1 軟件視圖的分類
現(xiàn)代軟件系統(tǒng)非常復(fù)雜，通常在某個(gè)具體的時(shí)間內(nèi)只需將注意力集中在某幾個(gè)結(jié)構(gòu)上（就像看病時(shí)，醫(yī)生只是將注意力集中在某方面的人體結(jié)構(gòu)上，骨科醫(yī)生與心血管科醫(yī)生關(guān)心不同的結(jié)構(gòu)），結(jié)構(gòu)是元素本身的集合，而視圖則是捕獲和表達(dá)結(jié)構(gòu)（文檔描述），雖然它們有區(qū)別，但在實(shí)際使用時(shí)則不嚴(yán)格區(qū)分，即從系統(tǒng)體系的角度說是結(jié)構(gòu)，從文檔角度說是視圖。
軟件架構(gòu)是一種無法以簡(jiǎn)單的一維方式進(jìn)行說明的復(fù)雜實(shí)體，從不同側(cè)面的描述就是視圖。架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)也在于使用視圖：每個(gè)視圖強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的某一個(gè)方面，同時(shí)忽視系統(tǒng)的其他方面，以便有助于處理或理解當(dāng)前問題，描述完整的系統(tǒng)架構(gòu)必須具備完整的視圖集， “4+1” 方法就是一類完備視圖集。
軟件視圖通常分為三種類型：
（1）模塊視圖類型：為系統(tǒng)的主要模塊實(shí)現(xiàn)單元編檔。
（2）構(gòu)件和連接件視圖類型：為系統(tǒng)的構(gòu)件和連接件執(zhí)行單元編檔。
（3）分配視圖類型：為軟件的開發(fā)和執(zhí)行環(huán)境之間的關(guān)系編檔。
每一視圖類型中，又有一些常用的形態(tài)，可以把這些形態(tài)歸納成架構(gòu)風(fēng)格（簡(jiǎn)稱風(fēng)格），大量的架構(gòu)風(fēng)格供架構(gòu)設(shè)計(jì)師選用，例如客戶機(jī) / 服務(wù)器是一種常見的架構(gòu)風(fēng)格，它是構(gòu)件和連接件視圖類型中的一員。架構(gòu)風(fēng)格是對(duì)元素和關(guān)系類型的特化，它還包括如何使用這些元素和關(guān)系類型的一組限制條件。架構(gòu)結(jié)構(gòu) / 視圖分類如下所示。
（1）模塊視圖分類
| 架構(gòu)風(fēng)格 | 說明 | 應(yīng)用 |
|---|---|---|
| 分解 | 大模塊分解為小模塊，小到容易理解 | 資源分配、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)化與規(guī)劃；信息隱蔽、封裝；配置控制 |
| 使用 | 一個(gè)單元的正確性依賴于另一個(gè)單元的正確性 | 設(shè)計(jì)子集；設(shè)計(jì)擴(kuò)展（增量開發(fā)） |
| 分層 | 上層使用下層服務(wù)；實(shí)現(xiàn)隱藏細(xì)節(jié)抽象 | 增量式開發(fā)；基于“虛擬機(jī)”上的可移植性 |
| 類或泛化 | “繼承自”或“是一個(gè)實(shí)例”；共享訪問方法 | 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（使用公共模板） |
（2）構(gòu)件-連接器視圖類型
| 架構(gòu)風(fēng)格 | 說明 | 應(yīng)用 |
|---|---|---|
| 客戶機(jī)-服務(wù)器 | 構(gòu)件是客戶機(jī)和服務(wù)器，連接件是協(xié)議及共享消息 | 分布式操作；關(guān)注點(diǎn)分離（支持可修改性）；負(fù)載均衡 |
| 進(jìn)程或通信進(jìn)程 | 通過通信、同步或排除操作形成進(jìn)程或線程之間的關(guān)聯(lián) | 調(diào)度分析；性能分析 |
| 并發(fā) | 在相同“邏輯線程”上運(yùn)行 | 確定資源爭(zhēng)用；分析線程 |
| 共享數(shù)據(jù) | 運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)（共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫） | 性能；數(shù)據(jù)完整性；可修改性 |
（3）分配視圖類型
| 架構(gòu)風(fēng)格 | 說明 | 應(yīng)用 |
|---|---|---|
| 部署 | 功能分配給軟件（進(jìn)程）、硬件（處理器）和通信路徑 | 性能、可用性、安全性說明 |
| 實(shí)現(xiàn) | 模塊映射到開發(fā)活動(dòng)中 | 配置控制、集成、測(cè)試活動(dòng) |
| 工作分配 | 將責(zé)任分配到適當(dāng)?shù)拈_發(fā)小組，特別是公共部分不是每個(gè)人去實(shí)現(xiàn) | 項(xiàng)目管理、管理通用性，最好的專業(yè)技術(shù)安排 |
2 模塊視圖類型及其風(fēng)格
模塊將遵循某種方式將軟件系統(tǒng)分解成可管理的功能單元。架構(gòu)模塊視圖是通過文檔來枚舉系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)單元或模塊，及這些單元之間的關(guān)系。
任務(wù)完整的架構(gòu)文檔必須包含有模塊視圖，它為源代碼提供藍(lán)圖。該類型如下表所示。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 元素就是模塊，它是一種能夠提供內(nèi)聚功能單元的軟件實(shí)現(xiàn)單元。 |
| 關(guān)系 | 1. 部分關(guān)系：模塊間部分-整體關(guān)系，如分解關(guān)系；2. 依賴關(guān)系：如共享數(shù)據(jù)、調(diào)用；3. 特化關(guān)系：定義了較為特殊的模塊和一般模塊之間的關(guān)系，如面向?qū)ο笾械睦^承。 |
| 元素特征 | 1. 必須遵守命名空間規(guī)則的名稱；2. 模塊責(zé)任：應(yīng)該使用責(zé)任特性定義模塊功能；3. 實(shí)現(xiàn)信息。 |
| 關(guān)系特征 | 1. 部分關(guān)系：擁有相關(guān)的可見性特征，這種特征確定了子模塊在聚集模塊之外是否可見；2. 依賴關(guān)系：擁有分配的約束條件，以便詳細(xì)規(guī)定兩個(gè)模塊之間的依賴性關(guān)系；3. 特化關(guān)系：擁有實(shí)現(xiàn)特性，如特殊模塊繼承一般模塊的實(shí)現(xiàn)方案。 |
下面對(duì)模塊視圖的四種風(fēng)格進(jìn)行總結(jié)。
（1）分解風(fēng)格
分解風(fēng)格能展示向模塊分配責(zé)任的方式。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 模塊，有時(shí)將具有獨(dú)立完整功能的模塊稱為子系統(tǒng)。 |
| 關(guān)系 | 分解關(guān)系，它是部分關(guān)系的精化形式，文檔必須定義分解的標(biāo)準(zhǔn)。 |
| 關(guān)系特征 | 可見性，模塊被其父模塊之外的模塊了解的程度及其功能對(duì)于這些外部模塊的可用程度。 |
| 其他 | 1. 分解視圖中不允許出現(xiàn)循環(huán)；2. 在一個(gè)視圖中，一個(gè)模塊不能同時(shí)屬于多個(gè)模塊。 |
（2）使用風(fēng)格
使用風(fēng)格能展示模塊相互依賴的方式。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 模塊 |
| 關(guān)系 | 使用關(guān)系，它是“依賴關(guān)系”的精化形式，如果模塊 A 依賴于功能正常的模塊 B 的存在來滿足自己的需求，那么模塊 A 就是在使用模塊 B。 |
| 關(guān)系特征 | 描述一個(gè)模塊會(huì)以哪種方式使用另一個(gè)模塊。 |
（3）分層風(fēng)格
分層風(fēng)格能將系統(tǒng)分割成一組虛擬機(jī)，通過 “ 允許使用 ” 關(guān)系相互關(guān)聯(lián)，分層風(fēng)格能幫助實(shí)現(xiàn)可移植性和可修改性。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 層 |
| 關(guān)系 | 它是模塊視圖類型一般的“依賴關(guān)系”的特化。如果 P1 的正確性依賴于當(dāng)前 P2 的正確實(shí)現(xiàn)，就說 P1 使用 P2。 |
| 關(guān)系特征 | 1. 層的名稱；2. 層包容的軟件單元；3. 允許層使用的軟件?！?】層間和層內(nèi)的使用規(guī)則，如高層可以使用較底層的軟件和不允許軟件使用同一層的其它軟件；【2】這些規(guī)則可以容許的例外情況。 |
| 其他 | 每一部分軟件只能分配給一個(gè)層。 |
（4）泛化風(fēng)格
泛化風(fēng)格能展示一個(gè)模塊如何成為另一個(gè)模塊的泛化或特化，從而使模塊之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。它廣泛應(yīng)用于面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)，能展示繼承性，并能用來使用模塊之間的共性。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 模塊 |
| 關(guān)系 | 泛化關(guān)系，即模塊視圖類型中的特化關(guān)系。 |
| 元素特征 | 除了模塊視圖類型中為模塊定義的特性外，模塊還能擁有抽象特性，抽象特性能定義擁有的接口但沒有實(shí)現(xiàn)方案的模塊。 |
| 關(guān)系特征 | 泛化關(guān)系能擁有一種區(qū)別接口和實(shí)現(xiàn)繼承的特性。 |
| 其他 | 1. 不允許出現(xiàn)循環(huán)，子模塊不能是父模塊的泛化；2. 模塊能擁有多個(gè)父模塊，但不提倡這種多重繼承。 |
3 C&C 視圖類型及其風(fēng)格
C&C 視圖能定義由具有某種運(yùn)行時(shí)存在的元素模型，這些元素包括進(jìn)程 、 對(duì)象 、 客戶機(jī) 、 服務(wù)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。此外，它還包含作為元素的交互路徑，如通信鏈路和協(xié)議 、 信息流及共享存儲(chǔ)器訪問。通常，可利用復(fù)雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（如中間件框架 、 分布式通信信道和進(jìn)程調(diào)度）來執(zhí)行這些交互操作。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 1. 構(gòu)件類型：主要處理單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；2.連接件類型：交互機(jī)制； |
| 關(guān)系 | 1. 構(gòu)件且有接口，這種接口被稱為端口。連接件具有接口，這種接口被稱為角色；2.連接：構(gòu)件端口與特定的連接件角色相關(guān)聯(lián)。 |
| 元素特征 | 1. 構(gòu)件?！?】名稱應(yīng)反映構(gòu)件功能；【2】類型用于定義一般功能、端口數(shù)量、類型及所需特征；【3】其他包括性能和可靠性值等（取決于構(gòu)件類型）。2. 連接件。【1】名稱應(yīng)反映連接件的交互功能；【2】類型定義交互性質(zhì)、角色數(shù)量、類型及所需特征；【3】其他包括交互協(xié)議和性能值等（取決于連接件類型）。 |
C&C 視圖風(fēng)格是 C&C 視圖類型的特化， C&C 視圖風(fēng)格為數(shù)不少，下面對(duì) C&C 視圖的幾種風(fēng)格進(jìn)行總結(jié)。
（1）管道和過濾器風(fēng)格
管道和過濾器風(fēng)格中的交互模式表現(xiàn)出數(shù)據(jù)流連續(xù)變換的特征。數(shù)據(jù)抵達(dá)過濾器并經(jīng)過轉(zhuǎn)換后由管理傳送給下一個(gè)過濾器。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 1.構(gòu)件為過濾器。過濾器端口必須是輸入端口與輸出端口。2. 連接件為管道。管道扮演數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出角色。 |
| 關(guān)系 | 連接關(guān)系能使過濾器輸出端口與某個(gè)管道的數(shù)據(jù)輸入角色相關(guān)聯(lián)，使過濾器輸入端口與多個(gè)管道的數(shù)據(jù)輸出角色相關(guān)聯(lián)，并能確定交互過濾器的圖形。 |
| 計(jì)算模型 | 1.過濾器是從其輸入端口讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)流寫入其輸出端口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；2. 管道能將數(shù)據(jù)流從一個(gè)過濾器傳送到另一個(gè)過濾器。 |
（2）共享數(shù)據(jù)風(fēng)格
共享數(shù)據(jù)風(fēng)格通過保留持久數(shù)據(jù)來支配交互模式，持久數(shù)據(jù)由多個(gè)數(shù)據(jù)存取器和至少一個(gè)儲(chǔ)存庫保留。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 1.構(gòu)件為共享數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫和數(shù)據(jù)存取器；2.連接件為數(shù)據(jù)讀寫。 |
| 關(guān)系 | 連接關(guān)系能確定哪些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將連接到哪些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫。 |
| 計(jì)算模型 | 數(shù)據(jù)存取器之間的通信經(jīng)由共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫來完成，控制過程由數(shù)據(jù)存取器或數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫來啟動(dòng)。 |
| 特征 | 可精化為：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的類型、面向性能的數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)分配。 |
（3）發(fā)布-訂閱風(fēng)格
發(fā)布 - 訂閱風(fēng)格用于向一組未知接受者發(fā)送事件和消息?？稍诓恍薷纳a(chǎn)者的情況下添加新的接受者（訂閱者）。在發(fā)布 - 訂閱風(fēng)格中，構(gòu)件通過事件發(fā)布進(jìn)行交互。構(gòu)件可訂閱一組事件。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 1.構(gòu)件為任何具有能發(fā)布和訂閱事件的接口 C&C 構(gòu)件；2.連接件為發(fā)布訂閱。 |
| 關(guān)系 | 連接關(guān)系能將構(gòu)件與發(fā)布-訂閱連接件關(guān)聯(lián)起來。 |
| 計(jì)算模型 | 宣布事件并能對(duì)其他已宣布事件做出反應(yīng)的獨(dú)立構(gòu)件系統(tǒng)。 |
| 特征 | 可精化為：哪些事件由哪些構(gòu)件宣布，哪些事件由哪些構(gòu)件訂閱，什么時(shí)候允許構(gòu)件訂閱事件。 |
| 其他 | 所有構(gòu)件連接到一個(gè)事件分配器，可將該分配器視為總線（連接件）或構(gòu)件。 |
（4）客戶機(jī)-服務(wù)器風(fēng)格
客戶機(jī) - 服務(wù)器風(fēng)格能展示構(gòu)件通過請(qǐng)求其他構(gòu)件的服務(wù)進(jìn)行交互的過程，將功能劃分成客戶機(jī)和服務(wù)器后即可基于運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)則把它們單獨(dú)分配給各個(gè)級(jí)。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 1.構(gòu)件為請(qǐng)求其他構(gòu)件服務(wù)的客戶機(jī)和向其他構(gòu)件提供服務(wù)的服務(wù)器；2.連接件為請(qǐng)求/應(yīng)答，即客戶機(jī)對(duì)服務(wù)器的非對(duì)稱調(diào)用。 |
| 關(guān)系 | 連接關(guān)系使客戶機(jī)與連接件的請(qǐng)求角色相關(guān)聯(lián)，使服務(wù)器與連接件的應(yīng)答角色相關(guān)聯(lián)，并確定哪些服務(wù)能由哪些客戶機(jī)請(qǐng)求。 |
| 計(jì)算模型 | 客戶機(jī)能啟動(dòng)各項(xiàng)活動(dòng)，向服務(wù)器請(qǐng)求所需服務(wù)，并等待這些請(qǐng)求的結(jié)果。 |
| 特征 | 可精化為：可連接的客戶機(jī)數(shù)量和類型及性能特性。 |
| 其他 | 可施加以下限制：1. 與給定端口或角色的連接數(shù)量；2.服務(wù)器之間允許存在的關(guān)系；3.層級(jí)。 |
（5）對(duì)等連接
對(duì)等連接系統(tǒng)能通過構(gòu)件之間的直接交換支持服務(wù)交換。它是一種調(diào)用/返回風(fēng)格。
（6）通信-進(jìn)程風(fēng)格
通信 - 進(jìn)程風(fēng)格的特征表現(xiàn)在通過各種連接件機(jī)制并發(fā)執(zhí)行構(gòu)件的交互，如通過同步 、 消息傳遞 、 數(shù)據(jù)交換 、 啟動(dòng)和停止等進(jìn)行交互。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 1.構(gòu)件為并發(fā)單元，如任務(wù)、進(jìn)程和線程；2.連接件為數(shù)據(jù)交換、消息傳遞、同步、控制和其他類型的通信。 |
| 計(jì)算模型 | 通過特定連接件機(jī)制進(jìn)行交互的并發(fā)執(zhí)行構(gòu)件。 |
| 特征 | 1. 并發(fā)單元：可搶占性，它表示并發(fā)單元的執(zhí)行可被另一個(gè)并發(fā)單元搶占，或并發(fā)單元將繼續(xù)執(zhí)行，直到它自愿中止自己的執(zhí)行；優(yōu)先性影響調(diào)度；時(shí)間參數(shù)定義周期和最后期限等。2. 數(shù)據(jù)交換：緩沖表示如果不能立即處理消息就會(huì)把消息先保存起來；協(xié)議用于通信。 |
4 分配視圖類型及其風(fēng)格
硬件、文件系統(tǒng)和團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)都會(huì)與軟件架構(gòu)進(jìn)行交互，將軟件架構(gòu)映射到其環(huán)境的一般形式稱為“分配視圖類型”。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 軟件元素和環(huán)境元素。 |
| 關(guān)系 | 軟件元素被分配到環(huán)境元素。 |
| 元素特征 | 軟件元素?fù)碛幸蟮奶卣?，環(huán)境元素?fù)碛刑峁┑奶卣?，前者必須與后者匹配。 |
| 關(guān)系特征 | 取決于特定風(fēng)格。 |
分配視圖類型的三種常見風(fēng)格為：
- 部置風(fēng)格：能描述構(gòu)件和連接件對(duì)硬件的映射，硬件是軟件執(zhí)行的場(chǎng)所。
- 實(shí)現(xiàn)風(fēng)格：能描述模塊對(duì)包含它們的文件系統(tǒng)的映射。
- 工作任務(wù)風(fēng)格：能描述模塊對(duì)承擔(dān)模塊開發(fā)任務(wù)的人員、團(tuán)隊(duì)或小組的映射。
（1）部置風(fēng)格
部置風(fēng)格體現(xiàn)為 C&C 風(fēng)格（如通信-進(jìn)程風(fēng)格）的元素被分配到執(zhí)行平臺(tái)。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 軟件元素通常是 C&C 視圖類型中的進(jìn)程；環(huán)境元素計(jì)算硬件，如處理器、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)等。 |
| 關(guān)系 | 軟件元素駐留在哪些物理單元上，分配是動(dòng)態(tài)的。 |
| 元素特征 | 軟件元素要求的特征：重要的硬件特征，如處理器、內(nèi)存、容量需求和容錯(cuò)性；環(huán)境元素提供的特征：影響分配決策的重要硬件特征。 |
| 關(guān)系特征 | 分配到…… |
（2）實(shí)現(xiàn)風(fēng)格
實(shí)現(xiàn)風(fēng)格能將模塊視圖類型中的模塊映射到開發(fā)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)模塊總會(huì)產(chǎn)生許多獨(dú)立文件，必須對(duì)這些文件進(jìn)行組織，以免失去對(duì)系統(tǒng)的控制及系統(tǒng)的完整性。通常利用配置管理技術(shù)進(jìn)行文件管理。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 軟件元素通常是模塊；環(huán)境元素配置條目，如文件或目錄。 |
| 關(guān)系 | 包含關(guān)系，規(guī)定一個(gè)配置條目由另一個(gè)配置條目所包容；“分配到……”關(guān)系，描述將模塊分配到配置條目。 |
| 元素特征 | 軟件元素要求的特征：如對(duì)數(shù)據(jù)庫等開發(fā)環(huán)境的需求；環(huán)境元素提供的特征：對(duì)開發(fā)環(huán)境提供的特征的指示。 |
| 其他 | 分層配置條目：“包容在……” |
（3）工作任務(wù)風(fēng)格
軟件項(xiàng)目的時(shí)間和預(yù)算估計(jì)取決于工作分解結(jié)構(gòu)（ WBS ），而工作分解結(jié)構(gòu)則取決于軟件架構(gòu)。工作任務(wù)風(fēng)格將軟件架構(gòu)映射到由人組成的團(tuán)隊(duì)之中，實(shí)現(xiàn)這一項(xiàng)目管理的目的。
| 類型 | 說明 |
|---|---|
| 元素 | 軟件元素通常是模塊；環(huán)境元素：組織單元，如人員、團(tuán)隊(duì)、部門和分包商。 |
| 關(guān)系 | “分配到……”關(guān)系，描述將模塊分配到配置條目。 |
| 元素特征 | 技能集：所需技能和提供的技能。 |
| 其他 | 分層配置條目：“包容在……” |
工作任務(wù)風(fēng)格與模塊分解風(fēng)格關(guān)系密切，它能將模塊分解風(fēng)格用作其分配映射的基礎(chǔ)。這種風(fēng)格能通過添加與開發(fā)工具 、 測(cè)試工具和配置管理系統(tǒng)等對(duì)應(yīng)的模塊分解進(jìn)行擴(kuò)展。工作任務(wù)風(fēng)格還通常與其他風(fēng)格聯(lián)合使用，例如，團(tuán)隊(duì)工作任務(wù)可以是模塊分解風(fēng)格中的模塊，可以是分層圖中的層，也可以是多進(jìn)程系統(tǒng)中的任務(wù)或進(jìn)程。
5 各視圖類型間的映射關(guān)系
為了完整地描述一個(gè)架構(gòu)，必須使用多個(gè)視圖，這些視圖必須遵守一定的映射關(guān)系。
（1）模塊視圖類型中的視圖通常會(huì)映射到構(gòu)件和連接件視圖類型中的視圖。模塊實(shí)現(xiàn)單元將映射到運(yùn)行時(shí)構(gòu)件。
（2）系統(tǒng)的構(gòu)件和連接件視圖和模塊視圖之間的關(guān)系可能會(huì)非常復(fù)雜。同樣的代碼模塊可由 C&C 視圖的許多元素執(zhí)行。反之， C&C 視圖的單一構(gòu)件可執(zhí)行由許多模塊定義的代碼。同樣， C&C 構(gòu)件可能會(huì)擁有許多與環(huán)境進(jìn)行交互的點(diǎn)，每個(gè)交互點(diǎn)由同一模塊接口定義。
（3）分配視圖類型是為有效地實(shí)現(xiàn)軟件架構(gòu)的輔助性視圖，它將其他視圖類型中的軟件元素映射到軟件環(huán)境中，即反映其他視圖與軟件環(huán)境之間的關(guān)系。
