软考笔记 - 系统设计

2022年5月左右的预测。

架构设计

软件架构 = 软件体系结构

架构在需求与软件设计之间，架构设计就是需求分配，即将满足需求的职责分配到组件上。

五大架构风格	子风格
数据流风格	批处理、管道-过滤器
调用/返回风格	主程序/子程序、面向对象、层次结构
独立构件风格	进程通信、事件驱动系统（隐式调用）
虚拟机风格	解释器、规则系统
仓库风格	数据库系统、黑板系统、超文本系统

基于服务的架构（SOA）

服务是一种为了满足某项业务需求的操作、规则等的逻辑组合，它包含一系列有序活动的交互，为实现用户目标提供支持。多个对象构成构件，多个构件构成服务。服务也可以说是标准化程度很高的构件。

服务与构件的几个比较：

比较方面	服务（构件）	（传统）构件
粒度	粗粒度	细粒度
接口	标准，主要是WSDL	具体API
语言	实现与语言无关	绑定某种特定语言
控制	可以通过构件容器 提供QoS的服务	完全由程序代码 直接控制

SOA经典的应用场景之一是业务的集成。

SOA实现之一：Web Service

flowchart LR
服务请求者 --查找服务--> 服务注册中心
服务提供者 --发布服务--> 服务注册中心
服务请求者 <-.绑定.-> 服务提供者

服务注册中心包含服务描述，服务提供者包含服务描述和服务。

一些在Web Service中常见的协议：

• 发现服务：UDDI
• 描述服务：WSDL
• 消息格式：SOAP、REST

SOA实现之二：企业服务总线（ESB）

ESB在服务请求者和服务提供者之间实现了解耦。企业服务总线提供位置透明性的消息路由和寻址服务，支持多种的消息传递类型，支持多种数据格式及其相互转换。

微服务

微服务属于面向服务架构的一种。特点是：小，专注一件事；轻量通信；松耦合、独立部署。

• 单块架构（Monolithic）：紧耦合，所有功能在一个进程中；扩展时需要基于整个系统扩展
• 微服务架构（Microservice）：松耦合，功能在不同的微服务进程中；基于独立服务，按需扩展

模型驱动架构（MDA）

MDA是形式化方法的一种，起源于分离系统规约和平台实现的思想。Model在这里指客观事物的抽象表示，Architecture在这里指构成系统的部件、连接件及其约束的规约。

MDA的主要目标：可移植性（Portability）、互通性（Interoperability）、可重塑性（Reusability）。

MDA有三种核心模型：

• 平台独立模型（platform independent model, PIM）：高抽象层次、独立于任何实现技术的模型；
• 平台相关模型（platform specific model, PSM）：为某种特定的实现技术量身定做，让你用这种技术中可用的实现构造来描述系统的模型。PIM会变成一个或多个PSM；
• 代码（Code）：用源代码对系统的描述（规约）。每个PSM都将被转换成代码。

系统设计

人机界面设计

• 置于用户控制之下，如允许用户交互可以被中断和撤销
• 减少用户的记忆负担，如界面的视角布局应该基于真实世界的隐喻
• 保持界面的一致性，如在应用内保持一致性

软件设计

包括体系结构设计、接口设计、数据设计和过程设计。

• 体系结构设计：定义软件系统各主要部件之间的关系
• 数据设计：将模型转换成数据结构的定义。好的数据设计将改善程序结构和模块划分，降低过程复杂性。
• 接口设计（人机界面设计）：软件内部、软件和操作系统间以及软件和人之间如何通信。
• 过程设计：系统结构部件转换成软件的过程描述。

结构化设计

结构化设计分为概要设计和详细设计。

• 概要设计（模块外部设计）：功能需求分配给软件模块，确定模块间的调用关系，形成模块结构图
• 详细设计（模块内部设计）：为每个具体任务选择适当的技术手段和处理方法

结构化设计最重要的原则：模块独立，即“高内聚，低耦合“，其他原则还有模块大小适中，多扇入少扇出（在依赖关系上入度多出度少），深度和宽度均不宜过高。

模块的四要素：

• 输入和输出
• 处理功能
• 内部数据（仅供该模块本身引用的数据）
• 程序代码

面向对象的设计

面向对象的设计原则：

• 单一职责原则：设计目的单一的类
• 开放-封闭原则：对扩展开放，对修改封闭
• 李氏（Liskov）替换原则：子类可以替换父类，即泛化
• 依赖倒置原则：要依赖于抽象，而不是具体实现；针对接口编程，不要针对实现编程
• 接口隔离原则：使用多个专门的接口比使用单一的总接口要好
• 组合重用原则：要尽量使用组合，而不是继承关系达到重用目的
• 迪米特 (Demeter）原则（最少知识原则)：一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解

设计模式

• 架构模式：软件设计中的高层决策，例如C/S结构就属于架构模式，架构模式反映了开发软件系统过程中所作的基本设计決策
• 设计模式：主要关注软件系统的设计，与具体的实现语言无关
• 惯用法：是最低层的模式，关注软件系统的设计与实现，实现时通过某种特定的程序设计语言来描述构件与构件之间的关系。每种编程语言都有它自己特定的模式，即语言的惯用法。例如引用-计数就是C++语言中的一种惯用法