【書 名】：軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)
【出版社】：電子工業(yè)出版社
【作 者】：溫昱
前言
春節(jié)前后花了將近兩個(gè)月時(shí)間才把《軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)》一書看完。此書緊緊圍繞“軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)”這一主題，非常系統(tǒng)地解析了軟件架構(gòu)的概念，闡述了切實(shí)可行的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，給出了可實(shí)施性很強(qiáng)的完整的架構(gòu)設(shè)計(jì)過程。閱讀此書過程中，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)讓人眼前一亮的引文或觀點(diǎn)。此讀書筆記將《軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)》中重要的觀點(diǎn)提取出來，進(jìn)行再一次的歸納和整理。寫這篇筆記的目的一是為了加強(qiáng)將來再次閱讀此書時(shí)的針對性；其次也是為自己平時(shí)的項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)踐提供一份足夠簡明的指導(dǎo)提綱。
1. 軟件架構(gòu)概述
1.1 什么是軟件架構(gòu)
◎ 軟件架構(gòu)的概念很混亂。如果你問五個(gè)不同的人，可能會(huì)得到五種不同的答案。
◎ 軟件架構(gòu)概念主要分為兩大流派：
組成派：軟件架構(gòu) = 組件 + 交互。
決策派：軟件架構(gòu) = 重要決策集。
◎ 組成派和決策派的概念相輔相成。
1.2 軟件架構(gòu)和子系統(tǒng)、框架之間的關(guān)系
◎ 復(fù)雜性是層次化的。 --《人月神話》
◎ 好的架構(gòu)設(shè)計(jì)必須把變化點(diǎn)錯(cuò)落有致地封裝到軟件系統(tǒng)的不同部分(即關(guān)注點(diǎn)分離)。
通過關(guān)注點(diǎn)分離，達(dá)到“系統(tǒng)中的一部分發(fā)生了變化，不會(huì)影響其他部分”的目標(biāo)。
◎ 軟件單元的粒度：
* 粒度最小的單元通常是“類”。
* 幾個(gè)類緊密協(xié)作形成“模塊”。
* 完成相對獨(dú)立的功能的多個(gè)模塊構(gòu)成了“子系統(tǒng)”。
* 多個(gè)子系統(tǒng)相互配合才能滿足一個(gè)完整應(yīng)用的需求，從而構(gòu)成了軟件“系統(tǒng)”。
* 一個(gè)大型企業(yè)往往使用多套系統(tǒng)，多套系統(tǒng)通過互操作形成“集成系統(tǒng)”。
◎ 軟件單元的粒度是相對的。同一個(gè)軟件單元，在不同場景下我們會(huì)以不同的粒度看待它。
◎ 架構(gòu)(Architecture)不等于框架(Framework)。
框架只是一種特殊的軟件，框架也有架構(gòu)。
◎ 可以通過架構(gòu)框架化達(dá)到“架構(gòu)重用”的目的，如很多人都在用 Spring 框架提供的
控制反轉(zhuǎn)和依賴注入來構(gòu)建自己的架構(gòu)。
1.3 軟件架構(gòu)的作用
◎ 如果一個(gè)項(xiàng)目的系統(tǒng)架構(gòu)(包括理論基礎(chǔ))尚未確定，就不應(yīng)該進(jìn)行此系統(tǒng)的全面開發(fā)。
-- Barry Boehm,《Engineering Context》
◎ 一個(gè)缺陷充斥的系統(tǒng)，將始終是一個(gè)缺陷充斥的系統(tǒng)。
-- Timothy C. Lethbridge,《面向?qū)ο筌浖こ獭?/font>
◎ 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)為什么這么難？
因?yàn)樗强缭浆F(xiàn)實(shí)世界與計(jì)算機(jī)世界之間鴻溝的一座橋。
軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)要完成從面向業(yè)務(wù)到面向技術(shù)的轉(zhuǎn)換，在鴻溝上架起一座橋梁。
需求 -> 架構(gòu)設(shè)計(jì) -> 軟件架構(gòu) -> 系統(tǒng)開發(fā) -> 軟件系統(tǒng)
~~~~~~~~ ~~~~~~~~
◎ 軟件架構(gòu)對新產(chǎn)品開發(fā)的作用：
* 上承業(yè)務(wù)目標(biāo)。
* 下接技術(shù)決策。
* 控制復(fù)雜性。
先進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和編碼實(shí)現(xiàn)，符合“基于問題深度分而治之”的理念。
* 組織開發(fā)。
軟件架構(gòu)方案在小組中間扮演了“橋梁”和“合作契約”的作用。
* 利于迭代開發(fā)和增量交付。
以架構(gòu)為中心進(jìn)行開發(fā)，為增量交付提供了良好的基礎(chǔ)。在架構(gòu)經(jīng)過驗(yàn)證之后，可以
專注于功能的增量提交。
* 提高質(zhì)量。
◎ 軟件架構(gòu)對軟件產(chǎn)品線開發(fā)的作用：
* 固化核心知識(shí)；
* 提供可重用資產(chǎn)；
* 縮短推出產(chǎn)品的周期；
* 降低開發(fā)和維護(hù)成本；
* 提高產(chǎn)品質(zhì)量；
* 支持批量定制。
◎ 軟件產(chǎn)品線：指具有一組可管理的、公共特性的、軟件密集性系統(tǒng)的集合，這些系統(tǒng)滿足特定
的市場需求或任務(wù)需求，并且按照預(yù)定義方式從一個(gè)公共的核心資產(chǎn)集開發(fā)得到。
軟件產(chǎn)品線架構(gòu)：針對一個(gè)公司或組織內(nèi)的一系列產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的通用架構(gòu)。
2. 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方法
2.1 軟件架構(gòu)為誰而設(shè)計(jì)
◎ 架構(gòu)師應(yīng)當(dāng)為項(xiàng)目相關(guān)的不同角色而設(shè)計(jì)：
* 架構(gòu)師要為客戶負(fù)責(zé)，滿足他們的業(yè)務(wù)目標(biāo)和約束條件。
* 架構(gòu)師要為用戶負(fù)責(zé)，滿足他們關(guān)心的功能需求和運(yùn)行期質(zhì)量屬性。
* 架構(gòu)師必須顧及處于協(xié)作分工“下游”的開發(fā)人員。
* 架構(gòu)師必須考慮“周邊”的管理人員，為他們進(jìn)行分工管理、協(xié)調(diào)控制和評估監(jiān)控等工作提供清晰的基礎(chǔ)。
2.2 五視圖法
◎ 什么是軟件架構(gòu)視圖？
軟件架構(gòu)視圖是對于從某一視角看到的系統(tǒng)所作的簡化描述，描述中涵蓋了系統(tǒng)的某一
特定方面，而省略了與此無關(guān)的其他方面。
◎ 軟件架構(gòu)要涵蓋的內(nèi)容和決策太多了，超過了人腦“一蹴而就”的能力范圍，因此宜采
用“分而治之”的辦法。即通過不同的視圖來描述架構(gòu)。
◎ 軟件架構(gòu)的五視圖法：
* 邏輯架構(gòu)
邏輯架構(gòu)關(guān)注功能。其設(shè)計(jì)著重考慮功能需求。
* 開發(fā)架構(gòu)
開發(fā)架構(gòu)關(guān)注程序包。其設(shè)計(jì)著重考慮開發(fā)期質(zhì)量屬性，如可擴(kuò)展性、可重用性、
可移植性、易理解性和易測試性等。
* 運(yùn)行架構(gòu)
運(yùn)行架構(gòu)關(guān)注進(jìn)程、線程、對象等運(yùn)行時(shí)概念，以及相關(guān)的并發(fā)、同步、通信等問題。
其設(shè)計(jì)著重考慮運(yùn)行期質(zhì)量屬性，例如性能、可伸縮性、持續(xù)可用性和安全性等。
* 物理架構(gòu)
物理架構(gòu)關(guān)注軟件系統(tǒng)最終如何安裝或部署到物理機(jī)器。其設(shè)計(jì)著重考慮“安裝和
部署需求”。
* 數(shù)據(jù)架構(gòu)
數(shù)據(jù)架構(gòu)關(guān)注持久化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方案。其設(shè)計(jì)著重考慮“數(shù)據(jù)需求”。
2.3 從概念性架構(gòu)到實(shí)際架構(gòu)
◎ 少就是多 (Less is more.)。 -- 密斯·凡德羅
◎ 概念性架構(gòu)是對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初構(gòu)想。
◎ 一般來說，實(shí)際的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)過程是，先進(jìn)行概念性架構(gòu)的設(shè)計(jì)，把最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)
要素和交互機(jī)制確定下來，然后再考慮具體技術(shù)的運(yùn)用，設(shè)計(jì)出實(shí)際架構(gòu)。
2.4 架構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素及解決策略
◎ 策略是制勝的關(guān)鍵。
-- 張明正，《擋不住的趨勢》
◎ 最好的軟件開發(fā)人員都知道一個(gè)秘密：美的東西比丑的東西創(chuàng)建起來更廉價(jià)，也更快捷。
-- Robert C. Martin, 《軟件之美》
◎ 時(shí)間就是系統(tǒng)架構(gòu)的生命。
-- Philippe Kruchten
◎ 方法產(chǎn)生于恐懼。
◎ 面對時(shí)間緊迫的壓力，我們有理由質(zhì)疑那種不顧時(shí)間花銷、一味追求軟件架構(gòu)高質(zhì)量的
做法。軟件架構(gòu)是軟件系統(tǒng)質(zhì)量的核心，必須足夠重視，但在不適當(dāng)?shù)臅r(shí)候“用時(shí)間換
完美”會(huì)毀掉整個(gè)項(xiàng)目。
◎ 架構(gòu)設(shè)計(jì)并非“好的就是成功的”，而是“適合的才是成功的”。
◎ 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素及解決策略：
關(guān)鍵要素 策略
------------------------------------ -----------------
1. 是否遺漏了至關(guān)重要的非功能需求？ 全面認(rèn)識(shí)需求。
2. 能否馴服數(shù)量巨大且頻繁變化的需求？ 關(guān)鍵需求決定架構(gòu)。
3. 能否從容地設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)的不同方面？ 多視圖探尋架構(gòu)。
4. 是否及早驗(yàn)證架構(gòu)方案并作出了調(diào)整？ 及早驗(yàn)證架構(gòu)。
2.5 軟件架構(gòu)要設(shè)計(jì)到什么程度
◎ 軟件系統(tǒng)的架構(gòu)涵蓋了整個(gè)系統(tǒng)，盡管架構(gòu)的有些部分可能只有“一寸深”。
-- Ivar Jacobson, 《統(tǒng)一軟件開發(fā)過程之路》
◎ 軟件架構(gòu)是團(tuán)隊(duì)開發(fā)的基礎(chǔ)。
◎ 軟件架構(gòu)要設(shè)計(jì)到什么程度？
* 由于項(xiàng)目的不同、開發(fā)團(tuán)隊(duì)情況的不同，軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)程度會(huì)有不同。
* 軟件架構(gòu)應(yīng)當(dāng)為開發(fā)人員提供足夠的指導(dǎo)和限制。
◎ 高來高去式架構(gòu)設(shè)計(jì)的癥狀：
* 缺失重要架構(gòu)視圖。
遺漏了某些重要視圖，從而遺漏了對團(tuán)隊(duì)某些角色的指導(dǎo)。
* 淺嘗輒止、不夠深入。
將重大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)遺留到后續(xù)開發(fā)中。
* 名不副實(shí)的分層架構(gòu)。
對各層之間交互接口和交互機(jī)制的設(shè)計(jì)嚴(yán)重不足。
3. 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)過程
3.1 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)過程總覽
◎ 一般的軟件過程：
概念化階段 -> 分析階段 -> 架構(gòu)設(shè)計(jì)階段 -> 并行開發(fā)與測試階段 -> 驗(yàn)收與交付階段
──┬── ──┬─ ───┬── ────┬──── ───┬───
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
愿景 需求 架構(gòu) 可執(zhí)行系統(tǒng) 交付的系統(tǒng)
◎ 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)過程：
需求分析 -> 領(lǐng)域建模 -> 確定關(guān)鍵需求 -> 概念性架構(gòu)設(shè)計(jì) -> 細(xì)化架構(gòu) -> 驗(yàn)證架構(gòu)
│ │ └──────┬──────┘ └────┬───┘
│ │ 概念性架構(gòu) 實(shí)際架構(gòu)
└───┬────┘ └───────┬──────┘
分析階段 架構(gòu)設(shè)計(jì)階段
3.2 需求分析
3.2.1 幾個(gè)概念
◎ 需求捕獲 vs 需求分析 vs 系統(tǒng)分析
* 需求捕獲是獲取知識(shí)的過程，知識(shí)從無到有。
* 需求分析是挖掘和整理知識(shí)的過程，它在已掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。
* 系統(tǒng)分析？如果說需求分析致力于“做什么”，那么系統(tǒng)分析則涉及“怎么做”。
3.2.2 架構(gòu)師必須掌握的需求知識(shí)
◎ 軟件架構(gòu)師不必是需求捕獲專家，也不必是編寫《軟件需求規(guī)格說明書》的專家。
但他一定應(yīng)在需求分類、需求折衷和需求變更的研究方面是專家，否則他和其他
軟件架構(gòu)師相比，就輸在了“起跑線”上。
◎ 軟件需求的類型
┌ 功能需求 ┌ 運(yùn)行期質(zhì)量屬性
軟件需求 ┤ ┌ 質(zhì)量屬性 ┤
└ 非功能需求 ┤ └ 開發(fā)期質(zhì)量屬性
└ 約束
◎ 軟件質(zhì)量屬性分類方式
運(yùn)行期質(zhì)量屬性
* 性能 (Performance)
* 安全性 (Security)
* 易用性 (Usability)
* 持續(xù)可用性 (Availability)
* 可伸縮性 (Scalability)
* 互操作性 (Interoperability)
* 可靠性 (Reliability)
* 魯棒性 (Robustness)
開發(fā)期質(zhì)量屬性
* 易理解性 (Understandability)
* 可擴(kuò)展性 (Extensibility)
* 可重用性 (Reusability)
* 可測試行 (Testability)
* 可維護(hù)性 (Maintainability)
* 可移植性 (Portability)
3.3 領(lǐng)域建模
◎ 就像《高效能人士的七個(gè)習(xí)慣》提到的“由內(nèi)而外全面造就自己”的觀點(diǎn)一樣，
對待軟件開發(fā)，要具備“由內(nèi)而外造就軟件”的理念。
◎ 想讓軟件系統(tǒng)隨需應(yīng)變嗎？請給軟件一個(gè)支持變化的“心”。
◎ 什么是領(lǐng)域模型？
領(lǐng)域模型是對實(shí)際問題領(lǐng)域的抽象表示，它專注于分析問題領(lǐng)域本身，發(fā)掘重要的
業(yè)務(wù)領(lǐng)域概念，并建立業(yè)務(wù)領(lǐng)域概念之間的關(guān)系。
◎ 領(lǐng)域建模和需求分析活動(dòng)是相互伴隨、互相支持、交疊演進(jìn)的。
◎ 領(lǐng)域模型對軟件架構(gòu)乃至整個(gè)軟件系統(tǒng)開發(fā)工作的作用：
* 探索復(fù)雜問題、固化領(lǐng)域知識(shí)；
* 決定功能范圍、影響可擴(kuò)展性；
* 提供交流基礎(chǔ)、促進(jìn)有效溝通。
3.4 確定關(guān)鍵需求
◎ 功能、質(zhì)量和商業(yè)需求的某個(gè)集合“塑造”了架構(gòu)。
-- Len Bass, 《軟件架構(gòu)實(shí)踐(第2版)》
◎ 關(guān)鍵需求決定架構(gòu)，其余需求驗(yàn)證架構(gòu)。
◎ 什么是對軟件架構(gòu)關(guān)鍵的需求？
* 關(guān)鍵的功能需求。
* 關(guān)鍵的質(zhì)量屬性需求。
* 關(guān)鍵的商業(yè)需求。
◎ 如何確定關(guān)鍵需求？
┌> 確定關(guān)鍵功能需求 ┐
● -> 全面整理需求 -> 分析約束性需求 ┤ ├> ●
└> 確定關(guān)鍵質(zhì)量屬性需求 ┘
3.5 概念性架構(gòu)設(shè)計(jì)
◎ 概念性架構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟(這三個(gè)步驟以迭代方式進(jìn)行)：
1. 魯棒性分析；
2. 引入架構(gòu)模式；
3. 質(zhì)量屬性分析。
3.5.1 魯棒性分析
◎ 所謂魯棒性分析是這樣一種方法：通過分析用例規(guī)約中的事件流，識(shí)別出實(shí)現(xiàn)用例規(guī)定
的功能所需的主要對象及其職責(zé)，形成以職責(zé)模型為主的初步設(shè)計(jì)。
◎ 魯棒性分析是從功能需求向設(shè)計(jì)方案過度的第一步，所獲得的初步設(shè)計(jì)是一種理想化的
職責(zé)模型，它的重點(diǎn)是識(shí)別組成軟件系統(tǒng)的高級職責(zé)塊、規(guī)劃它們之間的關(guān)系。
◎ 魯棒性分析填補(bǔ)了分析和設(shè)計(jì)之間的鴻溝。
◎ 魯棒圖包含三種元素：邊界對象、控制對象和實(shí)體對象。(見書P196)
3.5.2 引入架構(gòu)模式
◎ 較為經(jīng)典的幾種架構(gòu)模式：
分層、MVC、微內(nèi)核、基于元模型的架構(gòu)、管道-過濾器。
◎ 關(guān)于架構(gòu)模式的幾點(diǎn)說明：
* 分層
避免名不副實(shí)的分層架構(gòu)，即對各層之間交互接口和交互機(jī)制的設(shè)計(jì)嚴(yán)重不足。
* 微內(nèi)核
缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性；性能較低。
優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)展性強(qiáng)，可移植性強(qiáng)，軟件系統(tǒng)的生命周期長。
3.5.3 質(zhì)量屬性分析
◎ “屬性-場景-決策”表方法。舉例如下：
┌────┬─────────┬─────────────────────┐
│屬性 │場景 │決策 │
├────┼─────────┼─────────────────────┤
│可擴(kuò)展性│數(shù)據(jù)庫類型可替換 │建立數(shù)據(jù)庫存取層 │
├────┼─────────┼─────────────────────┤
│ │允許加載第三方模塊│采用插件機(jī)制 │
├────┼─────────┼─────────────────────┤
│... │... │... │
└────┴─────────┴─────────────────────┘
3.6 細(xì)化架構(gòu)設(shè)計(jì)
◎ 架構(gòu)細(xì)化工作主要體現(xiàn)在基于五視圖方法進(jìn)行架構(gòu)細(xì)化：
約束
↓
┌───────┐
領(lǐng)域模型 -> │基于五視圖方法│
關(guān)鍵需求 -> │ │-> 架構(gòu)方案
概念架構(gòu) -> │ 進(jìn)行架構(gòu)細(xì)化 │
└───────┘
↑
經(jīng)驗(yàn)
◎ 架構(gòu)細(xì)化設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容：
┌───────┬──────────────────────────┐
│ 架構(gòu)設(shè)計(jì)視圖 │ 設(shè)計(jì)任務(wù) │
├───────┼──────────────────────────┤
│ 邏輯架構(gòu) │ 細(xì)化功能單元； │
│ │ 發(fā)現(xiàn)通用機(jī)制； │
│ │ 細(xì)化領(lǐng)域模型； │
│ │ 確定子系統(tǒng)接口和交互機(jī)制。 │
├───────┼──────────────────────────┤
│ 開發(fā)架構(gòu) │ 確定要開發(fā)或直接利用的程序包之間的依賴關(guān)系； │
│ │ 確定采用的技術(shù)； │
│ │ 確定采用的框架等。 │
├───────┼──────────────────────────┤
│ 數(shù)據(jù)架構(gòu) │ 持久化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案； │
│ │ 數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)同步等策略(可選)。 │
├───────┼──────────────────────────┤
│ 運(yùn)行架構(gòu) │ 確定引入哪些進(jìn)程與線程； │
│ │ 確定主動(dòng)對象、被動(dòng)對象，以及控制關(guān)系； │
│ │ 處理進(jìn)程線程的創(chuàng)建、銷毀、通信機(jī)制、資源爭用等； │
│ │ 協(xié)議設(shè)計(jì)。 │
├───────┼──────────────────────────┤
│ 物理架構(gòu) │ 確定物理配置方案； │
│ │ 確定如何將目標(biāo)程序映射到物理節(jié)點(diǎn)。 │
└───────┴──────────────────────────┘
◎ 邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)中，“發(fā)現(xiàn)通用機(jī)制”是應(yīng)被特別強(qiáng)調(diào)的。
機(jī)制(Mechanism)是模式的實(shí)例。機(jī)制是特定上下文中重復(fù)出現(xiàn)的問題的特定解決方案。
具有良好架構(gòu)的系統(tǒng)具備概念完整性。它通過對系統(tǒng)架構(gòu)建立一種清晰的認(rèn)識(shí)來發(fā)現(xiàn)通用的
抽象和機(jī)制。利用這種共性使最終產(chǎn)生的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單。
3.7 實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證軟件架構(gòu)
◎ 好的策略必須是一再求證、測試、發(fā)現(xiàn)瑕疵漏洞，另想途徑或方法來彌補(bǔ)策略不足，有時(shí)
甚至得全盤放棄，重新策劃。
-- 張明正，《擋不住的趨勢》
◎ 架構(gòu)原型對功能性需求的實(shí)現(xiàn)非常有限，那么“架構(gòu)驗(yàn)證”要驗(yàn)證什么？
答案是要驗(yàn)證架構(gòu)對質(zhì)量屬性需求的支持程度，包括運(yùn)行期質(zhì)量屬性和開發(fā)期質(zhì)量屬性。
◎ 驗(yàn)證架構(gòu)的兩種方法：
* 原型法。
對于項(xiàng)目型開發(fā)，常采用“原型法”。即對一組架構(gòu)設(shè)計(jì)決策在非功能需求方面的滿足
程度進(jìn)行驗(yàn)證。該原型往往是演進(jìn)型，而非拋棄型。
* 框架法。
對于產(chǎn)品型開發(fā)，采用“框架法”有更多優(yōu)點(diǎn)。該方法將架構(gòu)設(shè)計(jì)方案用框架的形式實(shí)現(xiàn)，
并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行評估驗(yàn)證。在框架實(shí)現(xiàn)后，在框架基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)部分應(yīng)用的功能，即實(shí)現(xiàn)
一個(gè)小的垂直原型，從而進(jìn)行實(shí)際非功能測試和開發(fā)期質(zhì)量屬性評價(jià)。
(全文完)