1、面向21世紀(jì)的軟件方法論教材 軟 件 體 系 結(jié) 構(gòu) 可重構(gòu)軟件設(shè)計(jì)方法學(xué)萬(wàn) 麟 瑞1課程簡(jiǎn)介第一章 概論第二章 基本體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格主程序子過(guò)程結(jié)構(gòu)，事件觸發(fā)結(jié)構(gòu)，解釋器結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)，管道過(guò)濾器結(jié)構(gòu)，黑板結(jié)構(gòu)，面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)第三章 分布計(jì)算體系結(jié)構(gòu) CS；CORBA，RMI；SOA，ESB，OGSA第四章 軟件設(shè)計(jì)模式Template Method，Strategy；Composite，MVC；Builder第五章 體系結(jié)構(gòu)的形式描述方法第六章 軟件構(gòu)架與構(gòu)件設(shè)計(jì)方法第七章 應(yīng)用案例分析2參考文獻(xiàn)1 萬(wàn)建成等軟件體系結(jié)構(gòu)的原理、組成與應(yīng)用 科學(xué)出版社，20022 張友生軟件體系結(jié)構(gòu)清華大學(xué)出版社

2、，20043 李英軍等譯設(shè)計(jì)模式機(jī)械工業(yè)出版社，20004 B.P.Douglass著，麥中凡等譯實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)模式. 北京航空航天大學(xué)出版社，20045 王志堅(jiān)等軟件構(gòu)件技術(shù)及其應(yīng)用科學(xué)出版社，20056 萬(wàn)麟瑞面向構(gòu)件的軟件開(kāi)發(fā)方法學(xué)研究 小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2003，Vol.24 No.33第 1 講：軟件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用概況第一章 概論1.1 軟件體系結(jié)構(gòu)的研究概況1.1.1 體系結(jié)構(gòu)的模型抽象理念1.1.2 體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言1.2 軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念1.2.1 軟件結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理念1.2.2 軟件體系結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理念4第一章 概論大系統(tǒng)認(rèn)知理念：框架過(guò)程設(shè)計(jì)方法程序數(shù)據(jù)工具框架構(gòu)架

3、體系結(jié)構(gòu)軟件框架：從總體上架構(gòu)主部子部結(jié)構(gòu)的可實(shí)例化系統(tǒng)軟件構(gòu)架：可重構(gòu)領(lǐng)域化的軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)： 系統(tǒng)地研究軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造的軟件領(lǐng)域工程 程序設(shè)計(jì)方法學(xué)軟件工程領(lǐng)域工程重構(gòu)工程 等多學(xué)科相結(jié)合的新興邊緣學(xué)科 面向21世紀(jì)的可重構(gòu)軟件設(shè)計(jì)方法學(xué) 工程性實(shí)用性強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科與技術(shù)51.1 軟件體系結(jié)構(gòu)的研究概況軟件方法論的發(fā)展歷程：面向過(guò)程方法面向?qū)ο蠓椒嫦驑?gòu)件方法程序結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)1.1.1 體系結(jié)構(gòu)的模型抽象理念1. 程序結(jié)構(gòu)抽象：機(jī)器指令匯編語(yǔ)言子程序控制流程 高級(jí)語(yǔ)言過(guò)程函數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型模塊程序2. 軟件結(jié)構(gòu)抽象 面向過(guò)程模型（功能模型，數(shù)據(jù)流模型） 面向數(shù)

4、據(jù)模型（信息模型，語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型） 面向?qū)ο竽Ｐ停▽?duì)象模型，組件模型）63. 軟件體系結(jié)構(gòu)抽象 內(nèi)涵：體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，設(shè)計(jì)模式；構(gòu)件，形式描述；MDA(1) 體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格：具有相同風(fēng)范或族集特性的特定結(jié)構(gòu)類(lèi)型 調(diào)用返回結(jié)構(gòu)：靜態(tài)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)描述方法主程序子過(guò)程結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)，客戶(hù)服務(wù)器結(jié)構(gòu) 請(qǐng)求響應(yīng)結(jié)構(gòu)：運(yùn)行結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)描述方法中斷事件結(jié)構(gòu)，進(jìn)程線程結(jié)構(gòu)，消息結(jié)構(gòu) 虛擬機(jī)系統(tǒng)：編譯器，解釋器，規(guī)則基產(chǎn)生式系統(tǒng) 數(shù)據(jù)流系統(tǒng)：順序批處理結(jié)構(gòu)，編譯器，狀態(tài)轉(zhuǎn)換器，管道過(guò)濾器結(jié)構(gòu)，工作流結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)：黑板系統(tǒng)，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，超文本系統(tǒng) 面向?qū)ο笙到y(tǒng)：對(duì)象結(jié)構(gòu)，Agent結(jié)構(gòu)7(2) 設(shè)計(jì)模式：結(jié)構(gòu)行為上具有

5、參照價(jià)值的可預(yù)制設(shè)計(jì)樣板 可形成面向模式的軟件體系結(jié)構(gòu) 三種類(lèi)型：構(gòu)造型，結(jié)構(gòu)型，行為型 構(gòu)造型模式：生成器，抽象工廠，工廠方法，原型，單例；整體部分，視圖句柄；指針計(jì)數(shù)器 結(jié)構(gòu)型模式：組合器；代理結(jié)構(gòu)；享元，外觀； 模型視圖控制（MVC）， 表示抽象控制（PAC）； 適配器，橋接器 行為型模式：模板方法，策略，觀察器； 迭代器，命令結(jié)構(gòu)，責(zé)任鏈；發(fā)送接收，客戶(hù)分發(fā)服務(wù)，出版訂購(gòu)81.1.2 體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言ADL：為軟件系統(tǒng)的概念框架建模和形式規(guī)約描述提供具體的概念元、語(yǔ)法和語(yǔ)義的說(shuō)明語(yǔ)言(1) 數(shù)學(xué)描述語(yǔ)言MDL：Z語(yǔ)言，類(lèi)屬理論，Petri網(wǎng)(2) 軟件說(shuō)明語(yǔ)言SDL：UML，XML，I

6、DL；WPDL，XPDL(3) 體系結(jié)構(gòu)語(yǔ)言ADL： 結(jié)構(gòu)風(fēng)格類(lèi)： Aesop，C2，Wright 結(jié)構(gòu)實(shí)例類(lèi)：Adage，MetaH，Rapide，Unicon 約束配置類(lèi)：Darwin，CHAM 可交換體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言ACME（中介表達(dá)通用工具）非ADL語(yǔ)言：編程語(yǔ)言，模塊接口語(yǔ)言MIL，需求描述語(yǔ)言； 數(shù)學(xué)描述語(yǔ)言；軟件說(shuō)明語(yǔ)言91.2 軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念1.2.1 軟件結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理念 1. 軟件的結(jié)構(gòu)要素 程序：一組數(shù)據(jù)與處理方法（操作指令）的集合 早期：Pascal語(yǔ)言的發(fā)明者NWirth提出的程序理念 程序 = 算法 + 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 發(fā)展：非交互交互性數(shù)據(jù)處理與計(jì)算方法 程序

7、界面 算法 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三層構(gòu)架軟件：一組程序、相關(guān)信息及其文檔的集合 程序 按預(yù)定功能和性能要求設(shè)計(jì)的可執(zhí)行指令序列 信息 包括驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)正常工作的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)知識(shí) 文檔 與程序開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用有關(guān)的圖文資料10(1) 結(jié)構(gòu)元素：關(guān)于軟件的基本組成原理及軟件分塊機(jī)制 部件：程序片段（指令序列），數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)項(xiàng)集）； 過(guò)程，函數(shù)，變量；模塊；對(duì)象；表，庫(kù)，倉(cāng) 關(guān)系：順序，分支，循環(huán)；并行，嵌套，選擇；回環(huán)中斷，參數(shù)，消息；主程序子過(guò)程；程序覆蓋(2) 控制流程：語(yǔ)句結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)CHE 順序結(jié)構(gòu)：sequence i 分支結(jié)構(gòu)： if else switch case i else 循環(huán)結(jié)構(gòu)：

8、 while do repeat until 轉(zhuǎn)移語(yǔ)句：過(guò)程調(diào)用：過(guò)程名 （參數(shù)1，參數(shù)n）中斷事件設(shè)置：set 事件 to 過(guò)程名；112. 模塊結(jié)構(gòu)：體現(xiàn)程序語(yǔ)句序列的基本功能分塊CHE 與連接控制流之間的構(gòu)造關(guān)系外部表示：具有順序、選擇、循環(huán)及其轉(zhuǎn)移連接控制方式的程序結(jié)構(gòu)抽象內(nèi)部表示：具有IO、處理邏輯、內(nèi)部數(shù)據(jù)及其運(yùn)行特性的一組算法的集合123. 基本連接機(jī)制 (1) 過(guò)程調(diào)用：部件間通過(guò)對(duì)方的過(guò)程或方法來(lái)實(shí)現(xiàn)顯式連接 調(diào)用時(shí)必須知道對(duì)方的部件標(biāo)識(shí)、操作標(biāo)識(shí)及參數(shù)設(shè)置 形式：（參數(shù)表） 擴(kuò)充模式：本地過(guò)程調(diào)用（LPC），遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）(2) 事件觸發(fā)：用特定事件名來(lái)標(biāo)識(shí)中斷號(hào)所

9、形成的隱式連接 事件：對(duì)象狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信息方法調(diào)用的消息 事件設(shè)置：set 事件 to 過(guò)程名； 事件腳本定義：事件名監(jiān)護(hù)條件動(dòng)作表達(dá)式(3) 服務(wù)接口：部件間通過(guò)互連接口進(jìn)行功能交互和數(shù)據(jù)交換， 以實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求方和接收方之間的連接服務(wù)接口（接口名，類(lèi)型，事件，操作，上下文）134. 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體理念設(shè)計(jì)思想概念元素表示方法通用劃分策略 層次抽象：體現(xiàn)問(wèn)題復(fù)雜度分割與組塊分層的結(jié)構(gòu)化觀點(diǎn)表示方法：程序模塊功能結(jié)構(gòu)（控制結(jié)構(gòu)，控制關(guān)系）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（類(lèi)型，值） 抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型（對(duì)象，關(guān)系，操作方法，語(yǔ)義）對(duì)象結(jié)構(gòu)（對(duì)象，分類(lèi)，關(guān)系，消息方法）通用劃分：接口實(shí)現(xiàn)；程序數(shù)據(jù)；型實(shí)例；實(shí)體規(guī)約141.2

10、.2 軟件體系結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理念 1. 軟件體系結(jié)構(gòu)定義軟件體系結(jié)構(gòu)：是具有整體化抽象層次的骨架體結(jié)構(gòu)，是可模式化模型化模板化的問(wèn)題解決框架；是可預(yù)制、可替換、可組合和可演化的軟件模型，是由一組構(gòu)件、連接子關(guān)系以及相關(guān)約束組成的軟件系統(tǒng)2. 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念模型要素：components，connectors，constraints；Configuration構(gòu)架 構(gòu)件名（類(lèi)型，端口，計(jì)算方法） 連接件名（類(lèi)型，角色，交互方法） 約束（實(shí)體約束，連接約束） 配置（構(gòu)件名，連接件名，粘連特性）153. 軟件體系結(jié)構(gòu)的特性 整體性：側(cè)重體系化結(jié)構(gòu)的描述與設(shè)計(jì)， 包括全局結(jié)構(gòu)與局部結(jié)構(gòu)的演化關(guān)系和宏觀特性； 比基本軟件結(jié)構(gòu)具有更高層次的設(shè)計(jì)抽象， 一般針對(duì)復(fù)雜和大型的軟件系統(tǒng) 層次性：側(cè)重軟件抽象的粒度級(jí)劃分， 一般定義為構(gòu)架級(jí)、構(gòu)件級(jí)和對(duì)象級(jí) 可預(yù)制性：?jiǎn)卧Y(jié)構(gòu)成熟，可預(yù)先設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和提供選擇 可替換性：不是可修改和可覆蓋，而是可插拔和可重載 可組合性：結(jié)構(gòu)可重組，部件可重用，應(yīng)用接口可擴(kuò)充可演化性：框架規(guī)則實(shí)例；泛化特化；通過(guò)模板方法和創(chuàng)建機(jī)制動(dòng)態(tài)生成一個(gè)特定應(yīng)用164. 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)層次 體現(xiàn)問(wèn)題分割與抽象形式的規(guī)范化和結(jié)構(gòu)化觀點(diǎn)； 體現(xiàn)軟件分塊的粒度級(jí)劃分思想與設(shè)計(jì)通則； 體現(xiàn)功能分割、軟件分層、基于協(xié)議的層間交互和 語(yǔ)義規(guī)則描述等設(shè)計(jì)思想 (1)