软件体系结构课件第3章 软件体系结构风格.ppt
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1、第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格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。体系结构风格定义了一个系统家族,即一个体系结构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。体系结构风格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。软件体系结构风格的定义 构件和连接件的类型是什么?可容许的结构模式是什么?基本的计算模型是什么?风格的基本不变性是什么?其使用的常见例子是什么?使用此风格的优缺点是什么?其常见的特例是什么?第第3 3章章 软件体系结
2、构风格软件体系结构风格讨论软件体系结构风格要回答的问题 数据流风格:批处理序列;管道/过滤器。调用/返回风格:主程序/子程序;面向对象风格;层次结构。独立构件风格:进程通讯;事件系统。虚拟机风格:解释器;基于规则的系统。仓库风格:数据库系统;超文本系统;黑板系统。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典的软件体系结构风格每每个个构构件件都都有有一一组组输输入入和和输输出出,构构件件读读输输入入的的数数据据流流,经经过过内内部部处处理理,然然后后产产生生输输出出数数据据流流。这这个个过过程程通通常常通通过过对对输输入入流流的的变变换换及及增增量量计计算算来来完完成成,所所以在输入被完
3、全消费之前,输出便产生了。以在输入被完全消费之前,输出便产生了。这这里里的的构构件件被被称称为为过过滤滤器器,这这种种风风格格的的连连接接件件就就象象是是数数据据流流传传输输的的管管道道,将将一个过滤器的输出传到另一过滤器的输入。一个过滤器的输出传到另一过滤器的输入。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 管道与过滤器 概述使得软构件具有良好的隐蔽性和高内聚、低耦合的特点;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;支持软件重用。只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;系统维护和增强系统性能简单。新的过滤器可
4、以添加到现有系统中来;旧的可以被改进的过滤器替换掉;允许对一些如吞吐量、死锁等属性的分析;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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 管道与过滤器 优点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;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;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。第第3 3章
5、章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 管道与过滤器 缺点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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 数据抽象和面向对象组织 概述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;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。第第3 3章章 软件体系结构风格软
6、件体系结构风格经典软件体系结构风格 数据抽象和面向对象组织 优点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;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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 数据抽象和面向对象组织 缺点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
7、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。这种风格的构件是一些模块,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。这种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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 基于事件的隐式调用 概述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。为改进
8、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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 基于事件的隐式调用 优点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。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。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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软
9、件体系结构风格 基于事件的隐式调用 缺点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。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。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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 分层系统 概述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;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
10、变最多影响相邻的上下层;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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 分层系统 优点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;很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 分层系统 缺点在在仓仓库库风风格格中中,有有两两种种不不同同的的构构件件:中中央央数数据据结结构构说说
11、明明当当前前状状态态,独独立立构构件件在在中中央央数数据存贮上执行,仓库与外构件间的相互作用在系统中会有大的变化。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。控控制制原原则则的的选选取取产产生生两两个个主主要要的的子子类类。若若输输入入流流中中某某类类时时间间触触发发进进程程执执行行的的选选择择,则则仓仓库库是是一一传传统统型型数数据据库库;另另一一方方面面,若若中中央央数数据据结结构构的的当当前前状状态态触触发发进进程程执执行行的的选选择择,则仓库是一黑板系统。则仓库是一黑板系统。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 仓库系统系统中的构件和连接
12、件都有一个顶部和一个底部;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;一个连接件可以和任意数目的其它构件和连接件连接;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。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 C2风格 概述第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 C2风格 模型系系统统中中的的构构件件可可实实现现应应用用需需求求,并并能能将将任任意意复复杂杂度度的的功功能能封封装装在在一起;一起;所所有有构构件件之之间间的的通通讯讯是是通通过过以以连连接接件件
13、为为中中介介的的异异步步消消息息交交换换机机制制来实现的;来实现的;构构件件相相对对独独立立,构构件件之之间间依依赖赖性性较较少少。系系统统中中不不存存在在某某些些构构件件将将在在同同一一地地址址空空间间内内执执行行,或或某某些些构构件件共共享享特特定定控控制制线线程程之之类类的的相相关性假设。关性假设。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格经典软件体系结构风格 C2风格 特点 产生背景产生背景 在在集集中中式式计计算算技技术术时时代代广广泛泛使使用用的的是是大大型型机机/小小型型机机计计算算模模型型。它它是是通通过过一一台台物物理理上上与与宿宿主主机机相相连连接接的的非非智智能终端
14、来实现宿主机上的应用程序。能终端来实现宿主机上的应用程序。2020世世纪纪8080年年代代以以后后,集集中中式式结结构构逐逐渐渐被被以以PCPC机机为为主主的的微微机机网网络络所所取取代代。个个人人计计算算机机和和工工作作站站的的采采用用,永永远远改改变变了了协协作作计计算算模模型型,从从而而导导致致了了分分散散的的个个人人计计算算模模型型的产生。的产生。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格C/S软件体系结构是基于资源不对等,且为实现共享而提出来的,是20世纪90年代成熟起来的技术,C/S体系结构定义了工作站如何与服务器相连,以实现数据和应用分布到多个处理机上。C/S体系结构有三个
15、主要组成部分:数据库服务器、客户应用程序和网络。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格C/S风格 概述第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格C/S风格 模型服务器服务器 数据库安全性的要求;数据库安全性的要求;数据库访问并发性的控制;数据库访问并发性的控制;数据库前端的客户应用程序的全局数据完整性规则;数据库前端的客户应用程序的全局数据完整性规则;数据库的备份与恢复。数据库的备份与恢复。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格C/S风格 任务分配客户应用程序 提供用户与数据库交互的界面;向数据库服务器提交用户请求并接收来自数据库服务器的信息;利用客户应用程序对存在于
16、客户端的数据执行应用逻辑要求。第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格C/S风格 任务分配第第3 3章章 软件体系结构风格软件体系结构风格C/S风格 处理流程C/S 体系结构具有强大的数据操作和事务处理能力,模型思想简单,易于人们理解和接受。系统的客户应用程序和服务器构件分别运行在不同的计算机上,系统中每台服务器都可以适合各构件的要求,这对于硬件和软件的变化显示出极大的适应性和灵活性,而且易于对系统进行扩充和缩小。在C/S体系结构中,系统中的功能构件充分隔离,客户应用程序的开发集中于数据的显示和分析,而数据库服务器的开发则集中于数据的管理,不必在每一个新的应用程序中都要对一个DBMS进
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