软件体系结构研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要：软件体系结构目前是软件界研究的一个热点，为什么要研究软件体系结构，软件体系结构目前的现状如何，这些都是该文讨论的问题。
　　关键词：软件体系结构；重用；模式
　　中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)35-2519-02
　　A Comprehensive Introduction to the Study of Software Architecture
　　WANG Qiang
　　(AnHui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhu 241000, China)
　　Abstract: Software architecture is the hotspot in software engineering research. This article discusses about the purpose and current situation of software architecture researching.
　　Key words: software architecture; reuse; mode
　　
　　1 引言
　　
　　随着计算机技术的发展和应用的不断深入，软件系统的规模和复杂度日益增加，在软件设计过程中人们所面临的问题不仅仅是考虑软件系统的功能问题，而是面临要解决更难处理的可修改性，性能，可靠性等非功能性问题。特别是80年代以来，对软件适应变更的要求越来越高，所以对软件整体的设计已经超过了算法和数据结构，成为系统开发关注的主要问题。软件开发最大的风险来自需求变更，但一蹴而就搞定需求不现实，好的体系结构是易改动的基础。 能否复用很重要，设计复用比代码复用更有用更难。因此，研究软件体系结构研究的能提高软件生产率和简化维护。提高软件生产率的关键在于软件相关部分的复用，而简化维护的关键是减少软件理解的成本和提高软件的质量，这就是研究软件体系结构的目的。
　　
　　2 软件体系结构的概念
　　
　　软件系统的规模在迅速增大的同时，软件开发方法也经历了一系列的变革.在此过程中，软件体系结构也由最初模糊的概念发展到一个渐趋成熟的技术。
　　1) 1992年Perry 和Wo1f 在他们早期关于软件体系结构的论文中指出:软件体系结构是一组具有一定形式的结构化元素或称为设计元素组成。
　　2) 1993年Shaw 和Garlan 认为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。
　　3) 1994年Hayes Roth 则认为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。
　　4) 1995年Garlan 和Perry 在IEEE 软件工程学报上又采用如下的定义：软件体系结构是一个程序各构件的结构、它们之间的相互关系以及进行设计的原则和随时间进化的指导方针。
　　5) 1996年Boehm 和他的学生提出，一个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。
　　6) 1997年Ctements 和Kazman在《使用软件体系结构》一书中给出如下的定义：一个程序或计算机系统的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。
　　
　　3 软件体系结构的现状
　　
　　下面介绍几种常见的体系结构。
　　模型-视图-控制结构是交互式应用程序广泛使用的一种体系结构。它有效地在存储和展示数据的对象中区分功能模块以降低它们之间的连接度，这种体系结构将传统的输入、处理和输入模型转化为图形显示的用户交互模型，或者换一种说法，是多层次的Web商业应用；MVC体系结构具有三个层面：模型（Model）、视图(View)和控制(Controller)，每个层面有其各自的功能作用。
　　模型层负责表达和访问商业数据，执行商业逻辑和操作。也就是说，这一层就是现实生活中功能的软件模拟；在模型层变化的时候，它将通知视图层并提供后者访问自身状态的能力，同时控制层也可以访问其功能函数以完成相关的任务。
　　视图层负责显示模型层的内容。它从模型层取得数据并指定这些数据如何被显示出来。在模型层变化的时候，它将自动更新。另外视图层也会将用户的输入传送给控制器。控制层负责定义应用程序的行为。它可以分派用户的请求并选择恰当的视图以用于显示，同时它也可以解释用户的输入并将它们映射为模型层可执行的操作；在一个图形界面中，常见的用户输入包括点击按钮和菜单选择。在Web应用中，它包括对Web层的HTTP GET和POST的请求；控制层可以基于用户的交互和模型层的操作结果来选择下一个可以显示的视图，一个应用程序通常会基于一组相关功能设定一个控制层的模块，甚至一些应用程序会根据不同的用户类型具有不同的控制层设定，这主要是由于不同用户的视图交互和选择也是不同的。
　　在模型层、视图层和控制层之间划分责任可以减少代码的重复度，并使应用程序维护起来更简单。同时由于数据和商务逻辑的分开，在新的数据源加入和数据显示变化的时候，数据处理也会变得更简单。
　　软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。它反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统。按这种方式理解，软件体系结构风格定义了用于描述系统的术语表和一组指导构件系统的规则。
　　对软件体系结构风格的研究和实践促进了对设计的复用，一些经过实践证实的解决方案也可以可靠地用于解决新的问题。体系结构风格的不变部分使不同的系统可以共享同一个实现代码。只要系统是使用常用的、规范的方法来组织，就可使别的设计者很容易地理解系统的体系结构。例如，如果某人把系统描述为"客户／服务器"模式，则不必给出设计细节，我们立刻就会明白系统是如何组织和工作的。
　　下面是Garlan和Shaw对通用体系结构风格的分类：
　　1) 数据流风格：批处理序列；管道/过滤器
　　2) 调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层次结构
　　3) 独立构件风格：进程通讯；事件系统
　　4) 虚拟机风格：解释器；基于规则的系统
　　5) 仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统
　　设计模式使人们可以更简单方便地复用成功地设计和体系架构。将以证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更容易理解其设计思路。设计模式帮助你做出有利于系统复用的选择，避免设计损害了系统复用性。通过提供一个显示类和对象作用关系以及它们之间潜在联系的说明规范，设计模式甚至能够提高已有系统的文档管理和系统维护的有效性。简而言之，设计模式可以帮助设计者更快更好地完成系统设计。
　　一个设计模式描述了对于特定设计问题被验证的解决方案，它综合了所有开发者对这个问题所在领域的知识和见解；同时也是对于常见问题的可重用方案，它们一般适用于单个问题，但是组织在一起就可以提供整个企业系统的解决方案。J2EE平台就用到很多设计模式，列举如下：
　　1) 前控制器。
　　2) 控制器
　　3) 视图
　　4) 视图帮助
　　5) 会话面
　　6) 数据访问对象
　　7) 值对象或传输对象
　　8) 截取过滤器
　　随着软件体系结构的不断发展，出现了一种新型的体系结构即SOA。SOA被称为软件体系结构的划时代革命。
　　SOA是一种结构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。服务层是SOA的基础，可以直接被应用调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。SOA的关键是“服务”的概念，W3C将服务定义为：“服务提供者完成一组工作，为服务使用者交付所需的最终结果。最终结果通常会使使用者的状态发生变化，但也可能使提供者的状态改变，或者双方都产生变化”。Service-architecture.com将SOA定义为：“本质上是服务的集合。服务间彼此通信，这种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务协调进行某些活动。服务间需要某些方法进行连接。所谓服务就是精确定义、封装完善、独立于其他服务所处环境和状态的函数。” Looselycoupled.com将SOA定义为：“按需连接资源的系统。在SOA中，资源被作为可通过标准方式访问的独立服务，提供给网络中的其他成员。与传统的系统结构相比，SOA规定了资源间更为灵活的松散耦合关系。” Gartner则将SOA描述为：“客户端/服务器的软件设计方法，一项应用由软件服务和软件服务使用者组成……SOA与大多数通用的客户端/服务器模型的不同之处，在于它着重强调软件组件的松散耦合，并使用独立的标准接口。” Gartner相信BPM和SOA的结合对所有类型的应用集成都大有助益――“SOA极大的得益于BPM技术和方法论，但是SOA面临的真正问题是确立正确的企业意识，即：强化战略化的SOA计划（针对供应和使用）并鼓励重用。”虽然不同厂商或个人对SOA有着不同的理解，但是我们仍然可以从上述的定义中看到SOA的几个关键特性：一种粗粒度、松耦合服务结构，服务之间通过简单、精确定义接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。
　　
　　4 软件体系结构存在的不足
　　
　　尽管软件体系结构研究领域取得了若干成果，但在应用方面，软件体系结构仍然有很多可以改进的地方。N. Medvovonic认为，目前对软件体系结构的理解还仅限于直观、或当作稀奇事、或当作民间传说；语义丰富但不严谨。体系结构似乎没有解决实际问题。由此可见，若要有效地指导软件工程实践、为软件开发提供一个好的结构及其设计结构的指导原则，软件体系结构研究还有若干问题需要解决。比如缺乏统一的软件体系结构的概念，各种软件体系结构的不易操作性，ADL繁多，缺乏统一的ADL支持等等。
　　
　　5 前景展望
　　
　　目前，软件体系结构领域研究非常活跃。随着研究的不断深入，软件复用的层次越来越高，人们在开发新的系统时不必总是重复别人已经创造的东西，而是可在软件开发中复用已有成果，这样可以把注意力投入到软件新增功能上，提高软件开发效率。
　　针对软件体系结构发展趋势，Clements预测在未来的5~10年内软件体系结构研究将围绕如下5个方向展开:体系结构创建与选择；体系结构表示；体系结构分析；基于体系结构开发；体系结构演化.而Perry在IFIP 2000 年世界计算机大会主题演讲中认为，最为重要的3个研究方向是:体系结构风格、体系结构连接件和动态体系结构。
　　
　　参考文献：
　　[1] 王霞俊.浅谈软件体系结构[J].常州轻工职业技术学院学报,2007(1).
　　[2] 邓伦丹,罗丹,汪伟.几种主要的软件体系结构风格的分析[J].科技信息,2007(32):102.
　　[3] 孙昌爱,金茂忠,刘超.软件体系结构研究综述[J].软件学报,2002(13)
　　[4] 秦建超,杜友福,孟珍伟.浅谈软件体系结构科技信息[J],2007(2)
　　[5] Michale Kircher.面向模式的软件体系结构[M].1版.北京:机械工业出版社,2005:5-6.
　　[6] The Boeing Company-Defense and Space Group.STARS conceptual framework for reuse processes,lockheed martin tactical defense system.STARS Program Technical Report,1994.
　　[7] Yu,Wei,Yang,Wei-hai,Cai,Xi-yao.Research on software architecture description[J].Computer Research and Development,2000,37(10):1185-1191.

转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-8705690.htm