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软件架构设计读书笔记2009-12-02 来源：网络前言 春节前后花了将近两个月时间才把软件架构设计一书看完。此书紧紧围绕“软件架构设计”这一主题，非常系统地解析了软件架构的概念，阐述了切实可行的软件架构设计方法，给出了可实施性很强的完整的架构设计过程。阅读此书过程中，常常会发现让人眼前一亮的引文或观点。此读书笔记将软件架构设计中重要的观点提取出来，进行再一次的归纳和整理。写这篇笔记的目的一是为了加强将来再次阅读此书时的针对性；其次也是为自己平时的项目架构实践提供一份足够简明的指导提纲。 1. 软件架构概述1.1 什么是软件架构 软件架构的概念很混乱。如果你问五个不同的人，可能会得到五种不同的答案。 软件架构概念主要分为两大流派： 组成派：软件架构 = 组件 + 交互。 决策派：软件架构 = 重要决策集。 组成派和决策派的概念相辅相成。 1.2 软件架构和子系统、框架之间的关系 复杂性是层次化的。 -人月神话 好的架构设计必须把变化点错落有致地封装到软件系统的不同部分(即关注点分离)。 通过关注点分离，达到“系统中的一部分发生了变化，不会影响其他部分”的目标。 软件单元的粒度： * 粒度最小的单元通常是“类”。 * 几个类紧密协作形成“模块”。 * 完成相对独立的功能的多个模块构成了“子系统”。 * 多个子系统相互配合才能满足一个完整应用的需求，从而构成了软件“系统”。 * 一个大型企业往往使用多套系统，多套系统通过互操作形成“集成系统”。 软件单元的粒度是相对的。同一个软件单元，在不同场景下我们会以不同的粒度看待它。 架构(Architecture)不等于框架(Framework)。 框架只是一种特殊的软件，框架也有架构。 可以通过架构框架化达到“架构重用”的目的，如很多人都在用 Spring 框架提供的控制反转和依赖注入来构建自己的架构。 1.3 软件架构的作用 如果一个项目的系统架构(包括理论基础)尚未确定，就不应该进行此系统的全面开发。- Barry Boehm,Engineering Context 一个缺陷充斥的系统，将始终是一个缺陷充斥的系统。- Timothy C. Lethbridge,面向对象软件工程 软件架构设计为什么这么难？ 因为它是跨越现实世界与计算机世界之间鸿沟的一座桥。 软件架构设计要完成从面向业务到面向技术的转换，在鸿沟上架起一座桥梁。 需求 - 架构设计 - 软件架构 - 系统开发 - 软件系统 软件架构对新产品开发的作用： * 上承业务目标。 * 下接技术决策。 * 控制复杂性。 先进行架构设计，后进行详细设计和编码实现，符合“基于问题深度分而治之”的理念。 * 组织开发。 软件架构方案在小组中间扮演了“桥梁”和“合作契约”的作用。 * 利于迭代开发和增量交付。 以架构为中心进行开发，为增量交付提供了良好的基础。在架构经过验证之后，可以专注于功能的增量提交。 * 提高质量。 软件架构对软件产品线开发的作用： * 固化核心知识； * 提供可重用资产； * 缩短推出产品的周期； * 降低开发和维护成本； * 提高产品质量； * 支持批量定制。 软件产品线：指具有一组可管理的、公共特性的、软件密集性系统的集合，这些系统满足特定的市场需求或任务需求，并且按照预定义方式从一个公共的核心资产集开发得到。 软件产品线架构：针对一个公司或组织内的一系列产品而设计的通用架构。 2. 软件架构设计方法2.1 软件架构为谁而设计 架构师应当为项目相关的不同角色而设计： * 架构师要为客户负责，满足他们的业务目标和约束条件。 * 架构师要为用户负责，满足他们关心的功能需求和运行期质量属性。 * 架构师必须顾及处于协作分工“下游”的开发人员。 * 架构师必须考虑“周边”的管理人员，为他们进行分工管理、协调控制和评估监控等工作提供清晰的基础。 2.2 五视图法 什么是软件架构视图？ 软件架构视图是对于从某一视角看到的系统所作的简化描述，描述中涵盖了系统的某一特定方面，而省略了与此无关的其他方面。 软件架构要涵盖的内容和决策太多了，超过了人脑“一蹴而就”的能力范围，因此宜采用“分而治之”的办法。即通过不同的视图来描述架构。 软件架构的五视图法： * 逻辑架构 逻辑架构关注功能。其设计着重考虑功能需求。 * 开发架构 开发架构关注程序包。其设计着重考虑开发期质量属性，如可扩展性、可重用性、可移植性、易理解性和易测试性等。 * 运行架构 运行架构关注进程、线程、对象等运行时概念，以及相关的并发、同步、通信等问题。 其设计着重考虑运行期质量属性，例如性能、可伸缩性、持续可用性和安全性等。 * 物理架构 物理架构关注软件系统最终如何安装或部署到物理机器。其设计着重考虑“安装和部署需求”。 * 数据架构 数据架构关注持久化数据的存储方案。其设计着重考虑“数据需求”。 2.3 从概念性架构到实际架构 少就是多 (Less is more.)。 - 密斯凡德罗 概念性架构是对系统设计的最初构想。 一般来说，实际的软件架构设计过程是，先进行概念性架构的设计，把最关键的设计要素和交互机制确定下来，然后再考虑具体技术的运用，设计出实际架构。 2.4 架构设计中的关键要素及解决策略 策略是制胜的关键。- 张明正，挡不住的趋势 最好的软件开发人员都知道一个秘密：美的东西比丑的东西创建起来更廉价，也更快捷。- Robert C. Martin, 软件之美 时间就是系统架构的生命。- Philippe Kruchten 方法产生于恐惧。 面对时间紧迫的压力，我们有理由质疑那种不顾时间花销、一味追求软件架构高质量的做法。软件架构是软件系统质量的核心，必须足够重视，但在不适当的时候“用时间换完美”会毁掉整个项目。 架构设计并非“好的就是成功的”，而是“适合的才是成功的”。 软件架构设计中的关键要素及解决策略： 关键要素 策略 - - 1. 是否遗漏了至关重要的非功能需求？ 全面认识需求。 2. 能否驯服数量巨大且频繁变化的需求？ 关键需求决定架构。 3. 能否从容地设计软件架构的不同方面？ 多视图探寻架构。 4. 是否及早验证架构方案并作出了调整？ 及早验证架构。 2.5 软件架构要设计到什么程度 软件系统的架构涵盖了整个系统，尽管架构的有些部分可能只有“一寸深”。- Ivar Jacobson, 统一软件开发过程之路 软件架构是团队开发的基础。 软件架构要设计到什么程度？ * 由于项目的不同、开发团队情况的不同，软件架构的设计程度会有不同。 * 软件架构应当为开发人员提供足够的指导和限制。 高来高去式架构设计的症状： * 缺失重要架构视图。 遗漏了某些重要视图，从而遗漏了对团队某些角色的指导。 * 浅尝辄止、不够深入。 将重大技术风险遗留到后续开发中。 * 名不副实的分层架构。 对各层之间交互接口和交互机制的设计严重不足。3. 软件架构设计过程3.1 软件架构设计过程总览 一般的软件过程： 概念化阶段 - 分析阶段 - 架构设计阶段 - 并行开发与测试阶段 - 验收与交付阶段 愿景 需求 架构 可执行系统 交付的系统 软件架构设计过程： 需求分析 - 领域建模 - 确定关键需求 - 概念性架构设计 - 细化架构 - 验证架构 概念性架构 实际架构 分析阶段 架构设计阶段 3.2 需求分析 3.2.1 几个概念 需求捕获 vs 需求分析 vs 系统分析 * 需求捕获是获取知识的过程，知识从无到有。 * 需求分析是挖掘和整理知识的过程，它在已掌握知识的基础上进行。 * 系统分析？如果说需求分析致力于“做什么”，那么系统分析则涉及“怎么做”。 3.2.2 架构师必须掌握的需求知识 软件架构师不必是需求捕获专家，也不必是编写软件需求规格说明书的专家。 但他一定应在需求分类、需求折衷和需求变更的研究方面是专家，否则他和其他软件架构师相比，就输在了“起跑线”上。 软件需求的类型 功能需求 运行期质量属性 软件需求 质量属性 非功能需求 开发期质量属性 约束 软件质量属性分类方式 运行期质量属性 * 性能 (Performance) * 安全性 (Security) * 易用性 (Usability) * 持续可用性 (Availability) * 可伸缩性 (Scalability) * 互操作性 (Interoperability) * 可靠性 (Reliability) * 鲁棒性 (Robustness) 开发期质量属性 * 易理解性 (Understandability) * 可扩展性 (Extensibility) * 可重用性 (Reusability) * 可测试行 (Testability) * 可维护性 (Maintainability) * 可移植性 (Portability) 3.3 领域建模 就像高效能人士的七个习惯提到的“由内而外全面造就自己”的观点一样，对待软件开发，要具备“由内而外造就软件”的理念。 想让软件系统随需应变吗？请给软件一个支持变化的“心”。 什么是领域模型？ 领域模型是对实际问题领域的抽象表示，它专注于分析问题领域本身，发掘重要的业务领域概念，并建立业务领域概念之间的关系。 领域建模和需求分析活动是相互伴随、互相支持、交叠演进的。 领域模型对软件架构乃至整个软件系统开发工作的作用： * 探索复杂问题、固化领域知识； * 决定功能范围、影响可扩展性； * 提供交流基础、促进有效沟通。 3.4 确定关键需求 功能、质量和商业需求的某个集合“塑造”了架构。- Len Bass, 软件架构实践(第2版) 关键需求决定架构，其余需求验证架构。 什么是对软件架构关键的需求？ * 关键的功能需求。 * 关键的质量属性需求。 * 关键的商业需求。 如何确定关键需求？ 确定关键功能需求 - 全面整理需求 - 分析约束性需求 确定关键质量属性需求 3.5 概念性架构设计 概念性架构设计的步骤(这三个步骤以迭代方式进行)： 1. 鲁棒性分析； 2. 引入架构模式； 3. 质量属性分析。 3.5.1 鲁棒性分析 所谓鲁棒性分析是这样一种方法：通过分析用例规约中的事件流，识别出实现用例规定的功能所需的主要对象及其职责，形成以职责模型为主的初步设计。 鲁棒性分析是从功能需求向设计方案过度的第一步，所获得的初步设计是一种理想化的职责模型，它的重点是识别组成软件系统的高级职责块、规划它们之间的关系。 鲁棒性分析填补了分析和设计之间的鸿沟。 鲁棒图包含三种元素：边界对象、控制对象和实体对象。(见书P196) 3.5.2 引入架构模式 较为经典的几种架构模式： 分层、MVC、微内核、基于元模型的架构、管道-过滤器。 关于架构模式的几点说明： * 分层 避免名不副实的分层架构，即对各层之间交互接口和交互机制的设计严重不足。 * 微内核 缺点：设计和实现的复杂性；性能较低。 优点：扩展性强，可移植性强，软件系统的生命周期长。 3.5.3 质量属性分析 “属性-场景-决策”表方法。举例如下： 属性 场景 决策 可扩展性数据库类型可替换 建立数据库存取层 允许加载第三方模块采用插件机制 . . . 3.6 细化架构设计 架构细化工作主要体现在基于五视图方法进行架构细化： 约束 领域模型 - 基于五视图方法 关键需求 - - 架构方案 概念架构 - 进行架构细化 经验 架构细化设计的工作内容： 架构设计视图 设计任务 逻辑架构 细化功能单元； 发现通用机制； 细化领域模型； 确定子系统接口和交互机制。 开发架构 确定要开发或直接利用的程序包之间的依赖关系； 确定采用的技术； 确定采用的框架等。 数据架构 持久化数据存储方案； 数据传递、数据复制、数据同步等策略(可选)。 运行架构 确定引入哪些进程与线程； 确定主动对象、被动对象，以及控制关系； 处理进程线程的创建、销毁、通信机制、资源争用等； 协议设计。 物理架构 确定物理配置方案； 确定如何将目标程序映射到物理节点。 逻辑架构设计中，“发现通用机制”是应被特别强调的。 机制(Mechanism)是模式的实例。机制是特定上下文中重复出现的问题的特定解决方案。 具有良好架构的系统具备概念完整性。它通过对系统架构建立一种清晰的认识来发现通用的抽象和机制。利用这种共性使最终产生的系统结构更为简单。 3.7 实现并验证软件架构 好的策略必须是一再求证、测试、发现瑕疵漏洞，另想途径或方法来弥补策略不足，有时甚至得全盘放弃，重新策划。- 张明正，挡不住的趋