架構(gòu)的結(jié)構(gòu)和視角

回顧在上一小節(jié)中有介紹公给，軟件系統(tǒng)其實(shí)就是一系列結(jié)構(gòu)的集合，但是蜘渣，尤其是現(xiàn)代的系統(tǒng)通常都是由許多結(jié)構(gòu)組成的淌铐，從一開(kāi)始就想掌握一個(gè)系統(tǒng)的全部細(xì)節(jié)是很復(fù)雜的一件事情，這時(shí)候就需要從不同的視角(view)來(lái)剖析蔫缸，達(dá)到簡(jiǎn)化問(wèn)題的目的腿准。

結(jié)構(gòu)和視圖

• 視圖(view)是對(duì)結(jié)構(gòu)(structure)中具有代表意義的部分元素和關(guān)系進(jìn)行抽取，也可以說(shuō)拾碌，視圖是對(duì)結(jié)構(gòu)的精簡(jiǎn)吐葱。
• 通常，架構(gòu)師設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)校翔，但是真正記錄在文檔里的是這個(gè)結(jié)構(gòu)的精簡(jiǎn)版——視圖弟跑。

三種結(jié)構(gòu)

上一節(jié)大概說(shuō)過(guò)，組成架構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型大概有三種：模塊結(jié)構(gòu)展融，組件－連接件結(jié)構(gòu)窖认，分配結(jié)構(gòu)豫柬。

• 模塊結(jié)構(gòu)

  • 模塊結(jié)構(gòu)更多的是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)的劃分，每一個(gè)模塊都有自己特定的功能扑浸，一般不會(huì)去考慮在執(zhí)行過(guò)程中那些交互式響應(yīng)烧给。
  • 模塊視圖回答了以下問(wèn)題
    • 給每一個(gè)模塊分配的最主要的功能是什么？
    • 一個(gè)模塊可以使用哪些該模塊之外的元素喝噪？
    • 實(shí)際會(huì)使用或者依賴哪些其它的軟件?
    • 模塊之間的關(guān)系础嫡，泛化？繼承酝惧？
    • 當(dāng)分配給模塊的功能發(fā)生改變時(shí)會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生哪些影響榴鼎？－作為擴(kuò)展

• 組件-連接件結(jié)構(gòu)

  • 與模塊結(jié)構(gòu)相反，組件－連接件結(jié)構(gòu)更多的是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的劃分晚唇，組件(component)可能是服務(wù)器巫财，客戶端等，連接件(connector)作為組件間的連接機(jī)制可能是回調(diào)函數(shù)哩陕，異步處理等等平项。
  • 組件-連接件視圖可以幫助我們回答以下幾個(gè)問(wèn)題
    • 在運(yùn)行過(guò)程中的主要的組件是什么，以及它們之間是怎樣交互的?
    • 共享數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問(wèn)題
    • 系統(tǒng)中的哪些部分是冗余的?
    • 在系統(tǒng)中數(shù)據(jù)是怎樣處理的悍及？
    • 系統(tǒng)中的哪些部分是可以并行執(zhí)行的闽瓢？
    • 系統(tǒng)的架構(gòu)能否在執(zhí)行過(guò)程中進(jìn)行改變，如果可以心赶，具體怎么實(shí)現(xiàn)扣讼？
    • 系統(tǒng)運(yùn)行中的屬性，比如性能缨叫，安全椭符，可執(zhí)行性等等－作為擴(kuò)展

• 分配結(jié)構(gòu)

  • 就像前面說(shuō)的，軟件系統(tǒng)其實(shí)是有結(jié)構(gòu)的弯汰，但是對(duì)于底層的硬件艰山，比如CPU，文件系統(tǒng)咏闪，網(wǎng)絡(luò)等等這些是沒(méi)有結(jié)構(gòu)的曙搬，分配結(jié)構(gòu)主要就是把有結(jié)構(gòu)的軟件元素映射到外部環(huán)境中。
  • 分配視圖幫助我們回答以下問(wèn)題：
    • 軟件元素主要運(yùn)行在什么處理器上鸽嫂？
    • 元素在運(yùn)行構(gòu)建和測(cè)試過(guò)程中存儲(chǔ)在哪個(gè)目錄的哪個(gè)文件里纵装？
    • 軟件元素和開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)之間的關(guān)系

結(jié)構(gòu)作為切入點(diǎn)

每一個(gè)結(jié)構(gòu)都可以推出一些相關(guān)的質(zhì)量屬性，比如:

• 模塊的使用結(jié)構(gòu)据某，反映了模塊之間的相互依賴調(diào)用橡娄，該結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性有很大的影響。
• 并發(fā)結(jié)構(gòu)癣籽，反映了系統(tǒng)內(nèi)部的可并發(fā)性挽唉，該結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)是否會(huì)因?yàn)橘Y源的占有進(jìn)入死鎖狀態(tài)或者出現(xiàn)性能上的瓶頸有很大影響滤祖。
• 部署結(jié)構(gòu)，對(duì)最終的系統(tǒng)的性能瓶籽，可用性和安全性有很大影響匠童。

每一個(gè)結(jié)構(gòu)都給架構(gòu)提供了一個(gè)不同的設(shè)計(jì)切入點(diǎn)，所以合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以讓系統(tǒng)擁有相應(yīng)的好的屬性塑顺。

一些有用的模塊結(jié)構(gòu)

• 分解結(jié)構(gòu)(Decomposition structure)
  • 模塊之間是' is-a-submodule-of '的關(guān)系汤求，也就是模塊一直被分解直到最容易被理解為止，這些結(jié)構(gòu)中的模塊在開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候是相同的严拒，隨著架構(gòu)師列舉出軟件應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能扬绪，就會(huì)把這些功能分配給不同的模塊來(lái)滿足后序的設(shè)計(jì)和最終的實(shí)現(xiàn)。模塊會(huì)有相應(yīng)的產(chǎn)出裤唠，如結(jié)構(gòu)挤牛，代碼，測(cè)試計(jì)劃等等巧骚。結(jié)構(gòu)模型通過(guò)把可能出現(xiàn)的改變局部話來(lái)保證了系統(tǒng)的可修改性赊颠，變更只會(huì)在一小部分的模型中出現(xiàn)格二。這個(gè)結(jié)構(gòu)通常被用于開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分劈彪，包括文檔的架構(gòu)，項(xiàng)目的集成和測(cè)試方案顶猜。分解結(jié)構(gòu)中繼續(xù)細(xì)化的單元被稱為"片段"或者"子系統(tǒng)"沧奴。
• 使用結(jié)構(gòu)(use structure)
  • 在這個(gè)重要但是經(jīng)常被忽視的結(jié)構(gòu)中，單元同樣表示模塊或者是類长窄，單元之間用通過(guò)使用關(guān)系連接滔吠，使用關(guān)系是對(duì)依賴關(guān)系的一種特化。一個(gè)軟件單元需要調(diào)用另一個(gè)軟件單元的某一個(gè)函數(shù)挠日，來(lái)達(dá)到自己的功能目標(biāo)疮绷。使用結(jié)構(gòu)由于可以使系統(tǒng)被擴(kuò)展和添加功能或者提取系統(tǒng)有用的核心功能，通常被用于那些工程系統(tǒng)嚣潜。
• 層結(jié)構(gòu)(layer structure)
  • 在這個(gè)結(jié)構(gòu)中冬骚，模塊被稱為層，一個(gè)層可以被視為一個(gè)通過(guò)一個(gè)接口提供的一系列緊密結(jié)合的服務(wù)的虛擬機(jī)懂算。層與層之間的調(diào)用是有嚴(yán)格的規(guī)定的只冻，一個(gè)層只允許使用和它鄰接且在它下面的那個(gè)層。層結(jié)構(gòu)可以增加系統(tǒng)的可移植性和跨平臺(tái)的能力计技。
• 類/泛化結(jié)構(gòu)(Class/generalization structure)
  • 在這個(gè)結(jié)構(gòu)中的模塊單元被稱為是類喜德，模塊之間的關(guān)系可以是繼承或者實(shí)例化。這個(gè)視圖產(chǎn)生一系列具有相近行為或者能力和參數(shù)的不同的單元垮媒，類結(jié)構(gòu)允許一個(gè)單元去重用另一單元或者在原來(lái)單元的基礎(chǔ)上增加功能舍悯，如果存在關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目的某個(gè)文檔是按照面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)的航棱，那么大多數(shù)都是類結(jié)構(gòu)。
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
  • 數(shù)據(jù)模型用術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)實(shí)體和它們之間的關(guān)系描述了靜態(tài)的信息結(jié)構(gòu)萌衬，比如丧诺，有些關(guān)系可能會(huì)強(qiáng)制規(guī)定一個(gè)客戶必須擁有一個(gè)以上的賬戶等等。

一些有用的C&C結(jié)構(gòu)

組件－連接件結(jié)構(gòu)反映了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)視圖奄薇，在這些結(jié)構(gòu)中驳阎，上述的模塊都被編譯為可執(zhí)行的形式，所有的組件－連接件結(jié)構(gòu)和基于模塊的結(jié)構(gòu)是正交關(guān)系并用于處理正在運(yùn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)層面馁蒂。組件－連接件間的關(guān)系顯示了組件和連接件是如何切合在一起的呵晚，這個(gè)關(guān)系被稱為附件(attachment)，連接件可以只是最普通的結(jié)構(gòu)比如'調(diào)用'沫屡，有用的C&C結(jié)構(gòu)包括以下：

• 服務(wù)結(jié)構(gòu)(Service structure)
  • 結(jié)構(gòu)中的單元被稱為是服務(wù)饵隙，這些服務(wù)通過(guò)服務(wù)協(xié)的機(jī)制比如SOAP進(jìn)行交互操作。服務(wù)結(jié)構(gòu)是一種很重要的結(jié)構(gòu)沮脖，它使得我們可以異步或者獨(dú)立的對(duì)組件進(jìn)行開(kāi)發(fā)金矛。
• 并發(fā)結(jié)構(gòu)(Concurrency structure)
  • 對(duì)于這個(gè)組件－連接件結(jié)構(gòu)可以使架構(gòu)師確定并發(fā)的幾率并且明確可能發(fā)生資源沖突的地方。該結(jié)構(gòu)中的單元稱為組件勺届，連接件是組件間的溝通機(jī)制驶俊，組件按照一定的規(guī)則被整理在不同的邏輯線程(logical thread)中，一個(gè)邏輯線程是一系列的計(jì)算過(guò)程并且在后續(xù)的設(shè)計(jì)過(guò)程中該邏輯線程可以被分配到單獨(dú)一個(gè)物理線程中免姿，并發(fā)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程的初期被使用饼酿，用于發(fā)現(xiàn)和識(shí)別并發(fā)執(zhí)行中的需求。

一些有用的分配結(jié)構(gòu)

分配結(jié)構(gòu)定義了那些屬于C&C結(jié)構(gòu)和模塊結(jié)構(gòu)的元素怎樣映射到非軟件的事物上，比如硬件，團(tuán)隊(duì)鹿驼，文件系統(tǒng)等，有用的分配結(jié)構(gòu)包括：

• 部署結(jié)構(gòu)(Deployment structure)
  • 部署結(jié)構(gòu)展示了軟件是如何被分配到硬件進(jìn)程和通信部件上的药版，該結(jié)構(gòu)中的元素包括軟件元素(通常是組件－連接件中的一個(gè)進(jìn)程)，硬件實(shí)體喻犁，和通信連接槽片，元素間的關(guān)系是 allocated-to，表明了軟件元素處于哪一個(gè)物理單元之上并且如果分配是動(dòng)態(tài)的還包括 migrates-to 的關(guān)系株汉，這個(gè)結(jié)構(gòu)可以被用于解釋性能筐乳，數(shù)據(jù)集成，安全和可用性乔妈，在分布式和并行式系統(tǒng)中非常有用蝙云。
• 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)(Implementation structure)
  • 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)展示了軟件元素(通常是模塊)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，集成或者配置控制環(huán)境中是如何映射到文件結(jié)構(gòu)中的路召，這對(duì)開(kāi)發(fā)和構(gòu)建過(guò)程的管理來(lái)說(shuō)非常重要勃刨。
• 工作分配結(jié)構(gòu)(Work assignment structure)
  • 工作分配結(jié)構(gòu)把實(shí)現(xiàn)和集成模塊的任務(wù)以團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行分配波材，有了結(jié)構(gòu)分配圖使得誰(shuí)做什么工作變的清晰，同時(shí)架構(gòu)師知道每一個(gè)團(tuán)隊(duì)的專長(zhǎng)身隐，在大型的多參與者的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中廷区，工作分配結(jié)構(gòu)通常是將功能單元只分配給一個(gè)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)，其它需要開(kāi)發(fā)相同功能的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行功能的調(diào)用即可贾铝，而不是讓每一個(gè)需要該功能的團(tuán)隊(duì)把它都開(kāi)發(fā)一遍隙轻，這個(gè)結(jié)構(gòu)同樣規(guī)定可團(tuán)隊(duì)之間的溝通方式，比如垢揩，郵件...

將結(jié)構(gòu)互相之間進(jìn)行聯(lián)系

每一個(gè)結(jié)構(gòu)都提供了一種不同的設(shè)計(jì)和處理系統(tǒng)的觀點(diǎn)玖绿，并且從每一個(gè)結(jié)構(gòu)自身出發(fā)它們都是有用且有效的，盡管每一個(gè)結(jié)構(gòu)都分別對(duì)應(yīng)了系統(tǒng)的不同方面叁巨，但是這些結(jié)構(gòu)本身并不是孤立的斑匪。某一個(gè)結(jié)構(gòu)中的元素可能會(huì)和其它結(jié)構(gòu)中的元素相聯(lián)系，所以我們需要對(duì)這些聯(lián)系作相應(yīng)的解釋锋勺，比如蚀瘸，在分解結(jié)構(gòu)中的一個(gè)模塊可能會(huì)被解釋為一個(gè)組件-連接件，一個(gè)組件-連接件中的一部分庶橱，或者是一個(gè)組件-連接件中的一些組件贮勃，這些反應(yīng)了系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的自我改變的能力，總的來(lái)說(shuō)悬包，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的映射是多對(duì)多的衙猪。

如圖1.2所示是一個(gè)有關(guān)兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間是怎樣進(jìn)行聯(lián)系的簡(jiǎn)單的例子，圖的左邊顯示了一個(gè)小型CS系統(tǒng)的模塊分解圖(module decomposition view)布近，在這個(gè)系統(tǒng)中，有兩個(gè)模塊必須被實(shí)現(xiàn)丝格，分別是客戶端軟件和服務(wù)器端軟件撑瞧，圖的右邊顯示了這個(gè)CS架構(gòu)系統(tǒng)的組件－連接件的視圖，從圖中也可以看出在運(yùn)行過(guò)程中有十個(gè)客戶端和服務(wù)器相連接显蝌，所以這個(gè)小的CS架構(gòu)的系統(tǒng)有兩個(gè)模塊和十一個(gè)組件(十個(gè)連接件)预伺。

對(duì)CS系統(tǒng)的兩種視圖

雖然在圖中明顯的可以看出在分解結(jié)構(gòu)和CS結(jié)構(gòu)中的元素是非常相似的，但是這兩個(gè)視圖的用途卻不盡相同曼尊，比如酬诀，右邊的視圖可以被用于性能的分析，瓶頸的預(yù)測(cè)和對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的管理骆撇，如果使用左邊的視圖來(lái)做以上事情是十分困難的瞒御。

在個(gè)人的項(xiàng)目中有時(shí)侯會(huì)決定一個(gè)主要的結(jié)構(gòu)，并在有可能的情況下神郊，用該主要結(jié)構(gòu)來(lái)描述其它結(jié)構(gòu)肴裙，通常將主要結(jié)構(gòu)規(guī)定為模塊的分解結(jié)構(gòu)趾唱，這樣做是因?yàn)槟K的分解結(jié)構(gòu)跟有利于衍生出整個(gè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榉纸饨Y(jié)構(gòu)反映了開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的結(jié)構(gòu)蜻懦，在有些其他項(xiàng)目中甜癞，主要的結(jié)構(gòu)也可能是C&C結(jié)構(gòu)，用來(lái)顯示系統(tǒng)的功能或者實(shí)現(xiàn)的主要質(zhì)量屬性宛乃。

越少越好

不是所有的系統(tǒng)都需要考慮許多的架構(gòu)結(jié)構(gòu)悠咱，系統(tǒng)越龐大，結(jié)構(gòu)間顯著的差異就比較多征炼，但對(duì)于小系統(tǒng)來(lái)說(shuō)乔煞，結(jié)構(gòu)的數(shù)量是相對(duì)比較少的，通常只是處理一個(gè)組件-連接件結(jié)構(gòu)柒室。如果在小系統(tǒng)中只有一個(gè)進(jìn)程渡贾，那么進(jìn)程結(jié)構(gòu)就可以相應(yīng)的退化為一個(gè)節(jié)點(diǎn)并且不需要明確的表示在設(shè)計(jì)中。如果小系統(tǒng)只是基于一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)雄右，那么對(duì)應(yīng)的部署結(jié)構(gòu)也不需要被考慮空骚。總的來(lái)說(shuō)擂仍，當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)給開(kāi)發(fā)過(guò)程帶來(lái)好處囤屹，比如簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)或者維持開(kāi)銷時(shí)，該結(jié)構(gòu)才會(huì)被設(shè)計(jì)并記錄逢渔。

選擇哪一個(gè)結(jié)構(gòu)

我們已經(jīng)對(duì)許多有用的結(jié)構(gòu)架構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單明確的描述肋坚，但是在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)該選擇哪一個(gè)架構(gòu)肃廓，哪一個(gè)架構(gòu)應(yīng)該被記錄智厌，當(dāng)然不是所有的，對(duì)于現(xiàn)在來(lái)說(shuō)盲赊，只是根據(jù)架構(gòu)的可用性和對(duì)系統(tǒng)重要質(zhì)量屬性的影響進(jìn)行選擇铣鹏，再挑選出一個(gè)表現(xiàn)最好的架構(gòu)進(jìn)行使用。