典型体系结构模式-软考在线


知识点讲解

典型体系结构模式


知识路径： > 信息化和信息系统 > 信息系统及其技术和开发方法 > 软件工程 > 软件架构（定义、模式、分析与评估） >

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被考频率：中频率

总体答错率： 37%

知识难度系数：

考试要求：熟悉

相关知识点：7个

软件体系结构模式是经过实践证明的、可重复使用的软件架构设计策略，为粗粒度的软件重用提供了可能。它描述了某一特定应用领域中系统的组织方式，反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性。常见的体系结构模式有：

1．管道／过滤器模式

每个构件都有一组输入输出，构件读取输入的数据流，经过内部处理后，产生输出的数据流，该过程主要完成输入流的变换及增量计算。构件称为过滤器，连接器称为数据流传输的管道。管道／过滤器输出的正确性并不依赖于过滤器进行增量计算过程的顺序。管道／过滤器模式如下图所示。

管道／过滤器模式

优点：

.体现了各功能模块的“黑盒”特性及高内聚、低耦合的特点。

.可将整个系统的输入输出行为看成是多个过滤器行为的简单合成。

.支持软件功能模块的重用。

.便于系统维护。新的过滤器可以加到现有系统中，旧的可以由改进的过滤器替换。

.支持某些特定的分析，如吞吐量计算、死锁检测等。

.支持并行操作，每个过滤器可以作为一个单独的任务完成。

缺点：

.通常导致系统处理过程的成批操作。

.需要设计者协调两个相对独立但又存在关系的数据流。

.可能需要每个过滤器自己完成数据解析和合成工作（如加密和解密），从而导致系统性能下降，并增加了过滤器具体实现的复杂性。

2．面向对象模式

面向对象模式建立在数据抽象和面向对象的基础上，将数据的表示方法及其相应操作封装在一个抽象数据类型或对象中。

面向对象模式的典型应用是基于构件的软件开发（CBD）。面向对象模式如下图所示。

面向对象模式

优点：

.高度模块化。

.封装功能实现了数据隐蔽。

.继承性提供了一种实现代码共享的手段。

.提供了系统的灵活性，便于维护及扩充。

缺点：

.对象之间的调用需要知道所调用对象的标识。如果对象的标识发生改变，就必须通知所有调用该对象的对象，否则系统可能无法正常运行。

3．事件驱动模式

事件驱动模式的基本原理是构件并不直接调用过程，而是触发一个或多个事件。系统中的其他构件可以注册相关的事件，触发一个事件时，系统会自动调用注册了该事件的构件过程，即触发事件会导致另一构件中过程的调用。

使用事件驱动模式的典型系统包括各种图形界面工具。

优点：

.支持软件重用，容易实现并发处理。

.具有良好的可扩展性，通过注册可引入新的构件，而不影响现有构件。

.可以简化客户代码。

缺点：

.构件削弱了自身对系统的控制能力。一个构件触发事件时，并不能确定响应该事件的其他构件及各构件的执行顺序。

.不能很好地解决数据交换问题。

.使系统中各构件的逻辑关系变得更加复杂。

4．分层模式

分层模式采用层次化的组织方式，每一层都是为上一层提供服务，并使用下一层提供的功能。这种模式允许将一个复杂问题逐步分层实现。层次模式中每一层最多只影响两层，只要给相邻层提供相同的接口，就允许每层用不同的方法实现，可以充分支持软件复用。

分层模式的典型应用是分层通信协议，如ISO/OSI的七层网络模型。

分层模式如下图所示。

分层模式

优点：

.有助于把复杂的问题按功能分解，使整体设计更为清晰。

.支持系统设计的逐级抽象。

.具有较好的可扩展性。

.支持复用。

缺点：

.层次的划分没有统一的、正确的抽象方法，并且有些系统不容易划分层次。

.层次的个数过多，系统性能可能会下降。

5．知识库模式

知识库模式采用两种不同的构件：中央数据结构构件说明当前状态，独立构件在中央数据存储上执行，中央数据构件与独立的外部构件间相互作用。

两种不同的控制策略：

.基于传统数据库型的知识库模式：输入流触发进程执行的选择。

.基于黑板系统的知识库模式：中央数据结构的当前状态触发进程执行的选择。

黑板系统的典型应用是信号处理领域，如语音和模式识别。如下图所示。

基于黑板系统的知识库模式

黑板系统主要由三部分组成：

.知识源：包含独立的、与应用程序相关的知识，知识源之间不直接进行通信，它们之间的通信通过黑板来完成。

.黑板数据结构：按照与应用程序相关的层次来组织并解决问题的数据，知识源通过不断地改变黑板数据来解决问题。

.控制：完全由黑板的状态驱动，黑板状态的改变决定了需要使用的特定知识。

6．客户端／服务器模式

客户端／服务器（C/S）模式是基于资源不对等，为实现共享而提出的。C/S模式将应用一分为二，服务器（后台）负责数据管理，客户端（前台）完成与用户的交互任务。C/S模式具有强大的数据操作和事务处理能力，易于理解和接受。

C/S模式如下图所示。

C/S模式

优点：

.客户端和服务器分离，允许网络分步操作；二者的开发也可分开同时进行。

.一个服务器可以服务于多个客户端。

缺点：

.客户端与服务器的通信依赖于网络，可能成为整个系统运作的瓶颈；客户端的负荷过重，难以管理大量的客户端，系统的性能受到很大影响。

.如果服务器及其界面定义有改变，则客户端也要做相应改变。

.二层C/S模式采用单一服务器，以局域网为中心，难以扩展至广域网或Internet。

.数据安全性不好。

发展：

C/S模式适用于分布式系统，得到了广泛应用。为了解决客户端的访问问题，发展形成了浏览器／服务器（B/S）模式；为了解决服务器端的问题，发展形成了三层（多层）C/S模式，即多层应用架构。

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