第6章面向?qū)ο筌浖w系結(jié)構(gòu)第一頁，共32頁。

從一般意義上說，體系結(jié)構(gòu)包括兩個層面:

硬件體系結(jié)構(gòu)（HardwareArchitecture

）軟件體系結(jié)構(gòu)（SoftwareArchitecture

）6.1面向?qū)ο篌w系結(jié)構(gòu)

硬件體系結(jié)構(gòu)指系統(tǒng)的硬件組織模式；而軟件體系結(jié)構(gòu)則描述軟件的組織模式。這里我們主要關(guān)注軟件體系結(jié)構(gòu)的問題。體系結(jié)構(gòu)反映了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，是從全局上描述系統(tǒng)。一、什么是體系結(jié)構(gòu)第二頁，共32頁。

體系結(jié)構(gòu)建模（architecturemodeling）首先要建立系統(tǒng)的基本模型，并將該模型映射到軟硬件單元上。主要討論以UML為基礎(chǔ)的體系結(jié)構(gòu)建模。6.1面向?qū)ο篌w系結(jié)構(gòu)

面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)不同，它強調(diào)的是分布式對象的分配、部件及其界面、面向?qū)ο蟮耐ㄓ嵎椒āＨ?、什么是面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)？二、體系結(jié)構(gòu)建模第三頁，共32頁。

軟件技術(shù)研究的主要方面：軟件理論、編程和軟件設(shè)計方法、軟件工程環(huán)境、軟件體系結(jié)構(gòu)和中間件中，軟件體系結(jié)構(gòu)最重要。四、建立軟件體系結(jié)構(gòu)的重要性軟件開發(fā)首先要解決高層問題的決策，再逐步細化。系統(tǒng)能否適應(yīng)用戶初期需求的模糊性和需求的變化，主要取決于軟件體系結(jié)構(gòu)。軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件質(zhì)量的保證。6.1面向?qū)ο篌w系結(jié)構(gòu)第四頁，共32頁。1、用包圖或構(gòu)件圖描述的靜態(tài)結(jié)構(gòu)2、基于配置圖的軟件體系結(jié)構(gòu)

一個合理、健全、內(nèi)在一致的體系結(jié)構(gòu)，是建立高水平軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，即軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，決定了軟件的質(zhì)量。6.2基于UML的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計第五頁，共32頁。

6.2.1用包圖描述系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)一、包是系統(tǒng)的一種分組機制包由關(guān)系密切的一組模型元素構(gòu)成，包還可以由其它包構(gòu)成（嵌套）。圖中描述了體系結(jié)構(gòu)的包圖。

表示領(lǐng)域服務(wù)數(shù)據(jù)庫表示層應(yīng)用邏輯層存儲層圖6.1UML包表達的體系結(jié)構(gòu)單元

包圖是維護和控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的重要建模工具。第六頁，共32頁。

6.1.3描述系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)二、應(yīng)用包圖要解決的問題表示領(lǐng)域服務(wù)數(shù)據(jù)庫表示層應(yīng)用邏輯層存儲層圖6.1UML包表達的體系結(jié)構(gòu)單元

⑴如何組織包？應(yīng)將概念或語義相近的模型元素(對象類)納入一個包。即包具有高內(nèi)聚性，包中的類具有功能相關(guān)性。⑵如何確定包之間的關(guān)系？包之間的聯(lián)系主要有兩種：依賴和泛化。第七頁，共32頁。二、用配置圖描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配置圖是一個架構(gòu)，用來詳細說明技術(shù)單元和它們之間的鏈接。又可分為硬件環(huán)境的配置圖和軟件環(huán)境的配置圖。三、設(shè)計樣式UserStation:PersonalComputerdeptServer:opStation:WorkStationcorpServer:MainFrameONEDESKTOPONEDEPARTMENTTHECORPORATIONinterDeptLink:LANdeptCorpLink:TCP/IPopCorpLink:TCP/IP1..*1..*1..*11111三層C/S商業(yè)系統(tǒng)的配置圖第八頁，共32頁。醫(yī)院診療系統(tǒng)的配置圖(C/S):ObjectDatabase:HealthCareDomainDatabaseUnitServer（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）aWindowsPC(客戶機):ObjectDatabase:HealthCareDomainHeartUnitServer（心血管病服務(wù)器）:ConfigureKnowledge:ConfigureusersHeartUnitConfiguration《Communication》TCP/IPTCP/IP:HeartUnitUI:HeartUnitClientFacade:HeartUnitServerApplication用配置圖描述系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)第九頁，共32頁。

并不是所有的系統(tǒng)都需要建立配置圖，一個單機系統(tǒng)只需建立包圖或構(gòu)件圖就行了。配置圖主要用于在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行的分布式系統(tǒng)或嵌入式系統(tǒng)的建模。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器DB:數(shù)據(jù)庫打印機打印機

應(yīng)用服務(wù)器

系統(tǒng)管理（執(zhí)行碼）

通用應(yīng)用（執(zhí)行碼）

資源管理桌面客戶

資源管理

（執(zhí)行碼）

項目管理桌面客戶

項目管理

（執(zhí)行碼）項目與資源管理系統(tǒng)的配置圖第十頁，共32頁。三、用構(gòu)件圖來描述系統(tǒng)軟件環(huán)境的配置

image.java

構(gòu)件圖又稱為組件圖，組件（Component）是系統(tǒng)的物理可替換的單位，代表系統(tǒng)的一個物理組件及其聯(lián)系，表達的是系統(tǒng)代碼本身的結(jié)構(gòu)。１、簡單組件與擴充組件

Mailer+Mailbox+RoutingList

－MailQueue2、組件的實例

表示運行期間可執(zhí)行的軟件模塊。只有可執(zhí)行的組件才有實例。mymailer:Mailer

:Mailbox

:RoutingList

:MailQueue

第十一頁，共32頁。構(gòu)件圖實例

窗口控制（whnd.cpp）

通信控制

(comhnd.cpp)

主控模塊

(main.cpp)

窗口控制

(whnd.obj)

通訊控制

(comhnd.obj)主控模塊(main.obj)

圖形庫

(graphic.dll)

客戶程序

(client.exe)構(gòu)件關(guān)系第十二頁，共32頁。6.3基于模式的軟件體系結(jié)構(gòu)2、設(shè)計模式(desingpattern)

由一些更基本的成分構(gòu)成,是進行設(shè)計的“磚頭”，可以用于同類的其它設(shè)計，也稱為模型架構(gòu)(modelframework)。它用于細化軟件系統(tǒng)的子系統(tǒng)或組件。1、體系結(jié)構(gòu)模式（architecrulpattern）體系結(jié)構(gòu)模式表示軟件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)化組織圖式。體系結(jié)構(gòu)模式可以作為具體軟件體系結(jié)構(gòu)的模板。什么是軟件體系結(jié)構(gòu)的通用模式？第十三頁，共32頁。流程處理系統(tǒng)層狀系統(tǒng)客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)三級和多級系統(tǒng)代理常用的通用模式第十四頁，共32頁。體系結(jié)構(gòu)圖的標記法通常采用一組簡單的工程式樣標記來構(gòu)造體系結(jié)構(gòu)圖（architecturediagram）,這組標記是以UML的配置圖為基礎(chǔ)的。配置圖由多個結(jié)點（node),連接器（connector）構(gòu)成。ClientNode(客戶機結(jié)點)ServerNode（服務(wù)器結(jié)點）

ComponentA配置圖第十五頁，共32頁。

流程處理系統(tǒng)（proceduralprocessingsystem）以算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為中心，按照Ｉ-Ｐ-Ｏ過程進行處理。6.3.1流程處理系統(tǒng)UserInteface/Controller（用戶界面／控制器）SystemServices（系統(tǒng)服務(wù)）

預(yù)處理器1

解題器2

后處理器3

系統(tǒng)的主要特色是：三個處理部件之間是單向連接的，可能安裝在不同的電腦上。

常用于數(shù)據(jù)與圖象、模擬、數(shù)值解等。圖6.9流程處理系統(tǒng)第十六頁，共32頁。

流程處理系統(tǒng)（proceduralprocessingsystem）以程序算法(algorithm)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(datastructure)為中心，按照Ｉ-Ｐ-Ｏ過程進行處理。6.3.1流程處理系統(tǒng)UserInteface/Controller（用戶界面／控制器）SystemServices（系統(tǒng)服務(wù)）

預(yù)處理器1

解題器2

后處理器3圖6.10流程處理系統(tǒng)

三個處理部件之間的連接是單向的，部件的獨立性強。常用于數(shù)據(jù)和圖象處理、電腦模擬、數(shù)值解題等系統(tǒng)。第十七頁，共32頁。優(yōu)點：

系統(tǒng)由各處理部件簡單組合，易于擴充處理，部件易于復(fù)用。適合于在大規(guī)模并行計算機中(massivelyparallelcomputer)運行，解決復(fù)雜的工程技術(shù)問題。限制：

主要以批處理方式執(zhí)行，不適合交互方式。不易管理大量的不同格式的輸入、輸出數(shù)據(jù)。第十八頁，共32頁。

層(layer)，是一個部件或結(jié)點中的一組對象或函數(shù)，共同協(xié)作提供服務(wù)。如服務(wù)器中里層給外層提供服務(wù)。層狀體系結(jié)構(gòu)適用于應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及操作系統(tǒng)等。6.3.2層狀系統(tǒng)持久服務(wù)核心函數(shù)界面函數(shù)界面函數(shù)核心函數(shù)持久服務(wù)圖6.11層狀系統(tǒng)第十九頁，共32頁。優(yōu)點：

1、按照功能層次劃分，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，系統(tǒng)設(shè)計更加清晰。

2、內(nèi)層與外界隔離，可有效控制內(nèi)層的函數(shù)和服務(wù)。３、新的及常用運算（查詢）可在界面層中引入，由內(nèi)層服務(wù)支持，可提高系統(tǒng)性能。４、獨立的層，可以作為構(gòu)件或結(jié)點使用。限制：

1、層數(shù)過多，系統(tǒng)性能下降。

2、標準化的層界面可能變得臃腫，使函數(shù)調(diào)用性能下降。6.3.2層狀系統(tǒng)第二十頁，共32頁。ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型應(yīng)用層協(xié)議表示層協(xié)議會晤層協(xié)議傳輸層協(xié)議

物理介質(zhì)應(yīng)用層表示層會晤層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層表示層會晤層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層中繼系統(tǒng)中繼系統(tǒng)主機系統(tǒng)主機系統(tǒng)OpenSystemInterconnectionReferenceMode

NOS依靠在各網(wǎng)絡(luò)層次上（OSI七層參考模型）的協(xié)議實現(xiàn)通信。層狀系統(tǒng)舉例第二十一頁，共32頁。

在client/server模式下，客戶機負責用戶輸入和展示，服務(wù)器處理低層的功能。6.3.3客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)優(yōu)點：

1、客戶機與服務(wù)器分離，兩者開發(fā)可同時進行。

2、一個服務(wù)器可服務(wù)于多個客戶機。限制：

1、客戶機與服務(wù)器的通信依賴于網(wǎng)絡(luò)，可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞的瓶頸(bottleneck)現(xiàn)象。

2、服務(wù)器及界面的改變將引起客戶機的相應(yīng)改變。ClientBClientCClientAClientDServer(服務(wù)器)圖6.13客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)第二十二頁，共32頁。C/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫客戶(Client)服務(wù)器(Server)服務(wù)請求結(jié)果網(wǎng)絡(luò)圖6.14典型的客戶/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫DBMS應(yīng)用程序第二十三頁，共32頁。如何解決客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)的限制？

１、針對網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題，盡量減少客戶機作遠程調(diào)用，如把一組運算組合起來，在一個遠程調(diào)用中處理。２、為了解決服務(wù)器的變動引起客戶機的改變，采用“輕型客戶機”(thincilent)。如Web瀏覽器/服務(wù)器模式，簡稱B/S(Browser/Server）模式。

它無需在不同的客戶機上安裝不同的客戶應(yīng)用程序，而只需安裝通用的瀏覽器軟件。

簡化了系統(tǒng)的開發(fā)和維護。系統(tǒng)的開發(fā)者無須再為不同級別的用戶設(shè)計開發(fā)不同的客戶應(yīng)用程序了，只需把所有的功能都實現(xiàn)在Web服務(wù)器上，并就不同的功能為各個組別的用戶設(shè)置權(quán)限就可以了。第二十四頁，共32頁。B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫瀏覽器(Browser)WEB服務(wù)器服務(wù)請求最終結(jié)果網(wǎng)絡(luò)圖6.15基于WEB的瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)請求結(jié)果集數(shù)據(jù)訪問引擎第二十五頁，共32頁。二、如何提高服務(wù)器的效率

１、把部分工作轉(zhuǎn)移到客戶機中執(zhí)行，如查證輸入數(shù)據(jù)的正確性，可在客戶端進行。２、將數(shù)據(jù)庫的處理事項組合起來執(zhí)行，可提高數(shù)據(jù)庫的吞吐量(throughput)。第二十六頁，共32頁。

6.3.4三級和多級系統(tǒng)Databasemanagementnode（數(shù)據(jù)庫管理結(jié)點）businesslogicnode（商業(yè)邏輯結(jié)點）Security（安全）Event（事件）Search（搜索）ClientAClientDClientBClientC服務(wù)器客戶機

第一級是數(shù)據(jù)庫管理結(jié)點(databasemanagementnode)。第二級或中間級是“商業(yè)邏輯結(jié)點”(businesslogicnode),是指具體應(yīng)用中實施的程序邏輯和法則。第三級是用戶界面級，強調(diào)高效、方便易用的用戶界面。三級體系結(jié)構(gòu)第一級第二級第三級第二十七頁，共32頁。

多級系統(tǒng)

可由三級系統(tǒng)的概念推廣到多級系統(tǒng)(multi-tiersystem),即由多個C/S對組成。四級體系結(jié)構(gòu)ThinClientsDatabasemanagementnode（數(shù)據(jù)庫管理結(jié)點）businesslogicnode（商業(yè)邏輯結(jié)點）Security（保安）Event（事件）Search（搜索）ClientAClientBThinClientsWebServer（網(wǎng)服務(wù)器）（輕型客戶機）（客戶機）SQLHTTPCORBA/IIOP含商業(yè)邏輯對象第二十八頁，共32頁。多級系統(tǒng)的特點優(yōu)點：１.系統(tǒng)功能分布在多級或服務(wù)器上，系統(tǒng)易于維護和擴充。２.進