软件体系结构

1. 软件体系结构概述

1.1 定义

软件体系结构是系统的组织结构，包括软件组件、组件间的关系以及指导系统设计和演化的原则。

1.2 架构与设计

2. 架构风格

2.1 数据流风格

管道-过滤器：

数据源 → 过滤器1 → 过滤器2 → 过滤器3 → 数据汇

特点：数据驱动，松耦合，可重用。示例：Unix 管道、ETL。

批处理：

输入文件 → 处理步骤1 → 处理步骤2 → 输出文件

特点：步骤间完全解耦，延迟高。

2.2 调用/返回风格

主程序-子程序：传统结构化设计。

面向对象：封装、继承、多态。

层次结构：

表示层 → 业务层 → 持久层 → 数据库

特点：每层只依赖下层，可替换层实现。

2.3 独立组件风格

进程通信：独立进程通过消息传递协作。

事件驱动：

事件源 → 事件总线 → 事件处理器1
                   → 事件处理器2

特点：松耦合，可扩展，但流程不直观。

2.4 仓库风格

数据库系统：共享数据为中心。

黑板系统：

知识源1 ──→ 黑板 ←── 知识源2
              ↕
           控制器

特点：适用于不确定求解策略的问题（如语音识别）。

2.5 现代架构风格

微服务：

• 每个服务独立部署
• 通过 API 通信
• 去中心化数据管理

事件溯源：

• 所有状态变更以事件形式存储
• 当前状态通过重放事件计算
• 天然审计日志

CQRS：

• 命令（写）和查询（读）分离
• 可独立优化读写性能

六边形架构（端口与适配器）：

外部系统 ←→ 适配器 ←→ 端口 ←→ 应用核心 ←→ 端口 ←→ 适配器 ←→ 数据库

核心业务逻辑不依赖任何外部技术。

3. 质量属性

3.1 运行时质量属性

3.2 开发时质量属性

3.3 质量属性场景

描述质量需求的标准化方式：

刺激源 → 刺激 → 环境 → 制品 → 响应 → 响应度量

示例（性能）：

用户 → 请求 → 正常负载 → 系统 → 响应 → < 200ms

4. 架构评估

4.1 ATAM 方法

架构权衡分析方法（Architecture Tradeoff Analysis Method）：

1. 介绍 ATAM
2. 介绍业务驱动
3. 介绍架构
4. 识别架构方法
5. 生成质量属性效用树
6. 分析架构方法
7. 头脑风暴和优先级排序场景
8. 分析架构方法
9. 报告结果

4.2 效用树

效用
├── 性能
│   ├── 场景P1: 峰值负载响应时间 < 500ms (高)
│   └── 场景P2: 平均响应时间 < 100ms (中)
├── 可用性
│   ├── 场景A1: 单节点故障不影响服务 (高)
│   └── 场景A2: 数据零丢失 (高)
├── 可修改性
│   └── 场景M1: 新增支付方式 < 2人周 (中)
└── 安全性
    └── 场景S1: 抵御SQL注入 (高)

4.3 权衡点与敏感点

敏感点：影响某个质量属性的关键架构决策。

权衡点：影响多个质量属性的架构决策（可能互相矛盾）。

示例：加密强度 ↑ → 安全性 ↑ 但 性能 ↓

5. 架构文档化

5.1 视图类型

5.2 4+1 视图模型

逻辑视图（功能需求）
开发视图（程序员视角）
进程视图（并发/同步）  ← 场景 →
物理视图（部署视角）

5.3 C4 模型

6. 架构模式与反模式

6.1 常见反模式

6.2 康威定律

“设计系统的组织，其产生的设计等同于组织的沟通结构。”

逆康威实验：通过调整团队结构来驱动期望的架构。