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<head><title>軟件體系結構</title></head>
<center><h1>軟件體系結構</h1></center>
<div><P align=right><FONT face=黑體><FONT color=#ff0033><a href="200604112229525.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604112229525.html" target="_new">中科永聯</a>高級技術培訓中心（</FONT></FONT><FONT face=黑體 color=#ff0033>www.itisedu.com</FONT><FONT face=黑體 color=#ff0033>）<STRONG><IMG src="200631314813885.jpg" tppabs="http://www.itisedu.com/manage/Upload/image/200631314813885.jpg" border=0></STRONG></FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> <a href="200603131358465.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603131358465.html" target="_new">軟件體系結構</a>是具有一定形式的結構化元素，即<a href="200604161439595.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604161439595.html" target="_new">構件</a>的集合，包括處理構件、數據構件和連接構件。處理構件負責對數據進行加工，數據構件是被加工的信息，連接構件把<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200603122156385.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200603122156385.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603122156385.html" target="_new">體系結構</a>的不同部分組組合連接起來。這一定義注重區分處理構件、數據構件和連接構件，這一方法在其他的定義和方法中基本上得到保持。 </FONT></P>
<P><FONT face=Verdana><STRONG>一、<a href="200604232134205.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604232134205.html" target="_new">軟件</a>體系結構的定義</STRONG></FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> 雖然軟件體系結構已經在<a href="200602281725525.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602281725525.html" target="_new">軟件工程</a>領域中有著廣泛的應用，但迄今為止還沒有一個被大家所公認的定義。許多專家學者從不同角度和不同側面對軟件體系結構進行了刻畫，較為典型的定義有：<BR> （1）Dewayne Perry和A1ex Wo1f曾這樣定義：軟件體系結構是具有一定形式的結構化元素，即構件的集合，包括處理構件、數據構件和連接構件。處理構件負責對數據進行加工，數據構件是被加工的信息，連接構件把體系結構的不同部分組組合連接起來。這一定義注重區分處理構件、數據構件和連接構件，這一方法在其他的定義和方法中基本上得到保持。 </FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> （2）Mary Shaw和David Garlan認為軟件體系結構是軟件設計過程中的一個層次，這一層次超越計算過程中的算法設計和數據結構設計。體系結構問題包括總體組織和全局控制、通訊協議、同步、數據存取，給設計元素分配特定功能，設計元素的組織，規模和性能，在各設計方案間進行選擇等。軟件體系結構處理算法與數據結構之上關于整體系統結構設計和描述方面的一些問題，如全局組織和全局控制結構、關于通訊、同步與數據存取的協議，設計構件功能定義，物理分布與合成，設計方案的選擇、評估與實現等<BR> （3）Kruchten指出，軟件體系結構有四個角度，它們從不同方面對系統進行描述：概念角度描述系統的主要構件及它們之間的關系；模塊角度包含功能分解與層次結構；運行角度描述了一個系統的動態結構；代碼角度描述了各種代碼和庫函數在開發環境中的組織。<BR> （4）Hayes Roth則認為軟件體系結構是一個抽象的系統規范，主要包括用其行為來描述的功能構件和構件之間的相互連接、接口和關系。<BR> （5）David Garlan和Dewne Perry于1995年在IEEE軟件工程學報上又采用如下的定義：軟件體系結構是一個<a href="200604232224305.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604232224305.html" target="_new">程序</a>／系統各構件的結構、它們之間的相互關系以及進行設計的原則和隨時間進化的指導方針。<BR> （6）Barry Boehm和他的學生提出，一個軟件體系結構包括一個軟件和系統構件，互聯及約束的集合；一個系統<a href="200603101518295.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603101518295.html" target="_new">需求</a>說明的集合；一個基本原理用以說明這一構件，互聯和約束能夠滿足系統需求。<BR> （7）1997年，Bass，Ctements和Kazman在《使用軟件體系結構》一書中給出如下的定義：一個程序或<a href="200603021438435.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603021438435.html" target="_new">計算機</a>系統的軟件體系結構包括一個或一組軟件構件、軟件構件的外部的可見特性及其相互關系。其中，"軟件外部的可見特性"是指軟件構件提供的服務、性能、特性、錯誤處理、共享資源使用等。</FONT></P>
<P><FONT face=Verdana><STRONG>二、軟件體系結構的發展歷史</STRONG></FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> 與最初的大型中央主機相適應，最初的<a href="200602282202575.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602282202575.html" target="_new">軟件結構</a>體系也是Mainframe結構，該結構下客戶、數據和程序被集中在主機上，通常只有少量的GUI界面，對遠程<a href="200602271218062.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602271218062.html" target="_new">數據庫</a>的訪問比較困難。隨著PC的廣泛應用，該結構逐漸在應用中被淘汰。 </FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> 在80年代中期出現了<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200604231337375.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200604231337375.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604231337375.html" target="_new">Client</a>/Server分布式計算結構，應用程序的處理在客戶（PC機）和服務器（Mainframe或Server）之間分擔；請求通常被關系型數據庫處理，PC機在接受到被處理的數據后實現顯示和業務邏輯；系統支持模塊化開發，通常有GUI界面。<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200604291147015.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200604291147015.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604291147015.html" target="_new">Client/Server結構</a>因為其靈活性得到了極其廣泛的應用。但對于大型<a href="200602281706245.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602281706245.html" target="_new">軟件系統</a>而言，這種結構在系統的部署和擴展性方面還是存在著不足。 </FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> Internet的發展給傳統應用軟件的開發帶來了深刻的影響。基于Internet和Web的軟件和應用系統無疑需要更為開放和靈活的體系結構。隨著越來越多的商業系統被搬上Internet，一種新的、更具生命力的體系結構被廣泛采用，這就是為我們所知的“三層/多層計算”。 </FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> 。客戶層（<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200604241148385.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200604241148385.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604241148385.html" target="_new">client tier</a>） 用戶接口和用戶請求的發出地，典型應用是網絡瀏覽器和胖客戶（如Java程序） <BR> 。服務器層（server tier） 典型應用是Web服務器和運行業務代碼的應用程序服務器 <BR> 。數據層（data tier） 典型應用是關系型數據庫和其他后端（back-end）數據資源, 如 <a href="200604040935115.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604040935115.html" target="_new">Oracle</a>和<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200604080959005.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200604080959005.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604080959005.html" target="_new">SAP</a>、 R/3等 </FONT></P>
<P><FONT face=Verdana> 三層體系結構中，客戶（請求信息）、程序（處理請求）和數據（被操作）被物理地隔離。三層結構是個更靈活的體系結構，它把顯示邏輯從業務邏輯中分離出來，這就意味著業務代碼是獨立的，可以不關心怎樣顯示和在哪里顯示。業務邏輯層現在處于<a href="200603101709095.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603101709095.html" target="_new">中間層</a>，不需要關心由哪種<a href="200603051002565.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603051002565.html" target="_new">類型</a>的客戶來顯示數據，也可以與后端系統保持相對獨立性，有利于系統擴展。三層結構具有更好的移植性，可以跨不同<a href="200603090857555.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603090857555.html" target="_new">類</a>型的平臺工作，允許用戶請求在多個服務器間進行負載平衡。三層結構中安全性也更易于實現，因為應用程序已經同客戶隔離。應用程序服務器是三層/多層體系結構的組成部分，應用程序服務器位于中間層。</FONT></P>
<P><FONT face=Verdana><IMG src="200631314058114.jpg" tppabs="http://www.itisedu.com/manage/Upload/image/200631314058114.jpg" border=0></FONT></P><FONT face=Verdana>
<P><BR> 如圖所示，應用程序服務器運行于瀏覽器和數據資源之間，一個簡單的實例是，顧客從瀏覽器中輸入一個定單，web服務器將該請求發送給應用程序服務器，由應用程序服務器執行處理邏輯，并且獲取或更新后端用戶數據。 <BR><FONT size=1>摘自http://www.huihoo.com/<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200604241155235.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200604241155235.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604241155235.html" target="_new">middleware</a>/application_server/1/a1.html</FONT></P>
<P><STRONG>三、軟件體系結構的興起</STRONG></P>
<P> 六十年代的<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200603112323405.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200603112323405.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603112323405.html" target="_new">軟件危機</a>使得人們開始重視軟件工程的研究。起初，人們把軟件設計的重點放在數據結構和算法的選擇上，隨著軟件系統規模越來越大、越來越復雜，整個系統的結構和規格說明顯得越來越重要。軟件危機的程度日益加劇，現有的軟件工程方法對此顯得力不從心。對于大規模的復雜軟件系統來說，對總體的系統結構設計和規格說明比起對計算的算法和數據結構的選擇已經變得明顯重要得多。在此種背景下，人們認識到軟件體系結構的重要性，并認為對軟件體系結構的系統、深入的研究將會成為提高軟件生產率和解決軟件維護問題的新的最有希望的途徑。</P>
<P> 自從軟件系統首次被分成許多模塊，模塊之間有相互作用，組合起來有整體的屬性，就具有了體系結構。好的開發者常常會使用一些體系結構<a href="200603061709535.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603061709535.html" target="_new">模式</a>作為軟件系統結構設計策略，但他們并沒有規范地、明確地表達出來，這樣就無法將他們的知識與別人交流。軟件體系結構是設計抽象的進一步發展，滿足了更好地理解軟件系統，更方便地開發更大、更復雜的軟件系統的需要。</P>
<P> 事實上，軟件總是有體系結構的，不存在沒有體系結構的軟件。體系結構（<a href="200604241327575.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604241327575.html" target="_new">Architecture</a>）一詞在英文里就是"建筑"的意思。把軟件比作一座樓房，從整體上講，是因為它有基礎、主體和裝飾，即<a href="200602281634075.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602281634075.html" target="_new">操作系統</a>之上的基礎設施軟件、實現計算邏輯的主體應用程序、方便使用的用戶界面程序。從細節上來看每一個程序也是有結構的。早期的結構化程序就是以語句組成模塊，模塊的聚集和嵌套形成層層調用的程序結構，也就是體系結構。結構化程序的程序（表達）結構和（計算的）邏輯結構的一致性及自頂向下開發方法自然而然地形成了體系結構。由于結構化<a href="200602281641255.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602281641255.html" target="_new">程序設計</a>時代程序規模不大，通過強調結構化程序設計方法學，自頂向下、逐步求精，并注意模塊的耦合性就可以得到相對良好的結構，所以，并未特別研究軟件體系結構。</P>
<P> 我們可以作個簡單的比喻，結構化程序設計時代是以磚、瓦、灰、沙、石、預制梁、柱、屋面板蓋平房和小樓，而<a href="200603101726185.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603101726185.html" target="_new">面向對象</a>時代以整面墻、整間房、一層樓梯的預制件蓋高樓大廈。構件怎樣搭配才合理？體系結構怎樣構造容易？重要構件有了更改后，如何保證整棟高樓不倒？每種應用領域需要什么構件（醫院、工廠、旅館）？有哪些實用、美觀、強度、造價合理的構件骨架使建造出來的建筑（即體系結構）更能滿足用戶的需求？如同土木工程進入到現代建筑學一樣，軟件也從傳統的軟件工程進入到現代面向<a href="200603090845215.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603090845215.html" target="_new">對象</a>的軟件工程，研究整個軟件系統的體系結構，尋求建構最快、成本最低、質量最好的構造過程。<BR> 軟件體系結構雖脫胎于軟件工程，但其形成同時借鑒了計算機體系結構和網絡體系結構中很多寶貴的思想和方法，最近幾年軟件體系結構研究已完全獨立于軟件工程的研究，成為計算機科學的一個最新的研究方向和獨立學科分支。軟件體系結構研究的主要內容涉及軟件體系結構描述、軟件體系結構風格、軟件體系結構評價和軟件體系結構的形式化方法等。解決好軟件的重用、質量和維護問題，是研究軟件體系結構的根本目的。</P>
<P><STRONG>四、軟件體系結構應用現狀</STRONG></P>
<P>1 形成研究熱點，仍處于非形式化水平</P>
<P> 自20世紀90年代后期以來，軟件體系結構的研究成為一個熱點。廣大軟件工作者已經認識到軟件體系結構研究的重大意義和它對軟件系統設計開發的重要性，開展了很多研究和實踐工作。 </P>
<P> 從軟件體系結構研究的現狀來看，當前的研究和對軟件體系結構的描述，在很大程度上來說還停留在非形式化的基礎上。<a href="200604241327425.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604241327425.html" target="_new">軟件構架</a>師仍然缺乏必要的工具，這種工具應該是顯式描述的、有獨立性的形式化工具。</P>
<P> 在目前通用的<a href="200603282233345.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603282233345.html" target="_new">軟件開發</a>方法中，其描述通常是用非形式化的圖和文本，不能描述系統期望的存在于構件之間的接口，不能描述不同的組成系統的組合關系的意義。難以被開發人員理解，更不能用來分析其一致性和完整性等特性。</P>
<P> 當一個軟件系統中的構件之間幾乎以一種非形式化的方法描述時，系統的重用性也會受到影響，在設計一個系統結構過程中的努力很難移植到另一個系統中去。對系統構件和連接關系的結構化假設沒有得到顯式的、形式化的描述時，把這樣的系統構件移植到另一個系統中去將是有風險的，甚至是不可能的。 </P>
<P>2 軟件體系結構的形式化方法研究</P>
<P> 軟件體系結構研究如果僅僅停留在非形式化的框圖階段，已經難以適應進一步發展的需要。為支持基于體系結構的開發，需要有形式化建模符號、體系結構說明的分析與開發工具。從軟件體系結構研究的現狀來看，在這一領域近來已經有不少進展，其中比較有代表性的是美國卡耐基梅隆大學（Carnegie Mellon University）的Robert J．A11en于l997年提出的Wright系統。Wright是-種結構描述語言，該語言基于一種形式化的、抽象的系統模型，為描述和分析軟件體系結構和<a href="200602281749185.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602281749185.html" target="_new">結構化方法</a>提供了一種實用的工具。Wright主要側重于描述系統的軟件構件和連接的結構、配置和方法。它使用顯式的、獨立的<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200604230857465.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200604230857465.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604230857465.html" target="_new">連接模型</a>來作為交互的方式，這使得該系統可以用邏輯謂詞符號系統，而不依賴特定的系統實例來描述系統的抽象行為。該系統還可以通過一組靜態檢查來判斷系統結構規格說明的一致性和完整性。從這些特性的分析來說，Wright系統的確適用于對大型系統的描述和分析。</P>
<P>3 軟件體系結構的建模研究</P>
<P> 研究軟件體系結構的首要問題是如何表示軟件體系結構，即如何對軟件體系結構建模。根據建模的側重點的不同，可以將軟件體系結構的模型分為5種：結構模型、<a href="200603061723295.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200603061723295.html" target="_new">框架</a>模型、動態模型、過程模型和功能模型。在這5個模型中，最常用的是結構模型和動態模型。</P>
<P>（1）結構模型<BR> 這是一個最直觀、最普遍的建模方法。這種方法以體系結構的構件、連接件和其他概念來刻畫結構，并力圖通過結構來反映系統的重要語義內容，包括系統的配置、約束、隱含的假設條件、風格、性質。研究結構模型的核心是體系結構描述語言。<BR>（2）框架模型<BR> 框架模型與結構模型類似，但它不太側重描述結構的細節而更側重于整體的結構。框架模型主要以一些特殊的問題為目標建立只針對和適應該問題的結構。 <BR>（3）動態模型<BR> 動態模型是對結構或框架模型的補充，研究系統的"大顆粒"的行為性質。例如，描述系統的重新配置或演化。動態可能指系統總體結構的配置、建立或拆除通信通道或計算的過程。這類系統常是激勵型的。<BR>（4）過程模型<BR> 過程模型研究構造系統的步驟和過程。因而結構是遵循某些過程腳本的結果。<BR>（5）功能模型<BR> 該模型認為體系結構是由一組功能構件按層次組成，下層向上層提供服務。它可以看作是一種特殊的框架模型。<BR>這5種模型各有所長，也許將5種模型有機地統一在一起，形成一個完整的模型來刻畫軟件體系結構更合適。例如，Kruchten在1995年提出了一個"4+1"的視角模型。"4+1"模型從5個不同的視角包括邏輯視角、過程視角、物理視角、開發視角和場景視角來描述軟件體系結構。每一個視角只關心系統的一個側面，5個視角結合在一起才能夠反映系統的軟件體系結構的全部內容。"4+1"模型如圖1所示。 </P>
<P><IMG src="200631314213560.gif" tppabs="http://www.itisedu.com/manage/Upload/image/200631314213560.gif" border=0><BR> 圖1 "4+1"模型</P>
<P>4 發展基于體系結構的<a href="200602282307275.html" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200602282307275.html" target="_new">軟件開發模型</a></P>
<P> 軟件開發模型是跨越整個<a href="javascript:if(confirm('http://www.itisedu.com/phrase/200604241237575.html \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it was unavailable, or its retrieval was aborted, or the project was stopped too soon. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.itisedu.com/phrase/200604241237575.html'" tppabs="http://www.itisedu.com/phrase/200604241237575.html" target="_new">軟件生存周期</a>的系統開發、運行、維護所實施的全部工作和任務的結構框架，給出了軟件開發活動各階段之間的關系。目前，常見的軟件開發模型大致可分為三種類型:</P>
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