系统架构设计基础知识

第7章 系统架构设计基础知识

⚠️ 本章是考试最核心章节，案例第1题必考，论文高频

核心知识点

1. 软件架构概述

• 定义：软件系统的高层抽象，定义了系统的组织结构、组成元素及其交互关系
• 作用：
  • 风险承担者之间的沟通工具
  • 早期设计决策的体现
  • 可传递和可复用的模型
• 架构 ≠ 设计：架构是系统级高层结构，设计是具体实现

2. 架构风格分类（必考核心）

2.1 数据流风格

• 管道-过滤器：
  • 特点：数据在管道中传输，每个过滤器独立处理数据
  • 优点：高内聚低耦合、可复用
  • 缺点：不适合交互式应用、共享数据困难
  • 考试关键词：过滤器（处理数据的节点）、管道（数据传输通道）
• 批处理序列：
  • 每个处理步骤独立，整体顺序执行
• 特点：数据在组件间流动，每个组件对数据进行增量处理

2.2 调用/返回风格

• 主程序/子程序：最经典，层次化调用
• 面向对象风格：封装、继承、多态
• 层次架构（分层系统）：
  • 每层为上层提供服务，使用下层服务
  • 优点：可替换、标准化
  • 缺点：性能损失（跨层调用）
  • 典型：三层C/S（表示层在客户机）、MVC

2.3 独立构件风格

• 进程通信：独立进程通过消息传递通信
• 事件驱动系统：
  • 隐式调用：组件不直接调用，通过事件触发
  • 优点：松耦合、可扩展
  • 缺点：难以推理系统行为
  • 典型：发布-订阅模式

2.4 虚拟机风格

• 解释器：
  • 四大组件：被解释的程序、控制组件（解释引擎）、内存/状态、用户界面
  • 适用：需要灵活解释执行的场景（如训练平台、规则引擎）
  • 2024上、2025上连续两年案例第1题考此风格
• 规则系统：基于规则的推理

2.5 以数据为中心风格（仓库风格）

• 数据库系统：以中央数据仓库为中心
• 黑板系统：
  • 三大组件：知识源、黑板（共享数据结构）、控制器
  • 属于以数据为中心风格的子风格
  • 适用：信号处理、模式识别
• 超文本系统：以文档为中心

2.6 闭环控制风格

• 过程控制：持续监控和调节

3. 架构风格对比（案例常考）

| 风格 | 数据处理 | 组件关系 | 适用场景 | |------|---------|---------|---------| | 管道-过滤器 | 流式数据 | 单向流动 | 编译器、数据处理 | | 调用/返回 | 请求-响应 | 层次调用 | 企业应用、MIS | | 独立构件 | 事件驱动 | 松耦合 | GUI、实时系统 | | 解释器 | 动态执行 | 引擎驱动 | 脚本引擎、规则引擎 | | 黑板 | 共享数据 | 知识源协作 | 信号处理、AI | | 层次架构 | 分层调用 | 上下层依赖 | Web应用 |

4. 架构描述语言ADL

• 三大要素：构件、连接件、架构配置
• 常见ADL：UniCon、Rapide、Darwin、Wright
• 考试角度：选择题常考哪些属于ADL

5. 4+1视图

• 逻辑视图：系统功能（面向最终用户）
• 开发视图：程序组织（面向程序员）
• 进程视图：并发和同步（面向系统集成者）
• 物理视图：系统部署（面向系统工程师）
• +1 场景视图：用例场景（统一四个视图）
• ⚠️ 不包含测试视图（2024上考）

6. 特定领域软件架构DSSA

• 三个基本活动：
  1. 领域分析：获得领域模型（目标）
  2. 领域设计：获得DSSA
  3. 领域实现：开发和组织可复用构件
• 三个层次：领域开发环境→领域特定应用开发环境→应用执行环境
• 参与人员：领域专家、领域分析师、领域设计人员、领域实现人员
• 考试角度：选择题常考"领域分析阶段的主要目标"

7. 基于架构的软件开发ABSD

• 核心：架构驱动，由商业、质量、功能需求组合驱动
• 六个步骤：架构需求→架构设计→文档化→复审→实现→演化
• 架构需求：来自系统质量目标、系统功能、商业目标、开发组织需求

8. 构件与中间件

• 构件特征：
  • 可组装型（通过公开接口交互）
  • 可部署性（二进制形式，自包含）
  • 文档化
  • 独立性
• 构件组装方式：连接、包含、扩展（不含循环）
• 操作完备性：提供接口是请求接口子集→操作不完备
• 中间件：位于操作系统之上，屏蔽底层差异
  • 分类：消息中间件、交易中间件（OLTP）、对象中间件（CORBA/DCOM）、数据库中间件

9. MVC架构

• Model：数据和业务逻辑
• View：用户界面展示
• Controller：接收请求、调用Model、选择View
• 优点：解耦、多视图、可维护
• 常与三层架构对比：MVC关注表示层，三层架构关注整个系统

10. ESB企业服务总线

• 核心功能：消息路由、协议转换、数据转换、服务注册发现、安全控制、监控管理、负载均衡
• 特点：松耦合、标准化接口、动态路由
• 2023下案例第1题考ESB

真题考点映射

| 真题 | 考点 | 章节 | |------|------|------| | 2024上选择题第25题 | 数据流风格特点（管道传输） | 07-架构设计 | | 2024上选择题第26题 | 管道-过滤器处理节点（过滤器） | 07-架构设计 | | 2024上选择题第27题 | 黑板属于以数据为中心风格 | 07-架构设计 | | 2024上选择题第29题 | 最早文档化的架构分析方法SAAM | 07-架构设计 | | 2024上选择题第30题 | ADL（UniCon/Rapide/Darwin/Wright） | 07-架构设计 | | 2024上选择题第31题 | 4+1视图不包含测试视图 | 07-架构设计 | | 2024上选择题第37题 | 构件可配置 | 07-架构设计 | | 2024上选择题第39题 | 构件组装不含循环 | 07-架构设计 | | 2024上选择题第40题 | 操作不完备 | 07-架构设计 | | 2024上选择题第59题 | DSSA领域分析→领域模型 | 07-架构设计 | | 2024上案例题一 | 解释器风格+质量属性识别 | 07-架构设计 | | 2025上案例题一 | 解释器风格+质量属性识别 | 07-架构设计 | | 2023下案例题一 | ESB企业服务总线 | 07-架构设计 | | 2024下案例题一 | 架构风格+质量属性 | 07-架构设计 |

易错点/陷阱

• 黑板系统属于以数据为中心风格，不是独立构件风格
• 4+1视图不包含测试视图——经典陷阱
• 构件组装方式不含"循环"
• 管道-过滤器中处理数据的节点叫过滤器，不是处理器
• 解释器风格的四大组件要能画出来（2024/2025连续考）
• SAAM是最早形成文档并广泛使用的架构分析方法，ATAM关注4种质量属性

记忆口诀

• 架构风格分类：数调独虚仓闭（数据流、调用返回、独立构件、虚拟机、仓库、闭环）
• 4+1视图：逻开进物+场景（逻辑、开发、进程、物理+场景）
• DSSA三活动：分设实（领域分析→领域设计→领域实现）
• 解释器四组件：程序、引擎、状态、界面
• ADL三要素：构连配（构件、连接件、架构配置）