5大类软件架构风格（软件架构风格的风格详述）

本文目录

• 软件架构风格的风格详述
• 在软件架构中， （ ） 风格包括数据库系统、黑板系统和超文本系统
• 软件架构的形式
• 软件体系结构的体系风格

软件架构风格的风格详述

批处理序列,
管道/过滤器,linux命令行。 主程序/子程序；
面向对象风格； 进程通讯；
事件系统:隐式调用,广播机制,例如编译器的插件工具 解释器, 比如java虚拟机。
基于规则的系统, 数据库系统；
超文本系统；
黑板系统:常用的有人工智能,信号处理,电子商务等依靠数据库的专家系统 客户机/服务器风格
拓扑结构:典型的是网络的拓扑结构 单片机中,软件与硬件的相互影响,循环交替操作,中断等

在软件架构中， （ ） 风格包括数据库系统、黑板系统和超文本系统

【答案】：C
软件架构分为数据流风格、调用／返回风格、独立构件风格、虚拟机风格和仓库风格。(1)数据流风格：数据流风格包括批处理序列和管道／过滤器两种风格。(2)调用／返回风格：调用／返回风格包括主程序／予程序、数据抽象和面向对象，以及层次结构。(3)独立构件风格：独立构件风格包括进程通信和事件驱动的系统。(4)虚拟机风格：虚拟机风格包括解释器和基于规则的系统。(5)仓库风格：仓库风格包括数据库系统、黑板系统和超文本系统。

软件架构的形式

中所提供的类别和这些类别所包含的模式。
类别 模式结构 层管道和过滤器黑板分布式系统代理交互系统 模型-视图-控制器表示-抽象-控制自适应系统反射微核
在“软件构架简介”中，David Garlan 和 Mary Shaw 认为软件构架是有关如下问题的设计层次：“在计算的算法和数据结构之外，设计并确定系统整体结构成为了新的问题。结构问题包括总体组织结构和全局控制结构；通信、同步和数据访问的协议；设计元素的功能分配；物理分布；设计元素的组成；定标与性能；备选设计的选择。”
但构架不仅是结构；IEEE Working Group on Architecture 把其定义为“系统在其环境中的最高层概念”。构架还包括“符合”系统完整性、经济约束条件、审美需求和样式。它并不仅注重对内部的考虑，而且还在系统的用户环境和开发环境中对系统进行整体考虑，即同时注重对外部的考虑。
在 Rational Unified Process 中，软件系统的构架（在某一给定点）是指系统重要构件的组织或结构，这些重要构件通过接口与不断减小的构件与接口所组成的构件进行交互。
为阐明其含义，下面将详述其中的两个；完整说明请参见 。模式以下列广泛使用的形式来表示：
模式名环境问题影响，描述应考虑的不同问题方面解决方案基本原理结果环境示例模式名层
环境需要进行结构分解的大系统。
问题必须处理不同抽象层次的问题的系统。例如：硬件控制问题、常见服务问题和针对于不同领域的问题。最好不要编写垂直构件来处理所有抽象层次的问题。否则要在不同的构件中多次处理相同的问题（可能会不一致）。
影响
系统的某些部分应当是可替换的构件中的变化不应波动相似的责任应归为一组构件大小 -- 复杂构件可能要进行分解解决办法将系统分成构件组，并使构件组形成层叠结构。使上层只使用下层（决不使用上层）提供的服务。尽量不使用非紧邻下层提供的服务（不跳层使用服务，除非中间层只添加通过构件）。
示例：
1. 通用层
严格的分层构架规定设计元素（类、构件、包、子系统）只能使用下层提供的服务， 服务可以包括事件处理、错误处理、数据库访问等等。 相对于记录在底层的原始操作系统级调用，它包括更明显的机制。
2. 业务系统层
上图显示了另一个分层示例，其中有垂直特定应用层、水平层和基础设施层。注意：此处的目标是采用非常短的业务“烟囱”并实现各种应用程序间的通用性。 否则，就可能有多个人解决同一问题，从而导致潜在的分歧。
有关该模式的深入讨论，请参见指南：分层。
模式名黑板
环境没有解决问题的确定方法（算法）或方法不可行的领域。例如 AI 系统、语音识别和监视系统。
问题多个问题解决顾问（知识顾问）必须通过协作来解决他们无法单独解决的问题。各顾问的工作结果必须可以供所有其他顾问访问，使他们可以评估自己是否可以参与解决方案的查找并发布其工作结果。
影响
知识顾问参与解决问题的顺序不是确定的，这可能取决于问题解决策略
不同顾问的输入（结果或部分解决方案）可能有不同的表示方式
各顾问并不直接知道对方的存在，但可以评估对方发布的工作
解决办法多名知识顾问都可访问一个称为“黑板”的共享数据库。黑板提供监测和更新其内容的接口。控制模块/对象激活遵循某种策略的顾问。激活后，顾问查看黑板，以确定它是否能参与解决问题。如果顾问决定它可以参与，控制对象就可以允许顾问将其部分（或最终）解决方案放置于黑板上。
示例：
以上显示了使用 UML 建模的结构或静态视图。 它将成为参数化协作的一部分，然后会绑定到实参上对模式进行实例化。
构架风格软件构架（或仅是构架视图）可以具有名为构架风格的属性，该属性减少了可选的形式，并使构架具有一定程度的一致性。样式可以通过一组模式或通过选择特定构件或连接器作为基本构件来定义。对给定系统，某些样式可作为构架描述的一部分记录在构架风格指南（Rational Unified Process 中设计指南文档的一部分）中。样式在构架的可理解性与完整性方面起着主要的作用。
逻辑视图：类图、状态机和对象图。进程视图：类图与对象图（包括任务 - 进程与线程）。实施视图：构件图。部署视图：配置图。

软件体系结构的体系风格

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
限于篇幅，在本文中，我们将只介绍几种主要的和经典的体系结构风格和它们的优缺点。有关新出现的软件体系结构风格，将在后续文章中进行介绍。 C2体系结构风格可以概括为：通过连接件绑定在一起的按照一组规则运作的并行构件网络。C2风格中的系统组织规则如下：
（1）系统中的构件和连接件都有一个顶部和一个底部；
（2）构件的顶部应连接到某连接件的底部，构件的底部则应连接到某连接件的顶部，而构件与构件之间的直接连接是不允许的；（3）一个连接件可以和任意数目的其它构件和连接件连接；
（4）当两个连接件进行直接连接时，必须由其中一个的底部到另一个的顶部。
图3是C2风格的示意图。图中构件与连接件之间的连接体现了C2风格中构建系统的规则。
图3 C2风格的体系结构
C2风格是最常用的一种软件体系结构风格。从C2风格的组织规则和结构图中，我们可以得出，C2风格具有以下特点：
（1）系统中的构件可实现应用需求，并能将任意复杂度的功能封装在一起；
（2）所有构件之间的通讯是通过以连接件为中介的异步消息交换机制来实现的；
（3）构件相对独立，构件之间依赖性较少。系统中不存在某些构件将在同一地址空间内执行，或某些构件共享特定控制线程之类的相关性假设。 在管道/过滤器风格的软件体系结构中，每个构件都有一组输入和输出，构件读输入的数据流，经过内部处理，然后产生输出数据流。这个过程通常通过对输入流的变换及增量计算来完成，所以在输入被完全消费之前，输出便产生了。因此，这里的构件被称为过滤器，这种风格的连接件就象是数据流传输的管道，将一个过滤器的输出传到另一过滤器的输入。此风格特别重要的过滤器必须是独立的实体，它不能与其它的过滤器共享数据，而且一个过滤器不知道它上游和下游的标识。一个管道/过滤器网络输出的正确性并不依赖于过滤器进行增量计算过程的顺序。
图4是管道/过滤器风格的示意图。一个典型的管道/过滤器体系结构的例子是以Unix shell编写的程序。Unix既提供一种符号，以连接各组成部分(Unix的进程)，又提供某种进程运行时机制以实现管道。另一个著名的例子是传统的编译器。传统的编译器一直被认为是一种管道系统，在该系统中，一个阶段（包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成）的输出是另一个阶段的输入。
图4 管道/过滤器风格的体系结构
管道/过滤器风格的软件体系结构具有许多很好的特点：
（1）使得软构件具有良好的隐蔽性和高内聚、低耦合的特点；
（2）允许设计者将整个系统的输入/输出行为看成是多个过滤器的行为的简单合成；
（3）支持软件重用。重要提供适合在两个过滤器之间传送的数据，任何两个过滤器都可被连接起来；
（4）系统维护和增强系统性能简单。新的过滤器可以添加到现有系统中来；旧的可以被改进的过滤器替换掉；
（5）允许对一些如吞吐量、死锁等属性的分析；
（6）支持并行执行。每个过滤器是作为一个单独的任务完成，因此可与其它任务并行执行。
但是，这样的系统也存在着若干不利因素。
（1）通常导致进程成为批处理的结构。这是因为虽然过滤器可增量式地处理数据，但它们是独立的，所以设计者必须将每个过滤器看成一个完整的从输入到输出的转换。
（2）不适合处理交互的应用。当需要增量地显示改变时，这个问题尤为严重。
（3）因为在数据传输上没有通用的标准，每个过滤器都增加了解析和合成数据的工作，这样就导致了系统性能下降，并增加了编写过滤器的复杂性。 抽象数据类型概念对软件系统有着重要作用，目前软件界已普遍转向使用面向对象系统。这种风格建立在数据抽象和面向对象的基础上，数据的表示方法和它们的相应操作封装在一个抽象数据类型或对象中。这种风格的构件是对象，或者说是抽象数据类型的实例。对象是一种被称作管理者的构件，因为它负责保持资源的完整性。对象是通过函数和过程的调用来交互的。
图5是数据抽象和面向对象风格的示意图。图5 数据抽象和面向对象风格的体系结构
面向对象的系统有许多的优点，并早已为人所知：
（1）因为对象对其它对象隐藏它的表示，所以可以改变一个对象的表示，而不影响其它的对象。
（2）设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互的代理程序的集合。
但是，面向对象的系统也存在着某些问题：
（1）为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行交互，必须知道对象的标识。只要一个对象的标识改变了，就必须修改所有其他明确调用它的对象。
（2）必须修改所有显式调用它的其它对象，并消除由此带来的一些副作用。例如，如果A使用了对象B，C也使用了对象B，那么，C对B的使用所造成的对A的影响可能是料想不到的。 基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事件。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册，当一个事件被触发，系统自动调用在这个事件中注册的所有过程，这样，一个事件的触发就导致了另一模块中的过程的调用。
从体系结构上说，这种风格的构件是一些模块，这些模块既可以是一些过程，又可以是一些事件的集合。过程可以用通用的方式调用，也可以在系统事件中注册一些过程，当发生这些事件时，过程被调用。
基于事件的隐式调用风格的主要特点是事件的触发者并不知道哪些构件会被这些事件影响。这样不能假定构件的处理顺序，甚至不知道哪些过程会被调用，因此，许多隐式调用的系统也包含显式调用作为构件交互的补充形式。
支持基于事件的隐式调用的应用系统很多。例如，在编程环境中用于集成各种工具，在数据库管理系统中确保数据的一致性约束，在用户界面系统中管理数据，以及在器中支持语法检查。例如在某系统中，器和变量监视器可以登记相应Debugger的断点事件。当Debugger在断点处停下时，它声明该事件，由系统自动调用处理程序，如程序可以卷屏到断点，变量监视器刷新变量数值。而Debugger本身只声明事件，并不关心哪些过程会启动，也不关心这些过程做什么处理。
隐式调用系统的主要优点有：
（1）为软件重用提供了强大的支持。当需要将一个构件加入现存系统中时，只需将它注册到系统的事件中。
（2）为改进系统带来了方便。当用一个构件代替另一个构件时，不会影响到其它构件的接口。
隐式调用系统的主要缺点有：
（1）构件放弃了对系统计算的控制。一个构件触发一个事件时，不能确定其它构件是否会响应它。而且即使它知道事件注册了哪些构件的构成，它也不能保证这些过程被 调用的顺序。
（2）数据交换的问题。有时数据可被一个事件传递，但另一些情况下，基于事件的系统必须依靠一个共享的仓库进行交互。在这些情况下，全局性能和资源管理便成了问题。
（3）既然过程的语义必须依赖于被触发事件的上下文约束，关于正确性的推理存在问题。 层次系统组织成一个层次结构，每一层为上层服务，并作为下层客户。在一些层次系统中，除了一些精心挑选的输出函数外，内部的层只对相邻的层可见。这样的系统中构件在一些层实现了虚拟机（在另一些层次系统中层是部分不透明的）。连接件通过决定层间如何交互的协议来定义，拓扑约束包括对相邻层间交互的约束。
这种风格支持基于可增加抽象层的设计。这样，允许将一个复杂问题分解成一个增量步骤序列的实现。由于每一层最多只影响两层，同时只要给相邻层提供相同的接口，允许每层用不同的方法实现，同样为软件重用提供了强大的支持。
图6是层次系统风格的示意图。层次系统最广泛的应用是分层通信协议。在这一应用领域中，每一层提供一个抽象的功能，作为上层通信的基础。较低的层次定义低层的交互，最低层通常只定义硬件物理连接。
图6 层次系统风格的体系结构
层次系统有许多可取的属性：
（1）支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以把一个复杂系统按递增的步骤进行分解；
（2）支持功能增强，因为每一层至多和相邻的上下层交互，因此功能的改变最多影响相邻的上下层；
（3）支持重用。只要提供的服务接口定义不变，同一层的不同实现可以交换使用。这样，就可以定义一组标准的接口，而允许各种不同的实现方法。
但是，层次系统也有其不足之处：
（1）并不是每个系统都可以很容易地划分为分层的模式，甚至即使一个系统的逻辑结构是层次化的，出于对系统性能的考虑，系统设计师不得不把一些低级或高级的功能综合起来；
（2）很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法。 在仓库风格中，有两种不同的构件：中央数据结构说明当前状态，独立构件在中央数据存贮上执行，仓库与外构件间的相互作用在系统中会有大的变化。
控制原则的选取产生两个主要的子类。若输入流中某类时间触发进程执行的选择，则仓库是一传统型数据库；另一方面，若中央数据结构的当前状态触发进程执行的选择，则仓库是一黑板系统。
图7是黑板系统的组成。黑板系统的传统应用是信号处理领域，如语音和模式识别。另一应用是松耦合代理数据共享存取。
图7 黑板系统的组成
我们从图4中可以看出，黑板系统主要由三部分组成：
（1）知识源。知识源中包含独立的、与应用程序相关的知识，知识源之间不直接进行通讯，它们之间的交互只通过黑板来完成。
（2）黑板数据结构。黑板数据是按照与应用程序相关的层次来组织的解决问题的数据，知识源通过不断地改变黑板数据来解决问题。
（3）控制。控制完全由黑板的状态驱动，黑板状态的改变决定使用的特定知识。