软件体系结构风格

软件体系结构风格定义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约束指出系统中构件和连接件的组合方式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。与程序设计样式、设计模式的关系程序设计样式重点在于给出开发原则、可实现抽象层次：代码级直接可用设计模式重点在于重用、概念完整性抽象层次：构件级直接可用体系结构风格重点在于重用、概念完整性抽象层次：体系结构有约束和指导作用管道和过滤器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。这种风格的构件被称为过滤器，其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。管道和过滤器过滤器管道1、过滤器一定是独立的实体，即各过滤器之间不能共享状态；2、过滤器与其连接的上下游的过滤器互相独立。过滤器只能涉及限制哪类数据可以出现在它的输入管道中，可以保证它将输出何种类型的计算结果，但不能识别与其相连的管道的另一边的过滤器。管道和过滤器优点：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。管道和过滤器缺点：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。数据抽象和面向对象组织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（连接件）来交互的。数据抽象和面向对象组织对象抽象数据类型过程调用对象对象对象对象1.对象负责维持本身的完整性；2.信息隐藏：对象的结构和方法的实现对其它对象不可见。数据抽象和面向对象组织优点：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。缺点：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。基于事件的隐式调用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。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。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。基于事件的隐式调用优点：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。缺点：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。分层系统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。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。分层系统核心层基本工具用户系统各种构件过程调用分层系统优点：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。分层系统缺点：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。仓库系统及知识库在仓库风格中，有两种不同的构件：一是表示当前状态的中央数据结构，二是一组用于处理中央数据的独立构件。根据控制策略（部件间的交互方式）不同，该风格可分为传统的数据库系统和黑板系统两种。Drivenbytypesofinformationininputstream数据库系统的控制由输入流的信息类型决定Opportunistic:drivenbystateofcomputation黑板系统的控制由计算的状态决定仓库系统及知识库仓库系统及知识库仓库系统及知识库C2风格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：系统中的构件和连接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。C2风格构件构件构件连接件连接件连接件构件连接件构件连接件连接件构件构件C2风格处于低层的构件向高层的构件发出服务请求消息，消息经由连接器送到相应的构件，处理完成后由该构件将结果信息经连接器送到低层相应的构件。C2风格优点：在整个构架中，构件只知道处于它上层的构件而不知道它下层的构件。构件通过发送一个请求消息利用上层的构件的服务，而构件与下层构件的通讯是隐式的。它发出的消息有可能被多个构件所接收。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；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；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。实现技术与系统的概念构架相分离。C2风格C2风格的以上这些特点减少了构件之间的相互依赖性，有利于实现系统构架的变化，对系统的动态演化提供了很大程度的支持。C/S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体系结构有三个主要组成部分：数据库服务器、客户应用程序和网络。C/S风格用户1用户2用户3用户4用户5PrintServerLink/RxLPT1LPT2COMPower/TXPWROKWIC0ACT/CH0ACT/CH1WIC0ACT/CH0ACT/CH1ETHACTCOL其他公用设备打印机调制解调器InternetIntranet数据库服务器C/S风格处理流程输入数据输出数据请求按钮表示层业务处理开始SQL请求结束SQL请求开始业务处理结束数据存取请求业务处理程序业务处理请求和业务处理所需的全部输入数据全部处理结束DBMS执行SQL数据层业务处理开始数据存取请求业务处理结束数据存取程序数据登录/更新/读取的请求数据登录/更新/读取的结果C/S风格优点：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进行编码。将大的应用处理任务分布到许多通过网络连接的低成本计算机上，以节约大量费用。C/S风格缺点：开发成本较高客户端程序设计复杂信息内容和形式单一用户界面风格不一，使用繁杂，不利于推广使用软件移植困难软件维护和升级困难新技术不能轻易应用三层C/S风格用户1用户2...用户nInternetIntranet数据库服务器1数据库服务器2应用服务器...三层C/S风格处理流程输入数据输出数据请求按钮表示层业务处理开始SQL请求结束SQL请求开始业务处理结束数据存取请求业务处理程序业务处理请求和业务处理所需的全部输入数据全部处理结束DBMS执行SQL数据层业务处理开始数据存取请求业务处理结束数据存取程序数据登录/更新/读取的请求数据登录/更新/读取的结果功能层三层C/S风格数据层表示层功能层服务器2客户机服务器1数据层数据层功能层表示层表示层功能层（1）将数据层和功能层放在同一台服务器上（2）将数据层和功能层放在不同的服务器上（3）将功能层放在客户机上三层C/S风格优点：允许合理地划分三层结构的功能，使之在逻辑上保持相对独立性，能提高系统和软件的可维护性和可扩展性。允许更灵活有效地选用相应的平台和硬件系统，使之在处理负荷能力上与处理特性上分别适应于结构清晰的三层；并且这些平台和各个组成部分可以具有良好的可升级性和开放性。应用的各层可以并行开发，可以选择各自最适合的开发语言。利用功能层有效地隔离开表示层与数据层，未授权的用户难以绕过功能层而利用数据库工具或黑客手段去非法地访问数据层，为严格的安全管理奠定了坚实的基础。三层C/S风格注意问题：三层C/S结构各层间的通信效率若不高，即使分配给各层的硬件能力很强，其作为整体来说也达不到所要求的性能。设计时必须慎重考虑三层间的通信方法、通信频度及数据量。这和提高各层的独立性一样是三层C/S结构的关键问题。B/S风格浏览器/服务器（B/S）风格就是上述三层应用结构的一种实现方式，其具体结构为：浏览器/Web服务器/数据库服务器。B/S体系结构主要是利用不断成熟的浏览器技术，结合浏览器的多种脚本语言，用通用浏览器就实现了原来需要复杂的专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本。从某种程度上来说，B/S结构是一种全新的软件体系结构。B/S风格数据库