一切皆可抽象

架構(gòu)設(shè)計說明書

參考文件《需求說明書》

需要考慮的要素

1、需求的符合性：正確性、完整性；功能性需求、非功能性需求

軟件項目最主要的目標(biāo)是滿足客戶需求。在進(jìn)行構(gòu)架設(shè)計的時候，大家考慮更多的是使用哪個運(yùn)行平臺、編成語言、開發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等問題，對于和客戶需求相關(guān)的問題考慮不足、不夠系統(tǒng)。如果無論怎么好的構(gòu)架都無法滿足客戶明確的某個功能性需求或非功能性需求，就應(yīng)該與客戶協(xié)調(diào)在項目范圍和需求規(guī)格說明書中刪除這一需求。否則，架構(gòu)設(shè)計應(yīng)以滿足客戶所有明確需求為最基本目標(biāo)，盡量滿足其隱含的需求。（客戶的非功能性需求可能包括接口、系統(tǒng)安全性、可靠性、移植性、擴(kuò)展性等等，在其他小節(jié)中細(xì)述）

一般來說，功能需求決定業(yè)務(wù)構(gòu)架、非功能需求決定技術(shù)構(gòu)架，變化案例決定構(gòu)架的范圍。需求方面的知識告訴我們，功能需求定義了軟件能夠做些什么。我們需要根據(jù)業(yè)務(wù)上的需求來設(shè)計業(yè)務(wù)構(gòu)架，以使得未來的軟件能夠滿足客戶的需要。非功能需求定義了一些性能、效率上的一些約束、規(guī)則。而我們的技術(shù)構(gòu)架要能夠滿足這些約束和規(guī)則。變化案例是對未來可能發(fā)生的變化的一個估計，結(jié)合功能需求和非功能需求，我們就可以確定一個需求的范圍，進(jìn)而確定一個構(gòu)架的范圍。（此段From林星）

這里講一個前幾年因客戶某些需求錯誤造成構(gòu)架設(shè)計問題而引起系統(tǒng)性能和可靠性問題的小小的例子：此系統(tǒng)的需求本身是比較簡單的，就是將某城市的某業(yè)務(wù)的全部歷史檔案卡片掃描存儲起來，以便可以按照姓名進(jìn)行查詢。需求階段客戶說卡片大約有20萬張，需求調(diào)研者出于對客戶的信任沒有對數(shù)據(jù)的總量進(jìn)行查證。由于是中小型數(shù)據(jù)量，并且今后數(shù)據(jù)不會增加，經(jīng)過計算20萬張卡片總體容量之后，決定使用一種可以單機(jī)使用也可以聯(lián)網(wǎng)的中小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。等到系統(tǒng)完成開始錄入數(shù)據(jù)時，才發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)至少有60萬，這樣使用那種中小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不但會造成系統(tǒng)性能的問題，而且其可靠性是非常脆弱的，不得不對系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計。從這個小小的教訓(xùn)可以看出，需求階段不僅對客戶的功能需求要調(diào)查清楚，對于一些隱含非功能需求的一些數(shù)據(jù)也應(yīng)當(dāng)調(diào)查清楚，并作為構(gòu)架設(shè)計的依據(jù)。

對于功能需求的正確性，在構(gòu)架設(shè)計文檔中可能不好驗證（需要人工、費(fèi)力）。對于功能需求完整性，就應(yīng)當(dāng)使用需求功能與對應(yīng)模塊對照表來跟蹤追溯。對于非功能需求正確性和完整性，可以使用需求非功能與對應(yīng)設(shè)計策略對照表來跟蹤追溯評估。

“軟件設(shè)計工作只有基于用戶需求，立足于可行的技術(shù)才有可能成功。”

2、總體性能

性能其實也是客戶需求的一部分，當(dāng)然可能是明確的，也有很多是隱含的，這里把它單獨(dú)列出來在說明一次。性能是設(shè)計方案的重要標(biāo)準(zhǔn)，性能應(yīng)考慮的不是單臺客戶端的性能，而是應(yīng)該考慮系統(tǒng)總的綜合性能；

性能設(shè)計應(yīng)從以下幾個方面考慮：內(nèi)存管理、數(shù)據(jù)庫組織和內(nèi)容、非數(shù)據(jù)庫信息、任務(wù)并行性、網(wǎng)絡(luò)多人操作、關(guān)鍵算法、與網(wǎng)絡(luò)、硬件和其他系統(tǒng)接口對性能的影響；

幾點(diǎn)提示：算法優(yōu)化及負(fù)載均衡是性能優(yōu)化的方向。經(jīng)常要調(diào)用的模塊要特別注意優(yōu)化。占用內(nèi)存較多的變量在不用時要及時清理掉。需要下載的網(wǎng)頁主題文件過大時應(yīng)當(dāng)分解為若干部分，讓用戶先把主要部分顯示出來。

3、運(yùn)行可管理性

系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計應(yīng)當(dāng)為了使系統(tǒng)可以預(yù)測系統(tǒng)故障，防患于未然?，F(xiàn)在的系統(tǒng)正逐步向復(fù)雜化、大型化發(fā)展，單靠一個人或幾個人來管理已顯得力不從心，況且對于某些突發(fā)事件的響應(yīng)，人的反應(yīng)明顯不夠。因此通過合理的系統(tǒng)構(gòu)架規(guī)劃系統(tǒng)運(yùn)行資源，便于控制系統(tǒng)運(yùn)行、監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)、進(jìn)行有效的錯誤處理；為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，模塊間通信應(yīng)當(dāng)盡可能簡單，同時建立合理詳盡的系統(tǒng)運(yùn)行日志，系統(tǒng)通過自動審計運(yùn)行日志，了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行有效的錯誤處理；（運(yùn)行可管理性與可維護(hù)性不同）

4、與其他系統(tǒng)接口兼容性（解釋略）

5、與網(wǎng)絡(luò)、硬件接口兼容性及性能（解釋略）

6、系統(tǒng)安全性

隨著計算機(jī)應(yīng)用的不斷深入和擴(kuò)大，涉及的部門和信息也越來越多，其中有大量保密信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，所以對系統(tǒng)安全性的考慮已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，需要從各個方面和角度加以考慮，來保證數(shù)據(jù)資料的絕對安全。

7、系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)的可靠性是現(xiàn)代信息系統(tǒng)應(yīng)具有的重要特征，由于人們?nèi)粘５墓ぷ鲗ο到y(tǒng)依賴程度越來越多，因此系統(tǒng)的必須可靠。系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計可考慮系統(tǒng)的冗余度，盡可能地避免單點(diǎn)故障。系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)在給定的時間間隔及給定的環(huán)境條件下，按設(shè)計要求，成功地運(yùn)行程序的概率。成功地運(yùn)行不僅要保證系統(tǒng)能正確地運(yùn)行，滿足功能需求，還要求當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)意外故障時能夠盡快恢復(fù)正常運(yùn)行，數(shù)據(jù)不受破壞。

8、業(yè)務(wù)流程的可調(diào)整性

應(yīng)當(dāng)考慮客戶業(yè)務(wù)流程可能出現(xiàn)的變化，所以在系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計時要盡量排除業(yè)務(wù)流程的制約，即把流程中的各項業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)工作作為獨(dú)立的對象，設(shè)計成獨(dú)立的模塊或組件，充分考慮他們與其他各種業(yè)務(wù)對象模塊或組件的接口，在流程之間通過業(yè)務(wù)對象模塊的相互調(diào)用實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)，這樣，在業(yè)務(wù)流程發(fā)生有限的變化時（每個業(yè)務(wù)模塊本身的業(yè)務(wù)邏輯沒有變的情況下），就能夠比較方便地修改系統(tǒng)程序模塊或組件間的調(diào)用關(guān)系而實現(xiàn)新的需求。如果這種調(diào)用關(guān)系被設(shè)計成存儲在配置庫的數(shù)據(jù)字典里，則連程序代碼都不用修改，只需修改數(shù)據(jù)字典里的模塊或組件調(diào)用規(guī)則即可。

9、業(yè)務(wù)信息的可調(diào)整性

應(yīng)當(dāng)考慮客戶業(yè)務(wù)信息可能出現(xiàn)的變化，所以在系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計時必須盡可能減少因為業(yè)務(wù)信息的調(diào)整對于代碼模塊的影響范圍。

10、使用方便性

使用方便性是不須提及的必然的需求，而使用方便性與系統(tǒng)構(gòu)架是密切相關(guān)的。WinCE（1.0）的失敗和后來改進(jìn)版本的成功就說明了這個問題。WinCE（1.0）有太多層次的視窗和菜單，而用戶則更喜歡簡單的界面和快捷的操作。失敗了應(yīng)當(dāng)及時糾正，但最好不要等到失敗了再來糾正，這樣會浪費(fèi)巨大的財力物力，所以在系統(tǒng)構(gòu)架階段最好能將需要考慮的因素都考慮到。當(dāng)然使用方便性必須與系統(tǒng)安全性協(xié)調(diào)平衡統(tǒng)一，使用方便性也必須與業(yè)務(wù)流程的可調(diào)整性和業(yè)務(wù)信息的可調(diào)整性協(xié)調(diào)平衡統(tǒng)一。“滿足用戶的需求，便于用戶使用，同時又使得操作流程盡可能簡單。這就是設(shè)計之本。”

11、構(gòu)架樣式的一致性

軟件系統(tǒng)的構(gòu)架樣式有些類似于建筑樣式（如中國式、哥特式、希臘復(fù)古式）。軟件構(gòu)架樣式可分為數(shù)據(jù)流構(gòu)架樣式、調(diào)用返回構(gòu)架樣式、獨(dú)立組件構(gòu)架樣式、以數(shù)據(jù)為中心的構(gòu)架樣式和虛擬機(jī)構(gòu)架樣式，每一種樣式還可以分為若干子樣式。構(gòu)架樣式的一致性并不是要求一個軟件系統(tǒng)只能采用一種樣式，就像建筑樣式可以是中西結(jié)合的，軟件系統(tǒng)也可以有異質(zhì)構(gòu)架樣式（分為局部異質(zhì)、層次異質(zhì)、并行異質(zhì)），即多種樣式的綜合，但這樣的綜合應(yīng)該考慮其某些方面的一致性和協(xié)調(diào)性。每一種樣式都有其使用的時機(jī)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)最強(qiáng)調(diào)的質(zhì)量屬性來選擇。

四、源代碼的組織結(jié)構(gòu)方面的考慮：

1、開發(fā)可管理性

便于人員分工（模塊獨(dú)立性、開發(fā)工作的負(fù)載均衡、進(jìn)度安排優(yōu)化、預(yù)防人員流動對開發(fā)的影響：一個好的構(gòu)架同時應(yīng)有助于減少項目組的壓力和緊張，提高軟件開發(fā)效率）、利于配置管理、大小的合理性、適度復(fù)雜性；

1）便于人員分工－模塊獨(dú)立性、層次性

模塊獨(dú)立性、層次性是為了保證項目開發(fā)成員工作之間的相對獨(dú)立性，模塊聯(lián)結(jié)方式應(yīng)該是縱向而不是橫向, 模塊之間應(yīng)該是樹狀結(jié)構(gòu)而不是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或交叉結(jié)構(gòu)，這樣就可以把開發(fā)人員之間的通信、模塊開發(fā)制約關(guān)系減到最少。同時模塊獨(dú)立性也比較利于配置管理工作的進(jìn)行?，F(xiàn)在有越來越多的的軟件開發(fā)是在異地進(jìn)行，一個開發(fā)組的成員可能在不同城市甚至在不同國家，因此便于異地開發(fā)的人員分工與配置管理的源代碼組織結(jié)構(gòu)是非常必要的。

2）便于人員分工－開發(fā)工作的負(fù)載均衡

不僅僅是開發(fā)出來的軟件系統(tǒng)需要負(fù)載均衡，在開發(fā)過程中開發(fā)小組各成員之間工作任務(wù)的負(fù)載均衡也是非重要的。所謂工作任務(wù)的負(fù)載均衡就是通過合理的任務(wù)劃分按照開發(fā)人員特點(diǎn)進(jìn)行分配任務(wù)，盡量讓項目組中的每個人每段時間都有用武之地。這就需要在構(gòu)架設(shè)計時應(yīng)當(dāng)充分考慮項目組手頭的人力資源，在實現(xiàn)客戶需求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)開發(fā)工作的負(fù)載均衡，以提高整體開發(fā)效率。

3）便于人員分工－進(jìn)度安排優(yōu)化；

進(jìn)度安排優(yōu)化的前提是模塊獨(dú)立性并搞清楚模塊開發(fā)的先后制約關(guān)系。利用工作分解結(jié)構(gòu)對所有程序編碼工作進(jìn)行分解，得到每一項工作的輸入、輸出、所需資源、持續(xù)時間、前期應(yīng)完成的工作、完成后可以進(jìn)行的工作。然后預(yù)估各模塊需要時間，分析各模塊的并行與串行（順序制約），繪制出網(wǎng)絡(luò)圖，找出影響整體進(jìn)度的關(guān)鍵模塊，算出關(guān)鍵路徑，最后對網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行調(diào)整，以使進(jìn)度安排最優(yōu)化。

有個家喻戶曉的智力題叫烤肉片策略：約翰遜家戶外有一個可以同時烤兩塊肉片的烤肉架，烤每塊肉片的每一面需要10分鐘，現(xiàn)要烤三塊肉片給饑腸轆轆急不可耐的一家三口。問題是怎樣才能在最短的時間內(nèi)烤完三片肉。一般的做法花20分鐘先烤完前兩片，再花20分鐘烤完第三片。有一種更好的方法可以節(jié)省10分鐘，大家想想。

4）便于人員分工－預(yù)防員工人員流動對開發(fā)的影響

人員流動在軟件行業(yè)是司空見慣的事情，已經(jīng)是一個常見的風(fēng)險。作為對這一風(fēng)險的有效的防范對策之一，可以在構(gòu)架設(shè)計中考慮到并預(yù)防員工人員流動對開發(fā)的影響。主要的思路還是在模塊的獨(dú)立性上追求高內(nèi)聚低耦合），組件化是目前流行的趨勢。

5）利于配置管理（獨(dú)立性、層次性）

利于配置管理與利于人員分工有一定的聯(lián)系。除了邏輯上的模塊組件要利于人員分工外，物理上的源代碼層次結(jié)構(gòu)、目錄結(jié)構(gòu)、各模塊所處源代碼文件的部署也應(yīng)當(dāng)利于人員分工和配置管理。（盡管現(xiàn)在配置管理工具有較強(qiáng)大的功能，但一個清楚的源碼分割和模塊分割是非常有好處的）。

6）大小的合理性與適度復(fù)雜性

大小的合理性與適度復(fù)雜性可以使開發(fā)工作的負(fù)載均衡，便于進(jìn)度的安排，也可以使系統(tǒng)在運(yùn)行時減少不必要的內(nèi)存資源浪費(fèi)。對于代碼的可閱讀性和系統(tǒng)的可維護(hù)性也有一定的好處。另外，過大的模塊常常是系統(tǒng)分解不充分，而過小的模塊有可能降低模塊的獨(dú)立性，造成系統(tǒng)接口的復(fù)雜。

2、可維護(hù)性

便于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時方便地找到產(chǎn)生故障的原因和源代碼位置，并能方便地進(jìn)行局部修改、切割；（可維護(hù)性與運(yùn)行可管理性不同）

3、可擴(kuò)充性：系統(tǒng)方案的升級、擴(kuò)容、擴(kuò)充性能

系統(tǒng)在建成后會有一段很長的運(yùn)行周期，在該周期內(nèi)，應(yīng)用在不斷增加，應(yīng)用的層次在不斷升級，因此采用的構(gòu)架設(shè)計等方案因充分考慮升級、擴(kuò)容、擴(kuò)充的可行性和便利

4、可移植性

不同客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：如果潛在的客戶使用的客戶端可能使用不同的操作系統(tǒng)或瀏覽器，其可移植性必須考慮客戶端程序的可移植性，或盡量不使業(yè)務(wù)邏輯放在客戶端；數(shù)據(jù)處理的業(yè)務(wù)邏輯放在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中會有較好的性能，但如果客戶群中不能確定使用的是同一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，則業(yè)務(wù)邏輯就不能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中；

達(dá)到可移植性一定要注重標(biāo)準(zhǔn)化和開放性：只有廣泛采用遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)出開放性強(qiáng)的產(chǎn)品，才可以保證各種類型的系統(tǒng)的充分互聯(lián)，從而使產(chǎn)品更具有市場競爭力，也為未來的系統(tǒng)移植和升級擴(kuò)展提供了基礎(chǔ)。

5、需求的符合性

從源代碼的組織結(jié)構(gòu)看需求的符合型主要考慮針對用戶需求可能的變化的軟件代碼及構(gòu)架的最小冗余（同時又要使得系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性）。

構(gòu)架工作應(yīng)該在需求開發(fā)完成約80％的時候開始進(jìn)行，不必等到需求開發(fā)全部完成，需要項目經(jīng)理以具體的判斷來評估此時是否足以開始構(gòu)建軟件構(gòu)架。

給出一致的輪廓：系統(tǒng)概述。一個系統(tǒng)構(gòu)架需要現(xiàn)有概括的描述，開發(fā)人員才能從上千個細(xì)節(jié)甚至數(shù)十個模塊或?qū)ο箢愔薪⒁恢碌妮喞?/SPAN>

構(gòu)架的目標(biāo)應(yīng)該能夠清楚說明系統(tǒng)概念，構(gòu)架應(yīng)盡可能簡化，最好的構(gòu)架文件應(yīng)該簡單、簡短，清晰而不雜亂，解決方案自然。

構(gòu)架應(yīng)單先定義上層的主要子系統(tǒng)，應(yīng)該描述各子系統(tǒng)的任務(wù)，并提供每個子系統(tǒng)中各模塊或?qū)ο箢惖牡某醪搅斜怼?/SPAN>

構(gòu)架應(yīng)該描述不同子系統(tǒng)間相互通信的方式，而一個良好的構(gòu)架應(yīng)該將子系統(tǒng)間的通信關(guān)系降到最低。

成功構(gòu)架的一個重要特色，在于標(biāo)明最可能變更的領(lǐng)域，應(yīng)當(dāng)列出程序中最可能變更的部分，說明構(gòu)架的其他部分如何應(yīng)變。

復(fù)用分析、外購：縮短軟件開發(fā)周期、降低成本的有效方案未必是自行開發(fā)軟件，可以對現(xiàn)有軟件進(jìn)行復(fù)用或進(jìn)行外購。應(yīng)考慮其對構(gòu)架的影響。

除了系統(tǒng)組織的問題，構(gòu)架應(yīng)重點(diǎn)考慮對于細(xì)節(jié)全面影響的設(shè)計決策，深入這些決策領(lǐng)域：外部軟件接口（兼容性、通信方式、傳遞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、用戶接口（用戶接口和系統(tǒng)層次劃分）、數(shù)據(jù)庫組織和內(nèi)容、非數(shù)據(jù)庫信息、關(guān)鍵算法、內(nèi)存管理（配置策略）、并行性、安全性、可移植性、網(wǎng)絡(luò)多人操作、錯誤處理。

要保證需求的可追蹤性，即保證每個需求功能都有相應(yīng)模塊去實現(xiàn)。

構(gòu)架不能只依據(jù)靜態(tài)的系統(tǒng)目標(biāo)來設(shè)計，也應(yīng)當(dāng)考慮動態(tài)的開發(fā)過程，如人力資源的情況，進(jìn)度要求的情況，開發(fā)環(huán)境的滿足情況。構(gòu)架必須支持階段性規(guī)劃，應(yīng)該能夠提供階段性規(guī)劃中如何開發(fā)與完成的方式。不應(yīng)該依賴無法獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng)構(gòu)架。將系統(tǒng)各部分的、依賴關(guān)系找出來，形成一套開發(fā)計劃。

系統(tǒng)概述

名詞解釋

業(yè)務(wù)構(gòu)架

    模塊定義   模塊獨(dú)立性、層次性  

穩(wěn)定的需求

不穩(wěn)定需求

不穩(wěn)定需求造成的后果

應(yīng)對方案

使用方便性

技術(shù)構(gòu)架

     運(yùn)行平臺、接口、系統(tǒng)安全性、可靠性、移植性、擴(kuò)展性

人力組織計劃

      人力資源分析

      進(jìn)度安排優(yōu)化

     開發(fā)工作的負(fù)載均衡

      預(yù)防員工人員流動對開發(fā)的影響應(yīng)對