13.6其他架构评估方法-中间件

13.2软件架构风格

Software Architectural Patterns=软件体系风格=软件架构风格

• 软件体系结构风格是描述某特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。架构定义风格定义一个系统家族，即一个架构的定义、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。

---

五大架构风格概述

架构风格	包含
数据流风格	批处理序列、管道/过滤器
调用/返回风格	面向对象风格、主程序/子程序、层次结构
独立构件风格	进程通信、事件驱动系统（隐式调用）
虚拟机风格	解释器、基于规则的系统的风格
仓库风格	（以数据为中心的风格）数据库系统、超文本系统、黑板系统

1. 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。

代表的风格有：批处理序列、管道-过滤器。

2. 调用/返回风格

构件之间存在互相调用的关系，一般是显式的调用.

代表的风格有：主程序/子程序、面向对象风格、层次结构。

3. 独立构件风格

构件之间是互相独立的，不存在显式的调用关系，而是通过某个事件触发、异步的方式来执行.

代表的风格有：进程通信、事件驱动系统（隐式调用）。

4. 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。

代表的风格有：解释器、基于规则的系统的风格。

5. 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。

代表的风格有：数据库系统、超文本系统、黑板系统。

---

五大架构风格详解

数据流风格

批处理序列：构件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，产生输出数据流。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。

二者区别：在于批处理前后构件不一定有关联，并且是作为整体传递，即必须管道-过滤器是前一个输出作为后一个输入，前前一个执行完才能执行下一个。面执行到部分可以开始下一个的执行。

---

调用/返回风格

主程序/子程序：单线程控制序，把问题划分为若干个处理步骤，构件即为主程序和子程，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。连接件即使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（通常只能影响上层)。

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. 很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法。
3. 分层越多，效率就会越低。

---

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，而是触发或广播个或多个事件。构件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在这个事件中注册的所有过程。一个事件的触发就导致了另一个模块中的过程调用。这种风格中的构件是匿名的过程，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。
主要优点是为软件复用提供了强大的支持，为构件的维护和演化带来了方便；缺点是构件放弃了对系统计算的控制。

---

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。

基于规则的系统的风格：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。

---

仓库(数据共享)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。知识源响应黑板的变化，也只修改黑板;黑板是一个全局数据库，包含问题域解空间的全部状态，是知识源相互作用的唯媒介；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）。

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。

---

其他风格

闭环控制

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受一定的输入，确定一系列的输出，其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。

---

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。

---

助记表格

---

例题

题①

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。架构风格反映领域中众多系统所共有的结构和（）强调对架构（）的重用。

A.语义特性 B.功能需求 C.质量属性 D.业务规则

A.分析 B.设计 C.实现 D.评估

答案：A、B；

以下关于软件架构风格与系统性能的关系叙述中，错误的是（）。

A.对于采用层次化架构风格的系统，划分的层次越多，系统的性能越差。

B.对于采用隐式调用架构风格的系统，可以通过处理函数的并发调用提高系统处理性能。

C.采用面向对象架构风格的系统，可以通过引入对象管理层提高系统性能。

D.对于采用解释器架构风格的系统，可以通过部分解释代码预先编译的方式提高系统性能。

答案：C；
解析：引入对象管理层不但不能提高性能，反而会降低系统性能。这个道理与分层型中增加层次是一样的。

题②

某公司拟开发一个VIP管理系统，系统需要根据不同商场活动，不定期更新VIP会员的审核标准和VIP 折扣系统。针对上述需求，采用（）架构风格最为合适

A.规则系统 B.过程控制 C.分层 D.管道-过滤器

答案：A；
解析：根据题目的意思，拟开发的VIP管理系统中VIP会员审核标准要能随时改变，灵活定义。在
这方面虚 拟机风格最为擅长，而属于虚拟机风格的只有A选项。

（）架构风格可以概括为通过连接件绑定在一起按照一组规则运作的并行构件。

A.C2 B.黑板系统 C.规则系统 D.虚拟机

答案：A

题③

某公司拟为某种新型可编程机器人开发相应的编译器。该编译过程包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成四个阶段，每个阶段产生的结果作为下一个阶段的输入，且需独立存储。针对上述 描述，该集成开发环境应采用（）架构风格最为合适。

A.管道一过滤器 B.数据仓储 C.主程序-子程序 D.解释器

答案：A；

解析：”每个阶段产生的结果作为下一个阶段的输入“是典型的数据流架构风格的特点，选项中仅有管道-过滤器属于这种风格。

某企业内部现有的主要业务功能已封装成为Web服务。为了拓展业务范围，需要将现有的业务功能 进行多种组合，形成新的业务功能。针对业务灵活组合这一要求，采用（）架构风格最为合适。

A.规则系统 B.面向对象 C.黑板 D.解释器

答案：D

解析：根据题意，要求对业务功能灵活组合形成新的业务功能，就是有自定义类型的业务。自定义的业务能正常执行，需要有虚拟机架构的支撑。 目前备选答案中A与D都是虚拟机风格。而A主要适合于专家系统，所以应选D。

---

转载请注明来源，欢迎大家进行交流讨论。还可通过邮箱联系：youngdream365##qq.com (##替换为@)。