软件架构风格

# 软件架构风格

软件架构设计的一个核心问题是能否使用重复的架构模式，即能否达到架构级的软件重用。

也就是说，能否在不同的软件系统中，使用同一架构。

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滴组织成一个完整的系统。

- 数据流风格：批处理序列，管道/过滤器。
- 调用/返回风格：主程序/子系统，面向对象风格，层次结构。
- 独立构件风格：进程通信，事件系统。
- 虚拟机风格：解释器，基于规则的系统。
- 仓库风格：数据库系统，超文本系统，黑板系统。

### 管道/过滤器
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每个构件都有一组输入输出，构件读输入的数据流，经过内部处理，然后产生输出数据流。因此，这里的构件被称为过滤器，这种风格的连接件就像是数据流川叔的管道，将一个过滤器的输出传到另一个过滤器的输入。此风格中特别重要的过滤器必须是独立的实体，它不能与其他的过滤器共享数据，而且一个过滤器不知道它上游和下游的标识。

**应用**

unix shell编写的程序

传统的编译器

**优点**

- 使得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I/O行为看成是多个过滤器行为的简单合成。
- 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。
- 系统维护简单，可扩展性好。
- 允许对一些属性，如吞吐量、死锁等进行分析。
- 支持并行执行。每个过滤器是作为一个单独的任务完成，因此可与其他任务并行执行。

**缺点**

- 通常导致进程称为批处理的结构。
- 不适合处理交互的应用。
- 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

### 面向对象风格
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面向对象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。

**优点**

- 因为对象对其他对象隐藏它的表示，所以可以改变一个对象的表示，而不影响其他对象。
- 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。
- 必须修改所有显示调用它的其他对象，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也是用了对象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
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基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个多事件。系统中的其他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。

从架构上说，这种风格的构件是一些模块，这些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。

基于事件的隐式调用风格的主要特点是事件的触发者并不知道那些构件会受到这些事件影响。由于不能假定构件的处理顺序，甚至不知道那些过程会被调用，因此，许多隐式调用的系统也包含显示调用作为构件交互的补充形式。

**优点**

- 为软件重用提供了强大的支持。
- 为改进系统带来了方便。

**缺点**

- 构件放弃了对系统计算的控制。
- 数据交换的问题。
- 既然过程的语义必须依赖于被触发事件的上下文约束，关于正确性的推理就存在问题。

### 分层系统
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层次系统组织成一个层次结构，每一层为上层服务，并作为下层的客户。
在一些层次系统中，处理一些精心挑选的输出函数外，内部的层纸对相邻的层可见。这样的系统中构件在一些层实现了虚拟机，连接件通过决定层间如何交互的可以来定义。
这种架构风格支持基于可增加抽象层的设计。这样，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。

**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，因为每一个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。

**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机构是层次化的，出于对系统性能的考虑，架构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
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在仓库（repository）风格中，有两种不同的构件：中央数据结构说明当前状态，独立构件在中央数据存储上执行。控制原则的选取产生两个主要的子类。若输入流中某类时间触发进程执行的选择，则仓库是一传统型数据库；另一方面，若中央数据结构的当前状态触发进程执行的选择，则仓库是一黑板系统。

黑板系统的传统应用是信号处理领域，主要由3部分组成：

- 知识源。知识源中包含独立的、与应用程序相关的知识，知识源之间不直接进行通信，它们之间的交互只通过黑板来完成。
- 黑板数据结构。黑板数据是按照与应用程序相关的层次来组织的解决问题的数据，知识源通过不断地改变黑板数据来解决问题。
- 控制。控制完全由黑板的状态驱动，黑板状态的改变决定使用的特定知识。

### C2风格
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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。

**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他构件和连接件连接。
- 当两个连接件进行直接连接时，必须由其中一个的底部连接到另一个的顶部。

**特点**

- 系统中的构件可实现应用需求，并能将人意复杂度的功能封装在一起。
- 所有构件之间的通信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。

## 客户机/服务器风格

C/S架构可以是二层的，也可以是三层的。

## 多层架构风格

- 三层C/S架构模型
- B/S架构，三层架构

## 富互联网应用

- ajax

## 正交软件架构

**优点**

- 结构清晰，易于理解。由于线索功能相互独立，不进行互相调用，结构简单、清洗，构件在结构图中的位置已经说明它所实现的是哪一级抽象，负担的是什么功能。
- 易修改，可维护性强。由于线索之间是相互独立的，所以对一个线索的修改不会影响到其他线索。因此，当软件需求发生变化时，可以将新需求分解为独立的子需求，然后以线索和其中的构件为主要对象分别对各个子需求进行处理，这样软件修改就很容易实现。系统功能的增加或减少，只需要相应的增删线索构件族，而不影响整个正交架构，因此能方便地实现结构调整。
- 可移植性强，重用粒度大。因为正交结构可以为一个领域内的所有应用程序所共享，这些软件有着相同或类似的层次和线索，可以实现架构级的重用。

## 基于层次消息总线的架构