， 软 件成 份 的 进 一 步 复 合 以 及 指 导 软 件 复 合 过 程 的 总 体模 式 ； 系 统 的 功 能 、 性 能 、 设 计 以 及 从 多 种 方 案 及 选 项中 进 行 选 择 的 决 策 。 可 见 ， 软 件 体 系 结 构 更 为 关注 的 是 系 统 结 构 及 其 成 份 ， 而 方 法 论 更 关 心 系 统的 开 发 过 程 THU SAGroup 50 Perry和 Wolf根 据 软 件 生 命 周 期 各 阶 段 相 应 的 实 体 、属 性 、 关 系 、 主 要 产 品 和 评 估 标 准 ， 将 软 件 开 发 过 程分 为 如 下 阶 段 ： 需 求 分 析 ： 主 要 根 据 用 户 的 需 求 ， 决 定 软 件 的 功能 ； 体 系 结 构 设 计 ： 选 择 构 件 、 构 件 间 相 互 关 系 以 及对 它 们 的 约 束 ， 并 以 此 为 框 架 ， 为 详 细 设 计 奠 定基 础 ； 详 细 设 计 ： 主 要 对 系 统 进 行 模 块 化 和 描 述 各 个 构件 间 的 详 细 接 口 、 算 法 和 数 据 结 构 类 型 等 ； 实 现 ： 使 用 程 序 设 计 语 言 实 现 设 计 方 案 的 要 求 。THU SAGroup 51 v软 件 体 系 结 构 研 究 与 传 统 软 件 工 程 方 法 学 的 不 同 之 处 在于 ： 所 关 心 的 问 题 不 同 描 述 的 着 眼 点 不 同 抽 象 层 次 不 同 THU SAGroup 52 从 不 同 角 度 看 太 阳 学 院 派 测 重 于 软 件 体 系 结 构 形 式 化 理 论 研 究 。 注 重 抽 象、 规 约 和 演 算 。 实 践 派 将 软 件 体 系 结 构 设 计 、 描 述 与 表 示 同 传 统 的 软 件系 统 建 模 视 为 一 体 ， 以 体 系 结 构 作 为 整 个 软 件 开发 过 程 的 核 心 。 结 合 派 试 图 将 以 上 二 者 结 合 以 来 ， 将 形 式 化 理 论 应 用 于实 际 项 目 中 。 THU SAGroup 53 v长 期 以 来 ， CMU-SEI在 其 网 站 上 公 开 征 集 软 件 体 系 结 构的 定 义 至 今 已 有 百 余 种 。 最 近 较 有 影 响 力 的 定 义 有 ： 卡 耐 基 梅 隆 大 学 Bass 等 人 于 2003年 在 软 件 构 架 实 践一 书 中 提 出 ， 软 件 体 系 结 构 为 系 统 的 结 构 (structure or structures)， 包 含 软 件 元 素 、 软 件 元 素 外 部 可 见 的属 性 以 及 这 些 软 件 元 素 之 间 的 关 系 。 v软 件 体 系 结 构 定 义 的 发 展 演 变 IEEE 610.12 ,1990 Vestal, 1993 Garlan,1993 Gacek, 1995 Bosch, 2000 Perry, 2000 IEEE Std1471-2000, 2000 vIEEE 610.12(1990年 )软 件 工 程 标 准 词 汇 定 义 ：SA=component, connector, environment, principle. 体 系 结 构 是 以 构 件 、 构 件 之 间 的 关 系 、 构 件 与 环 境 之间 的 关 系 为 内 容 的 某 一 系 统 的 基 本 组 织 结 构 ,以 及 指 导上 述 内 容 设 计 与 演 化 的 原 理 。 vHoneywell实 验 室 的 Vestal在 1993年 提 出 了 如 下 模 型 ：SA=component, idioms/styles, common patterns of interaction. 软 件 由 构 件 组 成 ， 构 件 之 间 通 过 通 用 的 互 操 作 模 式 相连 。 体 系 结 构 风 格 描 述 了 一 种 通 用 的 设 计 模 式 ， 可 满足 特 定 系 列 的 应 用 需 求 。 v卡 耐 基 梅 隆 大 学 的 Garlan于 1993年 对 软 件 体 系 结 构 做 出了 如 下 定 义 ： SA = Components, Connectors, Constraints 构 件 （ Components） 是 功 能 单 元 ， 执 行 预 定 义 的 服务 并 且 与 其 他 构 件 交 互 。 连 接 器 （ Connectors ） 定 义 交 互 协 议 与 策 略 。 约 束 （ Constraints） 定 义 了 系 统 必 须 服 从 的 规 则 。 v而 南 加 州 大 学 的 软 件 工 程 研 究 中 心 的 Gacek于 1995年 ，提 出 了 如 下 的 概 念 ：SA = Components, Connections, Constraints, Stakeholder Needs, Rationale 在 此 定 义 中 ， 构 件 （ component） 与 连 接 （connection） 的 设 计 将 依 照 涉 众 （ Stakeholder） 的需 求 。 涉 众 （ Stakeholder） 指 参 与 软 件 系 统 项 目 的 人 员 ，包 括 项 目 经 理 ， 程 序 员 ， 市 场 营 销 人 员 ， 消 费 者 与 使用 者 等 。 理 念 （ Rationale） 指 权 衡 存 在 下 的 策 略 。 该 定 义 反 映 了 对 运 行 时 结 构 的 实 际 影 响 因 素 ， 是 为 了使 软 件 体 系 结 构 研 究 能 将 学 术 与 实 际 应 用 联 系 起 来 。 v瑞 典 Blekinge技 术 学 院 的 Bosch在 2000年 则 对 软 件 体 系结 构 给 出 了 如 下 的 定 义 ： The architecture of a software system is concerned with the top-level decomposition of the system into its main components. 软 件 系 统 的 体 系 结 构 是 对 系 统 从 顶 层 分 解 为 主 要 构 件 的考 量 。 decomposition 在 该 定 义 中 ， 软 件 体 系 结 构 被 认 为 是 系 统 结 构 的 唯 一部 署 ， 仅 关 注 单 一 的 静 态 结 构 。 此 外 需 要 注 意 的 是 ， 这 里 的 术 语 component的 涵 义 有所 不 同 ， 可 以 被 认 为 是 模 块 基 本 的 执 行 单 元 。 v2000年 Texas大 学 的 Perry A Comedy of Errors: the London Ambulance Service case study; Proceedings of 8th International Workshop on Software Specification and Design (IWSSD-8), Schloss Velen, Germany, 22-23rd March 1996, 2-4; IEEE CS Press.D. Garlan, R. Monroe, and D. Wile, Acme: Architectural Description of Component-Based Systems, in Foundations of Component-Based Systems, G.T. Leavens and M. Sitaraman, Editors. 2000, Cambridge University Press. p. 47-68.Aesop Carnegie Mellon University David Garlan C2 University California, Irvine N. Medvidovic 集 成 开 发 环 境ARGOChiron-2 人机 界 面 系 统 Taylor, R.N., et al., A component- and message-based architectural style for GUI software Ieee Transactions on Software Engineering, 1996. 22(6): p. 17.Darwin Imperial College, London (帝 国 理 工 ） Jeff Kramer 体 系 结 构 理 论 模 型 的 研 究 ; 体 系 结 构 设 计 研 究 包 括 体 系 结 构 设 计 方 法 、 体 系 结 构 风 格 、 体 系 结构 设 计 空 间 等 内 容 ; 体 系 结 构 分 析 与 验 证 研 究 如 何 将 软 件 的 非 功 能 特 性 转 化 为 体 系 结 构 的需 求 ,如 何 分 析 体 系 结 构 满 足 望 的 需 求 的 属 性 ,对 体系 结 构 的 语 法 、 语 义 、 类 型 失 配 等 进 行 检 查 与 验证 的 研 究 ; THU SAGroup 122 体 系 结 构 演 化 与 复 用 研 究 研 究 产 品 线 中 软 件 体 系 结 构 演 进 的 理 论 与 方 法 ,从已 有 文 档 、 系 统 设 计 和 代 中 逆 向 提 取 软 件 体 系 结构 、 体 系 结 构 复 用 等 ; 动 态 体 系 结 构 研 究 研 究 软 件 系 统 由 于 特 殊 需 要 必 须 在 连 续 运 营 情 况下 的 体 系 结 构 变 化 与 支 撑 平 台 ; 基 于 体 系 结 构 的 软 件 开 发 研 究 引 入 体 系 结 构 后 的 软 件 开 发 过 程 、 基 于 体 系结 构 开 发 与 中 间 技 术 集 成 、 于 体 系 结 构 的 程 序 框架 自 动 生 成 技 术 等 . THU SAGroup 123 体 系 结 构 是 对 系 统 的 高 层 抽 象 ,并 只 对 感 兴 趣 的 属 性进 行 建 模 .由 于 体 系 结 构 是 在 软 件 开 发 过 程 之 初 产 生 的 ,因 此 设 计 优 质 的 体 系 结 构 可 以 减 少 和 避 免 软 件 错 误 的 产生 和 维 护 阶 段 的 高 昂 代 价 .体 系 结 构 是 系 统 集 成 的 蓝 本 、系 统 验 收 的 依 据 ,体 系 结 构 本 身 需 要 分 析 与 测 试 ,以 确 定这 样 的 体 系 结 构 是 否 满 足 需 求 .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 . THU SAGroup 124 v软 件 体 系 结 构 的 发 展 是 与 软 件 系 统 的 开 发 模 式 、 应 用 模式 同 步 进 行 的 。 当 原 有 的 描 述 方 法 无 法 满 足 需 要 时 ， 就会 出 现 新 的 软 件 体 系 结 构 研 究 热 点 THU SAGroup 125 v三 位 一 体 的 职 责 构 成 SOA1应 用 程 序 构 建 者Application Builder负 责 设 计 和 实 现 最 终的 应 用 系 统 3服 务 提 供 者Service Provider负 责 设 计 和 实 现 服 务 ，并 在 服 务 代 理 进 行 注册 以 供 用 户 访 问2 服 务 代 理Service Broker负 责 向 应 用 程 序 构 建者 提 供 服 务 的 查 询 、访 问 v基 于 标 准 的 互 操 作 性 在 SOA当 中 ， 接 口 、 通 讯 协 议 、 工 作 流 、 协 作 和 发 布 都 是 由 一整 套 国 际 标 准 所 定 义 ， 包 括 XML, SOAP, WSDL, UDDI, HTTP,CPP, ebXML, bSOA, BPEL, FERA, OWL-S等 ， 从 而 保证 不 同 平 台 的 系 统 能 够 无 阻 碍 的 交 流v基 于 发 现 的 动 态 组 装 在 SOA中 的 系 统 所 需 要 的 服 务 均 通 过 运 行 时 发 现 ， 运 行 时 加 载的 方 式 工 作v基 于 策 略 的 动 态 管 理 和 总 控 协 作 SOA的 各 个 服 务 的 运 行 都 由 策 略 （ Policy） 进 行 控 制 ， 策 略 的 制定 、 监 测 、 执 行 都 可 在 运 行 时 内 完 成 。 SOA实 行 总 控 式 协 作 ，即 由 一 个 中 心 控 制 节 点 负 责 控 制 和 调 度 分 布 在 网 络 各 处 的 服 务 THU SAGroup 129 v 结 构 （ Structure） 应 用 程 序 的 结 构 是 静 态 (S)还 是 动 态 (D)v 动 态 重 组 能 力 （ Runtime re-composition capability) 可 以 在 运 行 时 进 行 重 组 (R) 不 可 以 进 行 重 组 (N)v 容 错 能 力 （ Fault Tolerant Capability） 具 有 容 错 的 骨 干 通 讯 机 制 (FB)， 具 有 容 错 的 控 制 服 务 (FC)， 不 具 有 容 错能 力 (FN)v 软 件 工 程 支 持 （ System Engineering Support） 是 否 具 有 系 统 支 持 的 模 型 监 测 、 数 据 收 集 、 部 署 、 代 码 自 动 生 成 、 策略 实 施 、 一 致 性 检 查 等 机 制 。 有 用 (SY)表 示 ， 无 用 (SN)表 示 由 此 得 到 一 个 四 元 组 Structure, Re-composition, Fault-tolerance, System-engineering 对 各 种 SOA进 行 分 类 v常 规 SOA模 式 服 务 提 供 者 向 服 务 代 理 注 册 开 发 出 来 的 服 务 ， 由 应 用程 序 构 建 者 来 寻 找 需 要 的 服 务vCCSOA模 式 在 传 统 SOA的 基 础 上 ， 应 用 程 序 构 建 者 也 可 以 发 布 应用 程 序 模 板 ， 服 务 提 供 者 可 以 根 据 模 板 的 需 要 开 发 新的 服 务 Customer Centric SOA（ 续 ）上 图 的 步 骤 为 ：1. 应 用 程 序 构 建 者 编 写 应 用 程 序模 版 ， 模 板 内 包 含 工 作 流 信 息、 需 要 服 务 规 格 信 息 等2. 应 用 程 序 模 版 在 服 务 代 理 的 库中 进 行 注 册 并 发 布3. 一 个 订 阅 了 应 用 程 序 模 版 库 的服 务 提 供 者 收 到 有 新 模 版 到 达的 通 知 ， 于 是 查 询 这 个 新 模 版4. 本 体 和 分 类 技 术 可 以 辅 助 进 行 被 提 供 模 版 和 目 标 模 版 之 间 的自 动 匹 配 5. 在 查 询 中 ， 服 务 代 理 返 回 给 服 务提 供 者 关 于 应 用 程 序 模 版 的 详 细信 息6. 服 务 提 供 者 依 据 模 版 开 发 新 的 服务 ， 并 提 交 到 服 务 代 理 。 服 务 代理 依 据 模 版 中 的 信 息 对 新 服 务 进行 校 验 和 评 估7. 一 旦 评 估 通 过 ， 服 务 代 理 通 知 应用 程 序 构 建 者 有 可 用 的 新 服 务8. 应 用 程 序 构 建 者 评 估 和 测 试 新 的服 务9. 一 旦 通 过 测 试 ， 应 用 程 序 构 建 者就 将 应 用 程 序 模 版 和 新 服 务 绑 定， 生 成 可 以 运 行 的 应 用 系 统 v IBM基 于 WebShpere的 SOA Foundation Architecture One of the promising area of software architecture is The golden age of software architecture, IEEE SOFTWARE, vol23(2) 柔 性 软 件 体 系 结 构 是 指 可 以 根 据 需 求 的变 化 而 容 易 发 生 形 态 变 化 的 体 系 结 构 添 加 新 的 构 件升 级 已 存 在 构 件删 除 不 需 要 的 构 件动 态 改 变 构 件 之 间 的 关 系动 态 改 变 构 件 到 执 行 平 台 的 映 射 自 我 修 复 系 统电 子 商 务 服 务 系 统嵌 入 式 系 统企 业 管 理 系 统移 动 计 算 FSA vIEEE 1471标 准v基 于 软 件 体 系 结 构 的 软 件 工 程 基 于 体 系 结 构 的 软 件 开 发 方 法 基 于 体 系 结 构 的 软 件 组 装 基 于 体 系 结 构 的 软 件 测 试 方 法v面 向 服 务 体 系 结 构 （ Service-Oriented Architecture）v柔 性 软 件 体 系 结 构 自 适 应 的 柔 性 软 件 体 系 结 构 移 动 环 境 下 的 软 件 体 系 结 构 自 修 复 系 统 支 持 代 码 移 动 的 体 系 结 构v动 态 软 件 体 系 结 构 的 描 述 1402021-7-28 v自 适 应 软 件 体 系 结 构 是 根 据 操 作 环 境 的 变 化 而 变 化 的 体系 结 构 外 界 的 变 化 包 括 用 户 输 入 、 硬 件 设 备 输 入 、 传 感 器 信 号 、 以 及程 序 指 令 等v自 适 应 软 件 体 系 结 构 需 要 解 决 的 问 题 在 什 么 条 件 下 系 统 发 生 改 变 自 适 应 软 件 体 系 结 构 应 具 有 开 放 性 质 还 是 封 闭 性 质 需 要 实 现 什 么 样 的 自 适 应 程 度 如 何 演 算 从 而 评 估 变 化 后 带 来 的 收 益 是 否 大 于 变 化 本 身 的 成 本 变 化 的 频 繁 程 度 如 何 自 适 应 变 化 需 要 的 原 始 信 息 有 哪 些 v自 适 应 的 基 本 结 构 Monitor监 控 外 界 的 变 化 Adapt负 责 调 整 系 统 模 型 Control负 责 将 外 界 变 化 演 算 出 模 型 变 化 ， 并 作 出 变 化 决 策 v为 何 移 动 环 境 需 要 动 态 自 适 应 移 动 环 境 下 设 备 往 往 需 要 连 续 工 作 ， 对 自 身 进 行 改 变必 须 在 运 行 时 下 进 行 移 动 设 备 经 受 的 操 作 环 境 的 改 变 与 固 定 的 计 算 设 备 相比 要 频 繁 的 多 使 用 移 动 设 备 的 用 户 的 需 求 也 在 不 断 改 变 vIEEE 1471标 准v基 于 软 件 体 系 结 构 的 软 件 工 程 基 于 体 系 结 构 的 软 件 开 发 方 法 基 于 体 系 结 构 的 软 件 组 装 基 于 体 系 结 构 的 软 件 测 试 方 法v面 向 服 务 体 系 结 构 （ Service-Oriented Architecture）v柔 性 软 件 体 系 结 构 自 适 应 的 柔 性 软 件 体 系 结 构 移 动 环 境 下 的 软 件 体 系 结 构 自 修 复 系 统 支 持 代 码 移 动 的 体 系 结 构v动 态 软 件 体 系 结 构 的 描 述 145 移 动 环 境 应 用 实 例v User Context 来 自 用 户 及 环 境 的 改 变v System Context 来 自 系 统 本 身 的 改 变v Adaptation Middleware 负 责 将 外 界 的 变 化 映 射到 体 系 结 构 模 型 库 中 的备 选 模 型v Architecture Model 储 备 的 预 先 设 计 好 的 体 系 结 构 模 型 ， 是 改 变 的基 础v Adaptable Application 实 际 被 应 用 的 可 动 态 改变 的 系 统 优 点 建 立 了 分 析 员 、 客 户 、 设 计 人 员 沟 通 的 桥 梁 依 据 软 件 体 系 结 构 设 计 项 目 计 划 在 项 目 设 计 的 早 期 发 现 更 多 问 题 依 据 软 件 体 系 结 构 生 成 项 目 的 测 试 用 例 THU SAGroup 147 THU SAGroup 148体 系 结 构 集 成 开 发 环 境 模 型 THU SAGroup 149 什 么 是 云 计 算 云 计 算 (Cloud Computing)是 分 布 式 处 理(Distributed Computing)、 并 行 处 理 (Parallel Computing)和 网 格 计 算 (Grid Computing)的 发 展， 或 者 说 是 这 些 计 算 机 科 学 概 念 的 商 业 实 现 。 云 计 算 的 基 本 原 理 是 ， 通 过 使 计 算 分 布 在 大 量的 分 布 式 计 算 机 上 ， 而 非 本 地 计 算 机 或 远 程 服务 器 中 ， 企 业 数 据 中 心 的 运 行 将 更 与 互 联 网 相似 。 这 使 得 企 业 能 够 将 资 源 切 换 到 需 要 的 应 用上 ， 根 据 需 求 访 问 计 算 机 和 存 储 系 统 。 THU SAGroup 150 vAmazon Elastic Compute Cloud（ EC2） Amazon Simple Storage Service (S3)vGoogle App Engine Big TablevMicrosoft Office Live Live Mesh THU SAGroup 151 v依 靠 分 布 式 技 术 将 以 往 大 型 主 机 的 工 作 交 由 集 群 计 算 机来 做 如 何 提 高 集 群 性 能 如 果 增 加 集 群 稳 定 性 如 何 改 善 负 载 平 衡 如 何 将 应 用 和 平 台 分 离 THU SAGroup 152 vCloud Architecture的 主 要 组 成 部 分 队 列 系 统 ： 管 理 任 务 队 列 和 优 先 级 任 务 调 度 系 统 ： 管 理 任 务 分 配 文 件 系 统 ： 管 理 大 规 模 数 据 存 储 数 据 库 系 统 ： 管 理 查 询 和 查 询 结 果 数 据 中 间 结 果 存 储 系 统 ： 用 于 快 速 处 理 计 算 中 的 大 数 据 量中 间 结 果 ， 并 且 将 任 务 的 各 个 步 骤 连 接 起 来 THU SAGroup 153 v 队 列 系 统 Amazon SQS v 任 务 调 度 系 统 Amazon EC2v 文 件 系 统 Handoop v 数 据 库 系 统 Amazon SimpleDBv 中 间 结 果 存 储 系 统 Amazon S3 THU SAGroup 154 vMapReduce Architecture THU SAGroup 155 THU SAGroup课 程 简 介1 软 件 体 系 结 构 的 定 义 和 发 展 综 述2 工 业 软 件 体 系 结 构 的 主 要 分 类3 软 件 体 系 结 构 的 发 展 方 向4 案 例 研 究5 156 J2EE是 在 软 件 体 系 结 构 的 支 持 下 完 成 的 易 用 性 扩 展 性 稳 定 性 可 移 植 性 THU SAGroup 157 为 什 么 需 要 中 间 件 无 中 间 件有 中 间 件中 间 件 vJ2EE是 一 个 规 范 J2EE定 义 了 企 业 级 服 务 都 有 哪 些 J2EE定 义 了 企 业 级 参 考 体 系 结 构 ， 即 所 有 的服 务 组 件 如 何 相 互 协 作 ， 形 成 企 业 级 服 务 系 统基 础 平 台 Sun负 责 定 义 J2EE规 范 ， 以 及 发 布 一 个 参 考实 现 ， 实 际 商 业 上 用 到 的 J2EE产 品 均 为 第 三方 实 现 Sun J2EEBEA WebLogic IBM WebSphere JBoss实 现 实 现实 现 v企 业 信 息 系 统 （ EIS） 的 开 发 模 式 由 于 EIS的 复 杂 性 日益 提 高 ， 企 业 为 了 实 现 快 速 开 发 并 降 低 系 统 设 计 、 开 发成 本 ， 往 往 选 择 从 服 务 器 端 平 台 提 供 商 购 买 商 品 化 的 中间 件 ， 以 缩 短 EIS系 统 的 开 发 周 期 和 开 发 成 本 。v现 在 应 用 最 为 广 泛 的 服 务 器 端 平 台 J2EE 是 Sun Microsystem公 司 Java 2平 台 的 企 业 版， 它 支 持 EJB（ Enterprise JavaBeans） 服 务 器 端 组件 体 系 结 构 ； DNA（ Distributed interNet Application Architecture） 是 微 软 公 司 开 发 的 以 COM+技 术 作 为 自 己 的 服 务 器 端组 件 体 系 结 构 。 概 念 树EIS的 中 间 件 支 持Microsoft DNA Microsoft .Net J2EE定 义 服 务 定 义 参 考 体 系 结 构JMXJMS JTA/JTSJAASJAWS EJBWeb服 务 vJ2EE的 设 计 初 衷 就 是 为 了 简 化 多 层 企 业 应 用 系 统 中 复杂 的 开 发 、 部 署 和 管 理 问 题 ；vSun公 司 只 提 供 J2EE的 规 范 ， 规 定 J2EE应 当 会 做 什 么。 而 J2EE实 现 厂 商 则 定 义 了 怎 么 做 到 。 基 于 J2EE规 范 的 服 务 器 端 平 台 供 应 商 很 多 ， 比 较 著名 的 有 IBM、 BEA System和 Oracle。 vJ2EE包 含 如 下 4个 方 面 的 内 容 ： J2EE平 台 规 范 定 义 了 一 个 J2EE服 务 器 端 平 台 供 应 商 所 必 须 遵 守 的 规范 ， 它 将 原 有 的 各 种 JPE应 用 开 发 接 口 规 范 整 合 在 一 起， 提 供 了 统 一 的 服 务 器 端 产 品 开 发 平 台 。 它 还 提 供 了J2EE和 其 它 规 范 的 协 同 工 作 机 制 ， 如 将 J2EE系 统 和CORBA系 统 结 合 在 一 起 的 RMI over IIOP。 J2EE参 考 实 现 。 它 是 一 个 J2EE规 范 的 完 整 实 现 。这 个 参 考 实 现 的 提 出 证 明 了 J2EE规 范 的 可 实 现 性 ，并 可 以 直 接 供 应 用 开 发 人 员 进 行 开 发 。 J2EE兼 容 性 测 试 组 件 。 Sun Microsystem提 出 了一 整 套 兼 容 性 检 测 组 件 检 验 一 个 产 品 是 否 满 足 J2EE规 范 ， 本 书 中 的 JBoss就 满 足 这 种 兼 容 性 测 试 ， 是 真正 意 义 上 的 J2EE平 台 。 J2EE蓝 图 。 一 个 基 于 J2EE规 范 的 应 用 程 序 开 发 模型 ， 可 以 供 企 业 应 用 开 发 人 员 参 考 。 v表 示 层 主 要 负 责 用 户 界 面 ， 提 供 了 大 量 和 用 户 交 互 的 可 视 化组 件 。 用 户 界 面 的 设 计 形 式 标 准 的 应 用 程 序 风 格 （ 采 用 CORAB客 户 或 Java应 用 程 序） ； 基 于 B/S模 式 的 浏 览 器 风 格 （ 采 用 Java Applet、 JSP和Servlets） 。 CORBA客 户 使 用 COSNaming（ CORBA名 字 服 务 ，CORBA Naming Service） 访 问 业 务 层 种 的 实 现 业 务逻 辑 的 组 件 ， 并 通 过 IIOP协 议 调 用 业 务 组 件 的 方 法 。 Java客 户 使 用 JNDI来 访 问 业 务 逻 辑 组 件 ， 并 通 过RMI-IIOP协 议 调 用 业 务 组 件 的 方 法 。 v业 务 层 采 用 EJB作 为 服 务 器 端 组 件 模 型 ， 业 务 逻 辑 组 件 被 设计 成 EJB组 件 供 表 示 层 使 用 。 EJB组 件 通 常 有 Session Bean（ 处 理 业 务 逻 辑 ） 、Entity Bean（ 保 存 业 务 数 据 ） 和 MessageDriven Bean。 如 果 应 用 开 发 人 员 不 希 望 业 务 层 的 实 现 完 全 基 于 Java， 可 以 使 用 JNI（ Java Native Interface） 技 术 或CORBA代 理 （ 使 用 Java IDL） 技 术 调 用 其 它 语 言 （如 C+、 Delphi、 VB等 ） 编 写 的 库 函 数 或 类 ， 一 起 协同 实 现 业 务 逻 辑 的 功 能 。 v数 据 层 使 用 JDBC（ Java Database Connectivity） 和 数 据 库管 理 系 统 DBMS进 行 通 信 ， 通 过 标 准 SQL完 成 对 数 据库 的 操 作 。 连 接 器 （ Connector） 考 虑 到 企 业 存 在 的 原 有 信 息 化成 果 ， 如 ERP系 统 、 CRM系 统 或 MIS系 统 ， J2EE提供 了 连 接 器 （ Connector） 的 概 念 ， 它 使 用 特 殊 的 协议 和 这 些 原 有 的 系 统 进 行 互 联 ， 最 大 限 度 的 节 省 了 企业 开 发 成 本 。 业 务代 码业 务代 码 v Java Management Extension (JMX) 企 业 服 务 底 层 加 载 平 台v Java Messaging Service (JMS) 企 业 级 消 息 传 输 服 务v Java Transaction API (JTA) / Java Transaction Service (JTS) 企 业 级 事 务 管 理 服 务v Java Another Web Storage (JAWS) 对 象 /关 系 型 数 据 库 映 射 服 务v Java Authentication and Authorization Service (JAAS) 企 业 级 安 全 服 务v Java Naming and Directory Service (JNDI) 名 字 与 目 录 服 务v JBoss实 现 J2EEJBoss J2EEJBoss JMX JMXJBossMQ JMSJBossTX JTA/JTSJBossCMP JAWS JBossSX JAAS 实 现 关 系 对 照 vJBoss的 面 向 对 象 模 式 特 点 面 向 对 象 模 式 是 JBoss应 用服 务 器 最 基 本 的 构 建 模 式 。 JBoss完 全 采 用 基 于 构 件 的插 件 方 式