软件体系结构

课程设计(综合实验)报告

( 2015 -- 2016 年度第二学期)

名称：课程设计

题目：软件体系结构设计与分析院系：计算机系

班级：

学号：

学生姓名：（你的签名）

指导教师：王晓辉廖尔崇

设计周数：（1周）

成绩：

日期：2016年6月19 日

一、课程设计(综合实验)的目的与要求

软件体系结构是软件工程专业的专业必修课。软件体系结构是软件工程方法学的一个分支，开设本课程的目的是使学生在了解了软件工程基础原理、方法、过程的基础上进一步掌握软件结构设计的基本理论和方法，培养设计软件结构的基本能力。本课程的基本内容包括软件体系结构的基本概念、发展现状、软件体系结构风格、传统的软件体系结构、现代软件体系结构等。

本课程实验的目标是培养学生的基础编程能力，其培养目标是程序员；软件工程课程使学生上升到软件系统的认识，其培养目标是软件工程师。本课程教学内容属于软件工程的概要设计阶段的方法学，其培养目标是软件架构师。

要求完成实验指导书的实验一~实验五（验证性实验），实验九~实验十一（设计综合性实验）。

二、设计（实验）正文

实验一经典软件体系结构风格(一)

1.管道过滤器风格

（1）概念：管道-过滤器模式的体系结构是面向数据流的软件体系结构。它最典型的应用是在编译系统。一个普通的编译系统包括词法分析器,语法分析器,语义分析与中间代码生成器,优化器,目标代码生成器等一系列对源程序进行处理的过程。人们可以将编译系统看作一系列过滤器的连接体,按照管道-过滤器的体系结构进行设计。此外,这种体系结构在其它一些领域也有广泛的应用。因此它成为软件工程和软件开发中的一个突出的研究领域。

（2

（3）流程图

2.数据抽象和面向对象软件体系结构（体验继承结构）

(1)概念：面向对象编程是一种计算机编程架构。OOP的一条基本原则是计算机程序是由单个能够起到子程序作用的单元或对象组合而成。OOP 达到了软件工程的三个主要目标：重用性、灵活性和扩展性。为了实现整体运算，每个对象都能够接收信息、处理数据和向其它对象发送信息。

(2)体系结构模型：

(3)流程图

本例定义了一个抽象类Graph，并在其中定义了一个抽象的计算面积的函数Area()，通过子类中的具体图像以及数据来计算。

实验二经典软件体系结构风格(二)

1.基于事件的隐式调用风格

概念：基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事件。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册，当一个事件被触发，系统自动调用在这个事件中注册的所有过程，这样，一个事件的触发就导致了另一模块中的过程的调用。

从体系结构上说，这种风格的构件是一些模块，这些模块既可以是一些过程，又可以是一些事件的集合。过程可以用通用的方式调用，也可以在系统事件中注册一些过程，当发生这些事件时，过程被调用。

基于事件的隐式调用风格的主要特点是事件的触发者并不知道哪些构件会被这些事件影响。这样不能假定构件的处理顺序，甚至不知道哪些过程会被调用，因此，许多隐式调用的系统也包含显式调用作为构件交互的补充形式。

优点：（1）为软件重用提供了强大的支持。当需要将一个构件加入现存系统中时，只需将它注册到系统的事件中。

（2）为改进系统带来了方便。当用一个构件代替另一个构件时，不会影响到其它构件的接口。

隐式调用系统的主要缺点有：

（1）构件放弃了对系统计算的控制。一个构件触发一个事件时，不能确定其它构件是否会响应它。而且即使它知道事件注册了哪些构件的构成，它也不能保证这些过程被调用的顺序。

（2）数据交换的问题。有时数据可被一个事件传递，但另一些情况下，基于事件的系统必须依靠一个共享的仓库进行交互。在这些情况下，全局性能和资源管理便成了问题。

（3）既然过程的语义必须依赖于被触发事件的上下文约束，关于正确性的推理存在问题。

流程图：

按钮与动作事件是常用控制组件的事件，利用btn.addActionListener()函数将监听器注册给了按钮，并通过actionPerformed()函数判断事件是否是点击按钮触发并产生相应的响应，该函数会遍历注册到按钮监听器集中的所有对象并回调方法产生相应的响应。

2.层次软件体系结构

（1）概念：层次结构是一种操作系统的组织结构，其提供了一种隔离操作系统各层功能的模型，是根据信息的类型、级别、优先级等划分并按照特定的

规则排列的一群硬件或软件项目。最大特点就是将一个大型复杂的系统分

解成若干单向依赖的层次，即每一层都提供一组功能且这些功能只依赖该

层以内的的各层。

（2）体系结构：

说明：每层之间都是有相应的过程调用，而且每层之中也有对应的构件

实验四 MVC风格

（1）概念：MVC全名是Model View Controller，是模型(model)－视图(view)－控制器(controller)的缩写，一种软件设计典范，用一种业务逻辑、数据、界面显示分离的方法组织代码，将业务逻辑聚集到一个部件里面，在改进和个性化定制界面及用户交互的同时，不需要重新编写业务逻辑。MVC被独特的发展起来用于映射传统的输入、处理和输出功能在一个逻辑的图形化用户界面的结构中。

（2）上机流程：本实验需要自行添加CarFiles和CarImages文件夹并向其中添加所需的文件，然后才能运行（用myeclipse）。然后是修改了部分代码（流程图下面）

( 3 ) 运行流程

实验九 C2模式

1.概念:C2体系结构风格可以概括为：通过连接件绑定在一起的按照一组规则运作的并行

构件网络。C2风格中的系统组织规则如下：

（1）系统中的构件和连接件都有一个顶部和一个底部；

（2）构件的顶部应连接到某连接件的底部，构件的底部则应连接到某连接件的顶部，而构件与构件之间的直接连接是不允许的；

（3）一个连接件可以和任意数目的其它构件和连接件连接；

（4）当两个连接件进行直接连接时，必须由其中一个的底部到另一个的顶部。

2.特点：C2风格是最常用的一种软件体系结构风格。从C2风格的组织规则和结构图中，我们可以得出，C2风格具有以下特点：

（1）系统中的构件可实现应用需求，并能将任意复杂度的功能封装在一起；

（2）所有构件之间的通讯是通过以连接件为中介的异步消息交换机制来实现的；

（3）构件相对独立，构件之间依赖性较少。系统中不存在某些构件将在同一地址空间内执行，或某些构件共享特定控制线程之类的相关性假设。

3.C2的体系结构:

4.程序类图：

5.说明：编写了一个类，能够直接计算表达式，并能够将计算结果直接发送给cal，并显示出来。

实验十黑盒模型

1.概念：黑盒模型即仓库风格，在仓库风格中，有两种不同的构件：中央数据结构说明当前状态，独立构件在中央数据存贮上执行，仓库与外构件间的相互作用在系统中会有大的变化。

控制原则的选取产生两个主要的子类。若输入流中某类时间触发进程执行的选择，则仓库是一传统型数据库；另一方面，若中央数据结构的当前状态触发进程执行的选择，则仓库是一黑板系统。

黑板系统主要由三部分组成：

（1）知识源。知识源中包含独立的、与应用程序相关的知识，知识源之间不直接进行通讯，它们之间的交互只通过黑板来完成。

（2）黑板数据结构。黑板数据是按照与应用程序相关的层次来组织的解决问题的数据，知识源通过不断地改变黑板数据来解决问题。

（3）控制。控制完全由黑板的状态驱动，黑板状态的改变决定使用的特定知识。

2.依赖关系图：

3.小车行走路线函数代码：

public void makeNextWorkItem()

{

count++;

if (count < MAX_STEP)

{

// 控制单独一个汽车前进

//wm.AddANewWork(new WorkItem(1,

random.Next(10),0/*random.Next(30)*/));

if (wm.cars.Count != 0)

{

if (wm.cars[0].x >= 600 - a * 60 && e == 1)

{

wm.AddANewWork(new WorkItem(1, 0, 0.5 *

Math.PI));

a++;

e++;

}

else if (wm.cars[0].y >= 600 - b * 60 && e == 2)

{

wm.AddANewWork(new WorkItem(1, 0, 0.5 *

Math.PI));

b++;

e++;

}

else if (wm.cars[0].x <= c * 60 && e == 3)

{

wm.AddANewWork(new WorkItem(1, 0, 0.5 *

Math.PI));

c++;

e++;

}

else if (wm.cars[0].y <= d * 60 && e == 4)

{

wm.AddANewWork(new WorkItem(1, 0, 0.5 *

Math.PI));

d++;

e = 1;

}

else

{

wm.AddANewWork(new WorkItem(1, 0, 0));

}

4.代码分析：一开始小车的坐标为（0，0），小车的加速度为0，改变小车方向的函

数与小车的坐标有关，即wm.cars[0].x >= 600 - a * 60 等，小车的方向变量为e，

每次当e变化时他的行走方向就改变0.5*π，即wm.AddANewWork(new

WorkItem(1, 0, 0.5 * Math.PI))，并且每次改变方向，他改变方向前所行走距离都会减少60，这样逐渐缩小他探索路线的圈的范围，最终探索全部区域。

实验十一 SOA模式

1.概念：面向服务的体系结构（SOA）是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。服务层是SOA的基础，可以直接被应用调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。

2.优势：对SOA 的需要来源于需要使业务IT 系统变得更加灵活，以适应业务中的改变。通过允许强定义的关系和依然灵活的特定实现，IT 系统既可以利用现有系统的功能，又可以准备在以后做一些改变来满足它们之间交互的需要。

3.特征：SOA的实施具有几个鲜明的基本特征。实施SOA的关键目标是实现企业IT 资产的最大化作用。要实现这一目标，就要在实施SOA的过程中牢记以下特征：可从企业外部访问，随时可用，粗粒度的服务接口分级，松散耦合可重用的服务，服务接口设计管理，标准化的服务接口，支持各种消息模式，精确定义的服务契约。

5.程序结构：

三、课程设计（综合实验）总结或结论

通过本次实验，我对于软件体系结构的理解进一步加深，同时也了解到自己与其他人之间的差距，非常感谢实验过程中老师的悉心教导，让我能够完成这次实验设计，下面请允许我具体说一下本次实验的收获。

实验一~五是验证性实验，由此我对于他们所对应的各种风格都有了进一步的理解，尤其是管道过滤器风格和MVC风格，管道过滤器风格让我理解了信息发送与接收的基础应用，这对于以后的发展应该很有帮助，MVC风格的程序则是观察时间最长的程序，让我理解个多个用户界面的各种联系以及对于信息的获取和文件路径的获取都有新的理解，而且不仅仅是对于程序的理解，这个验证性实验也让我明白了指导书给的代码不一定是正确的，要通过自己的仔细观察以及程序的错误提示来找出错误，可以说收益很大。

实验九，C2风格这里并不是很清楚，不过通过同学的协助总算是完成了这个实验，各种类之间的关系也比较复杂在王老师所给的demo中给cal类新增加了多个三元式，并增加了analysis类来进行代码的复用。

实验十是黑盒测试，风格为仓库，这个实验主要还是体现在小车行进路线的策划上，初始化小车，然后通过定义多个变量，来改变小车的每段的行进路程和小车的行进方向，最终探索完全部黑色区域，同学们的方法很多，我也是与其他同学共同完成了这次实验，通过本次实验我对于小车坐标的定义以及小车方向的数学函数定义有了更深的理解，还同时复习了VS的使用。

实验十一是SOA风格，即面向服务的体系结构，本次实验是以web服务为例来获取天气信息的，程序比较简单，也看着王老师亲自给同学们演示，理解的还算不错，但是对于C#添加引用这个还是第一次接触，如果不是老师的演示的话恐怕根本做不成功，对于信息的获取也有了新的理解，老师提供给的网站用处也很大，以后应该还会用到。