软件架构设计方案PDF：探索架构风格

什么是软件架构风格

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。架构风格定义一个系统家族，即一个架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。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

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。

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

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，即必须前一个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的执行。

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、层次结构。

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，充当连接件的绝色。调用关系具有层次性其语义逻辑表现为主程序的正确性取决于它调用的子程序的正确性。

面向对象

构件是对象，对象是抽象数据类型的实例。在抽象数据类型中，数据的表示和它们的相应操作被封装起来，对象的行为体现在其接受和请求的动作。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，只能见到与自已邻接的层。通过层次结构，可以将大的问题分解为若干个渐进的小问题逐步解决，可以隐藏问题的复杂度。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；越靠近顶层，抽象级别越低。
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。

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）。

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

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。

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

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。

仓库风格

以数据位中心，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。

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一媒介；知识源响应式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.

早起编译器大部分使用的数据流风格，现代编译器的集成开发环境一般采用数据仓储（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。

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