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1、科技前沿与学术评论基于体系结构的X 软件开发模式 博士 张世琨 教授 王立福中国科学院院士 杨芙清(北京大学计算机科学技术系,北京 100871)摘 要:随着软件规模和复杂性的不断增加,系统总体结构设计和说明的重要性远远超过了特定算法和数据结构的选择,软件体系结构作为描述系统高层设计的手段,已成为软件工程领域研究的一个热点。本文讨论了体系结构的研究背景,研究内容,同其他相关领域,包括面向对象和软件设计模式的关系,以及基于体系结构的软件开发模式所包括的主要活动。关键词:软件体系结构 构件 连接件 面向对象
2、 设计模式五”重点科技攻关项目中,杨芙清院士领导的青鸟工程提出[1]1 背景了基于构件2构架模式的软件生产线。软件体系结构已成为目前软件工程领域研究的热点之一。随着信息时代的到来,计算机在国民经济和社会生活中获得广泛、深入的应用,软件系统的规模和复杂性在不断增2 软件体系结构长,目前的软件开发手段相对滞后于社会对软件的需求,需要采用工程化的方法开发软件,这就是所谓的软件工程。事实上,软件体系结构并不是最近才出现的新生事物。在软件工程实践中,人们越来越深刻地认识到,随着软多年以来,软件开发人员在实践中已经总结出许多行之有效件系
3、统规模和复杂性的增长,系统总体结构设计和说明的重的体系结构,适用于多种不同的场合。例如,UNIX操作系要性已远远超过特定算法和数据结构的选择,良好的体系结统中的管道机制,ISO/OSI的网络层次参考模型,人工智能构对保证系统的成功至关重要。软件体系结构层次的设计中的黑板系统,以及图形用户界面编程的事件驱动模型等。主要包括以下方面:系统构件的描述,构件之间的交互,指导尽管对这些术语人们很少给出确切的定义,但它们却表达了[10]构件交互的模式,以及施加在模式上的约束。关于复杂系统的整体结构,以及系统所具有的各种特性的语如同建筑一
4、样,每个软件系统都具有一定的体系结构。义信息,如系统未来的演化路径、总体的计算模式、同其他类但在过去大多数的软件工程实践中,体系结构设计是非形式似系统的关系等。化的、随意的,从而难以分析和维护。因此带来的直接后果然而,软件体系结构的研究目前还处于比较初始的阶是:体系结构设计只是被开发人员含糊地理解;体系结构的段,对什么是软件体系结构还没有一个标准的、为大家所普选择建立在直觉和经验、而非坚实的工程原则之上;难以对遍接受的定义。一般认为,一个软件系统的体系结构定义了体系结构设计作出一致或完整的分析;随着系统的演化,体组成系统的计
5、算构件和构件之间的相互作用关系。在体系系结构难以保持和维护;缺乏有效的工具辅助人们进行体系结构层次的构件包括:客户、服务器、数据库、过滤器(filters)结构的设计。等。构件之间的交互可以是非常简单的,如过程调用、共享对于软件体系结构的研究始于DewaynePerry和数据访问、消息连接等;也可以是复杂并具有丰富语义的,如[9][5]AlexanderWolf,DavidGarlan和MaryShaw所作的工作,客户2服务器协议、数据访问协议、异步事件广播和管道[6]以及对体系结构风格(styles)的分类和评价,形式化表
6、示(pipes)等。[3]和特定领域软件体系结构(DSSAs)的应用。在国家“九以往人们在软件系统设计中,通常把功能性的实体当作X国家“九五”重点科技攻关项目资助课题。21卷3期31科技前沿与学术评论第一位的,如结构化设计方法中的模块,面向对象方法中的开展了对软件复用的研究,从早期的源代码复用、函数/子程类和对象。在一定意义上,模块和对象都是系统中的构件,序库复用,到面向对象中的继承机制,以及最近的设计模式它们之间的相互关系就是构件之间的连接。而模块之间的等,复用的抽象层次越来越高,最高层次的复用是对某种风调用关系,对象之间
7、的消息连接、聚集等各种关系,往往并没格的软件体系结构的复用,每种体系结构风格确定了系统的有作为单独的实体出现,它们通常附属于上述第一位的实设计元素及其组装规则。风格通过集中于特定的设计空间,体。简化了系统的设计和实现过程,从而达到降低开发和维护费软件体系结构层次的设计定义了系统的高层构件和构用的目的。这部分集中讨论体系结构同面向对象设计和软件之间的关系。系统构件之间的关系通常十分复杂,包含丰件设计模式之间的关系。富的语义和复杂的规约。因此有必要把构件之间的关系也311 体系结构设计和面向对象设计作为第一位的实体,称之为连接件
8、(connectors),构件通过连面向对象设计范型提供了一种描述系统设计的方法。接件相互作用。作为独立的实体,连接件可以表达构件之间对象封装了数据和操作,并向外提供显式的接口。消息通讯丰富的语义信息。用作连接对象的“胶水”和定义通讯信道。尽管面向对象设连接件和构件应该是独立且各有分工的,
