软考 高级 架构师 第十三章 软件架构设计 2

1.软件架构风格

软件架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。架构风格定义了一个系统家族，即一个框架定义、一个词汇表和一组约束。词汇表中包含一些构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的。
架构风格反应了领域中众多系统所共有的结构和语义特征，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。对软件架构风格的研究和实践促进对设计的重用，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。
架构设计的一个核心问题是能否达到架构级的软件复用。
架构风格定义了用于描述系统的术语表和一组指导构建系统的规则。

1.1.常见风格

风格	特点	代表
数据流风格	面向数据流，按照一定的顺序从前向后执行程序	批处理序列、管道-过滤器
调用/返回风格	构件之间存在互相调用的关系，一般是显示的调用	主程序/子程序、面向对象、层次架构
独立构件风格	构件之间是相互独立的，不存在显示的调用关系，而是通过某个事件触发、异步的方式来执行	进程通信、事件驱动系统（隐式调用）
虚拟机风格	自定义了一套规则供使用者使用，使用者基于这个规则来开发构件，能够跨平台适配	解释器、基于规则的系统
仓库风格	以数据为中心，所有的操作都是围绕建立的数据中心进行的	数据库系统、超文本系统、黑板系统

1.2.数据流风格

批处理风格：构件作为一系列固定顺序的计算单元，构件之间只通过数据传递交互。每个处理步骤是一个独立的程序，每一步必须在其前一步结束后才能开始，数据必须是完整的，以整体的方式传递。
管道-过滤器：每个构件都有一组输入和输出，构件读取输入的数据流，经过内部处理，产生数据流。前一个构件的输出作为后一个构件的输入，前后数据流关联。过滤器就是构件，连接件就是管道。

早期编译器就是采用的这种架构，要一步一步处理的，均可考虑此架构风格。
批处理和管道过滤器的区别在于批处理前后构件不一定有关联并且是作为整体传递，即必须前一个执行完才能执行下一个。管道-过滤器是前一个输出作为后一个输入，前面执行到部分可以开始下一个执行。

1.3.调用返回风格

主程序/子程序：单线程控制，把问题划分为若干个处理步骤，构件即为主程序和子程序，子程序通常可合成为模块。过程调用作为交互机制，充当连接件的角色。

面向对象：构件是对象，对象是抽象数据类型的实例。连接件即是对象间交互的方式，对象是通过函数和过程的调用来交互的。

层次结构：构件组成一个层次结构，连接件通过决定层间如何交互的协议来定义。每层为上一层提供服务，使用下一层的服务，只能见到与自己邻接的层。修改某一层，最多影响其相邻的两层（通常只影响上层）。

层次结构优点：
1）支持基于可增加抽象层的设计，允许将一个复杂问题分解成一个增量步骤序列的实现。
2）不同的层次处于不同的抽象级别，越靠近底层，抽象级别越高。
3）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，同样为软件复用提供了强大的支持。

缺点：
1）并不是每个系统都可以很容易的划分为分层的模式。
2）很难找到一个合适、正确的层次抽象方法。
3）效率会降低。

1.4.独立构件风格

进程通信：构件是独立的进程，连接件是消息传递。构件通常是命名过程，消息传递的方式可以是点对点、异步或同步方式，以及远程过程（方法）调用等。

事件驱动系统（隐式调用）：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，构建中的过程在一个或多个事件中注册，当某个事件被触发时，系统自动调用这个事件中注册的过程。一个事件的触发就导致了另一个模块中的过程调用。这种风格的构件时匿名的过程，它们之间交互的连接件往往是以过程之间的隐式调用来实现的。常见如：程序语言的语法高亮、语法错误提示。

优点：为软件复用提供了强大支持，为构件的维护和演化带来了方便。
缺点：构件放弃了对系统计算的控制。

1.5.虚拟机风格

解释器：通常包括一个完成解释工作的解释引擎、一个包含将被解释的代码的存储区、一个记录解释引擎当前工作状态的数据结构，以及一个记录源代码被解释执行的进度的数据结构。具有解释器风格的软件中含有一个虚拟机，可以仿真硬件的执行过程和一些关键应用，缺点是执行效率低。关键字：业务灵活配置。

基于规则的系统：包括规则集、规则解释器、规则/数据选择器和工作内存，一般用在人工智能领域和DSS中、专家系统。

常见关键字：自定义流程、规则随时改变、灵活定义、业务灵活组成、机器人

1.6.仓库风格

数据库系统：构件主要有两大类，一类是中央共享数据源，保存当前系统的数据状态；另一类是多个独立的处理单元，处理单元对数据元素进行操作。

黑板系统：包括知识源、黑板和控制三部分。知识源包括若干独立计算的不同单元，提供解决问题的知识。知识源响应黑板变化，也只修改黑板；黑板是一个全局数据库，包含问题域解决空间的全部状态，是知识源相互作用的唯一媒介。知识源响应是通过黑板状态的变化来控制的。黑板系统通常应用在对于解决问题没有确定性算法的软件中（信号处理、问题规划和编译器优化等）。如语音识别、知识推理等。

超文本系统：构件以网状链接方式相互连接，用户可以在构件之间进行按照人类的联想思维方式任意跳转到相关构件。是一种非线性的网状信息组织方法，它以节点为基本单位，链作为节点之间的联想式关联。通常应用在互联网领域。

现代编译器的集成开发环境IDE一般采用数据仓库（即以数据为中心的架构风格）架构风格进行开发，其中心数据就是程序的语法树。

1.7.闭环控制风格

当软件被用来操作一个物理系统时，软件与硬件之间可以粗略的表示为一个反馈循环，这个 反馈循环通过接收一定的输入，确定一系列的输出，最终使环境达到一个新的状态，适合于嵌入式系统，涉及连续的动作与状态。
常见如汽车巡航定速、空调温度调节等

1.8.C2体系风格

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底部。
2）构件的顶部应连接到某连接件的底部，构件的底部应该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他构件和连接件连接。
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。

2.层次架构风格

2.1.传统层次架构

两层C/S架构
三层C/S架构
两层B/S架构
三层B/S架构

C：客户端
S：服务器
B：浏览器

三层B/S架构：

2.2.RIA

富互联网应用RIA（小程序）
1)结合了C/S架构反应速度快、交互性强的有点与B/S架构传播范围广及容易传播的特性。
2)简化并改进了B/S架构的用户交互。
3)数据能够还存在客户端，从而可以实现一个比基于HTML的响应速度更快且数据往返于服务器的次数更少的用户界面。
4)本质还是0客户端，借助于高速网络实现必要插件在本地的快速缓存，增强页面对动态页面的支持能力。

2.3.MVC

1)Controller控制器，处理用户交互，从视图读数据，控制用户输入，并向模型发送数据
2)Model模型，处理数据逻辑，通常负责数据在数据库的存取，表示业务逻辑和业务数据。
3)View视图，是应用程序中处理数据显示的部分。依据模型数据创建，是用户看到并与之交互的界面。不进行任何业务处理。

2.4.MVP

对MVC的改进，P替代了C。P：Presenter呈现，目的是完全切断view和model的联系，Presenter作为两者沟通的桥梁。

P非常厚，所有的程序逻辑在Presenter。
View非常薄，不部署任何业务逻辑，称为被动视图，没有任何主动性。
P和V没有直接联系，通过定义好的接口进行交互，使得在V改变时，P不用随之改变。

2.5.MVVM

与MVC类似。主要目的是分离视图和模型。
优点：
1）低耦合
2）可重用性
3）独立开发
4）可测试

2.6.SOA面向服务的架构风格

粗颗粒度、送耦合，服务之间通过简单、精确定义接口进行通信，不涉及底层编程接口和通信模型。
在SOA中服务是一种为了满足某项业务需求的操作、规则等的逻辑组合。它包含了一系列有序活动的交互，为实现用户目标提供支持。
SOA不仅是一种开发方法，还有管理上的优点，管理员可直接管理开发人员所构件的相同服务。多个服务通过企业总线提出服务请求，由应用管理来进行处理。

关键目标：实现企业IT资产重用的最大化。
特征：可从企业外部访问、随时可用（服务请求能被及时响应）、粗颗粒度接口（粗颗粒度提供一项特定的业务功能，而细颗粒服务代表了技术构件方法）、服务分级、松散耦合（服务提供者和使用者分离）、可重用服务及服务接口设计管理、标准化接口（WSDL、SOAP、XML是核心）、支持各种消息模式、精确定义的服务接口。

从基于对象到基于构建再到基于服务，架构越来越松散耦合，粒度越来越粗，接口越来越标准。

基于服务的构件和传统构件的区别：
1）服务构件粗粒度，传统构件细粒度居多
2）服务构件的接口是标准的，主要是WSDL接口，而传统构件常以API形式出现
3）服务构件的实现与语言无关，传统构件与语言绑定
4）服务构件可以通过构建容提供QOS的服务，而传统构件完全由程序代码直接控制。

关键技术：

SOA的实现方式：
1）WEB Service：服务提供者、服务注册中心、服务请求者
2）服务注册表：
a.服务注册：服务提供者在注册表中公布服务的功能
b.服务位置：帮助服务使用者查询注册服务，寻找符合自身要求的服务
c.服务绑定：服务使用者利用检索到的服务接口来编写代码，所编写的代码将与注册的服务绑定，调用注册的服务，以及与它们实现交互
3）ESB：包括客户端、基础架构服务、核心集成服务。其存在是为了集成基于不同协议的不同服务，ESB做了消息的转化、解释以及路由的工作，以此让不同的服务互联互通。