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1、精品PPT课件-第9章软件体系结构与设计模式 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望9.1 软件体系结构的基本概念什么是体系结构什么是体系结构目前还没有一个公认的关于软件体系结构的定义，许多专家目前还没有一个公认的关于软件体系结构的定义，许多专家学者从不同角度对软件体系结构进行了描述。学者从不同角度对软件体系结构进行了描述。Bass、Clements和和Kazman给出了如下定义：给出了如下定义：“一个程序或计算机一个程序或计算机系统的软件体系结构是指系统
2、的软件体系结构是指系统的一个或者多个结构。结构中系统的一个或者多个结构。结构中包括软件的构件、构件的外部可见属性以及它们之间的相互包括软件的构件、构件的外部可见属性以及它们之间的相互关系。外部可见属性则是指软件构件提供的服务、性能、使关系。外部可见属性则是指软件构件提供的服务、性能、使用特性、错误处理、共享资源使用等用特性、错误处理、共享资源使用等。”这一定义强调在任一体系结构表述中这一定义强调在任一体系结构表述中“软件构件软件构件”的角色。的角色。Dewayne Perry和和A1exander Wo1f曾这样定义：曾这样定义：“软软件件体系结构是具有一定形式的结构化元素，即构件的集合，包体
3、系结构是具有一定形式的结构化元素，即构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。处理构件负责对数据进括处理构件、数据构件和连接构件。处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体系结构的行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体系结构的不同部分组合连接起来。不同部分组合连接起来。”这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件。这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件。虽然软件体系结构的定义在变化，但其意图是清晰的。虽然软件体系结构的定义在变化，但其意图是清晰的。体系结构设计是一系列体系结构设计是一系列决策和基本原理的集合决策和基本原理的集合，这些决策的，这些决策的目标
4、在于开发高效的软件体系结构。在体系结构设计中所强目标在于开发高效的软件体系结构。在体系结构设计中所强调的基本原理是系统的可理解性、可维护性和可扩展性。调的基本原理是系统的可理解性、可维护性和可扩展性。9.1 软件体系结构的基本概念1模式模式 软件设计模式是从软件设计过程中总结出来的，是针对软件设计模式是从软件设计过程中总结出来的，是针对特定问题的解决方案。建筑师特定问题的解决方案。建筑师C.Alexander对模式给出的对模式给出的经典定义是：经典定义是：每个模式都描述了一个在我们的环境中不断每个模式都描述了一个在我们的环境中不断出现的问题及该问题解决方案的核心出现的问题及该问题解决方案的核心
5、。在软件系统中，可。在软件系统中，可以将模式划分为以下以将模式划分为以下3类。类。（1）体系结构模式体系结构模式（architectural pattern）：表达了）：表达了软软件系统的基本结构组织形式或者结构方案，包含了一组预件系统的基本结构组织形式或者结构方案，包含了一组预定义的子系统，规定了这些子系统的责任，同时还提供了定义的子系统，规定了这些子系统的责任，同时还提供了用于组织和管理这些子系统的规则和向导。典型的体系结用于组织和管理这些子系统的规则和向导。典型的体系结构模式如构模式如OSI参考模型参考模型。9.1 软件体系结构的基本概念体系结构模式、风格和框架的概念体系结构模式、风格和
6、框架的概念（2）设计模式设计模式（design pattern）：为软件系统的子系）：为软件系统的子系统、构件或者构件之间的关系提供一个精炼之后的解决方统、构件或者构件之间的关系提供一个精炼之后的解决方案，描述了在特定环境下，用于解决通用软件设计问题的案，描述了在特定环境下，用于解决通用软件设计问题的构件以及这些构件相互通信时的各种结构。有代表性的设构件以及这些构件相互通信时的各种结构。有代表性的设计模式是计模式是Erich Gamma及其同事提出的及其同事提出的23种设计模式种设计模式。（3）惯用法惯用法（idiom）：是与编程语言相关的低级模式，）：是与编程语言相关的低级模式，描述如何实现
7、构件的某些功能，或者利用编程语言的特性描述如何实现构件的某些功能，或者利用编程语言的特性来实现构件内部要素之间的通信功能。来实现构件内部要素之间的通信功能。9.1 软件体系结构的基本概念2风格风格 风格是带有一种倾向性的模式。同一个问题可以有不同风格是带有一种倾向性的模式。同一个问题可以有不同的解决问题的方案或模式，但我们根据经验，通常会强烈的解决问题的方案或模式，但我们根据经验，通常会强烈倾向于采用特定的模式，这就是风格。倾向于采用特定的模式，这就是风格。每种风格描述每种风格描述一种系统范畴一种系统范畴，该范畴包括：，该范畴包括：（1）一组构件一组构件（如数据库、计算模块）完成系统需要的某（
8、如数据库、计算模块）完成系统需要的某 种功能；种功能；（2）一组连接件一组连接件，它们能使构件间实现，它们能使构件间实现“通信通信”、“合作合作”和和 “协调协调”；（3）约束约束，定义构件如何集成为一个系统；，定义构件如何集成为一个系统；（4）语义模型语义模型，它能使设计者通过分析系统的构成成分的，它能使设计者通过分析系统的构成成分的 性质来理解系统的整体性质。性质来理解系统的整体性质。9.1 软件体系结构的基本概念 体系结构风格定义了一个系统家族，即体系结构风格定义了一个系统家族，即一个体系结构定一个体系结构定义一个词汇表和一组约束义一个词汇表和一组约束。词汇表中包含一些构件和连接。词汇表
9、中包含一些构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的。体系结构风格反映了领域中众多系统所共有组合起来的。体系结构风格反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效的结构和语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统。地组织成一个完整的系统。对体系结构风格的研究和实践为大粒度的软件复用提供对体系结构风格的研究和实践为大粒度的软件复用提供了可能。了可能。9.1 软件体系结构的基本概念9.1 软件体系结构的基本概念3框架框架 随着应用的发展和完善，某些带有整体性的应用模式被
10、随着应用的发展和完善，某些带有整体性的应用模式被逐渐固定下来，形成特定的框架，包括逐渐固定下来，形成特定的框架，包括基本构成元素基本构成元素和和关关系系。框架框架是特定应用领域问题的体系结构模式，框架定义是特定应用领域问题的体系结构模式，框架定义了基本构成单元和关系后，开发者就可以集中精力解决业了基本构成单元和关系后，开发者就可以集中精力解决业务逻辑问题。务逻辑问题。在组织形式上，框架是一个待实例化的完整系统，定义在组织形式上，框架是一个待实例化的完整系统，定义了软件系统的元素和关系，创建了基本的模块，定义了涉了软件系统的元素和关系，创建了基本的模块，定义了涉及功能更改和扩充的插件位置。典型的
11、框架例子有及功能更改和扩充的插件位置。典型的框架例子有MFC框框架架和和Struts框架框架。体系结构的重要作用体现在以下三个方面体系结构的重要作用体现在以下三个方面：（1）体系结构的表示有助于风险承担者（项目干系）体系结构的表示有助于风险承担者（项目干系 人）进行交流。人）进行交流。（2）体系结构突出了早期设计决策。）体系结构突出了早期设计决策。（3）软件体系结构是可传递和可复用的模型。）软件体系结构是可传递和可复用的模型。9.1 软件体系结构的基本概念体系结构的重要作用体系结构的重要作用当输入数据经过一系列的计算和操作构件的变换形成输出当输入数据经过一系列的计算和操作构件的变换形成输出数据
12、时，可以应用这种体系结构。数据时，可以应用这种体系结构。管道管道/过滤器过滤器、批处理序批处理序列列都属于数据流风格。都属于数据流风格。管道管道/过滤器结构如下图所示。过滤器结构如下图所示。9.2 典型的体系结构风格数据流风格数据流风格 管道管道/过滤器结构过滤器结构 从从上上图图可可看看出出，管管道道/过过滤滤器器结结构构拥拥有有一一组组被被称称为为过过滤滤器器（filter）的的构构件件，这这些些构构件件通通过过管管道道（pipe）连连接接，管管道道将将数数据据从从一一个个构构件件传传送送到到下下一一个个构构件件。每每个个过过滤滤器器独独立立于于其其上上游游和和下下游游的的构构件件而而工工
13、作作，过过滤滤器器的的设设计计要要针针对对某某种形式的数据输入，并且产生某种特定形式的数据输出。种形式的数据输入，并且产生某种特定形式的数据输出。如如果果数数据据流流退退化化成成为为单单线线的的变变换换，则则称称为为批批处处理理序序列列（batch sequential）。这这种种结结构构接接收收一一批批数数据据，然然后后应应用一系列连续的构件（过滤器）变换它。用一系列连续的构件（过滤器）变换它。9.2 典型的体系结构风格管道管道/过滤器风格具有以下过滤器风格具有以下优点优点：（1 1）使得软构件具有良好的隐蔽性和高内聚、低耦合的特）使得软构件具有良好的隐蔽性和高内聚、低耦合的特 点。点。（2
14、 2）允许设计者将整个系统的输入）允许设计者将整个系统的输入/输出行为看成是多个过输出行为看成是多个过 滤器的行为的简单合成。滤器的行为的简单合成。（3 3）支持软件复用。只要提供适合在两个过滤器之间传送）支持软件复用。只要提供适合在两个过滤器之间传送 的数据，任何两个过滤器都可被连接起来。的数据，任何两个过滤器都可被连接起来。（4 4）系统维护和增强系统性能简单。新的过滤器可以添加）系统维护和增强系统性能简单。新的过滤器可以添加 到现有系统中来；旧的可以被改进的过滤器替换掉。到现有系统中来；旧的可以被改进的过滤器替换掉。（5 5）允许对一些如吞吐量、死锁等属性的分析。）允许对一些如吞吐量、死
15、锁等属性的分析。（6 6）支持并行执行。每个过滤器是作为一个单独的任务完）支持并行执行。每个过滤器是作为一个单独的任务完 成，因此可与其他任务并行执行。成，因此可与其他任务并行执行。9.2 典型的体系结构风格管道管道/过滤器风格过滤器风格主要主要缺点缺点如下：如下：（1）通常导致进程成为批处理的结构。这是因为虽然过滤）通常导致进程成为批处理的结构。这是因为虽然过滤器可增量式地处理数据，但它们是独立的，所以设计者必须器可增量式地处理数据，但它们是独立的，所以设计者必须将每个过滤器看成一个完整的从输入到输出的转换。将每个过滤器看成一个完整的从输入到输出的转换。（2）不适合处理交互的应用。当需要增量
16、地显示改变时，）不适合处理交互的应用。当需要增量地显示改变时，这个问题尤为严重。这个问题尤为严重。（3）因为在数据传输上没有通用的标准，每个过滤器都增）因为在数据传输上没有通用的标准，每个过滤器都增加了解析和合成数据的工作，这样就导致了系统性能下降，加了解析和合成数据的工作，这样就导致了系统性能下降，并增加了编写过滤器的复杂性。并增加了编写过滤器的复杂性。9.2 典型的体系结构风格在此类体系结构中，存在以下在此类体系结构中，存在以下3种子风格。种子风格。1主程序主程序/子程序体系结构子程序体系结构 这种传统的程序结构将功能分解为一个控制层次，其这种传统的程序结构将功能分解为一个控制层次，其中中
17、“主主”程序调用一组程序构件，这些程序构件又去调用程序调用一组程序构件，这些程序构件又去调用别别的程序构件，如下图所示。这种结构总体上为树状结的程序构件，如下图所示。这种结构总体上为树状结构，可以在底层存在公共模块。构，可以在底层存在公共模块。9.2 典型的体系结构风格调用调用返回风格返回风格 主程序主程序/子程序体系结构的子程序体系结构的优点优点如下如下:（1）可以使用自顶向下，逐步分解的方法得到体系结构）可以使用自顶向下，逐步分解的方法得到体系结构图，典型的拓扑结构为树状结构。基于定义图，典型的拓扑结构为树状结构。基于定义使用关系对子使用关系对子程序进行分解，使用过程调用作为程序之间的交互
18、机制。程序进行分解，使用过程调用作为程序之间的交互机制。（2）采用程序设计语言支持的单线程控制。）采用程序设计语言支持的单线程控制。其主要其主要缺点缺点如下如下:（1）子程序的正确性难于判断。需要运用层次推理来判断）子程序的正确性难于判断。需要运用层次推理来判断子程序的正确性，因为子程序的正确性取决于它调用的子程子程序的正确性，因为子程序的正确性取决于它调用的子程序的正确性。序的正确性。（2）子系统的结构不清晰。通常可以将多个子程序合成为）子系统的结构不清晰。通常可以将多个子程序合成为模块。模块。9.2 典型的体系结构风格 2面向对象风格面向对象风格 系统的构件封装了数据和必须应用到该数据上的
19、操系统的构件封装了数据和必须应用到该数据上的操作，构件间通过消息传递进行通信与合作。与主程序作，构件间通过消息传递进行通信与合作。与主程序/子程子程序的体系结构相比，面向对象风格中的对象交互会复杂一序的体系结构相比，面向对象风格中的对象交互会复杂一些。面向对象风格与网络应用的需求在分布性、自治性、些。面向对象风格与网络应用的需求在分布性、自治性、协作性、演化性等方面具有内在的一致性。协作性、演化性等方面具有内在的一致性。面向对象风格具有以下面向对象风格具有以下优点优点:（1 1）因为对象对其他对象隐藏它的表示，所以可以改变一）因为对象对其他对象隐藏它的表示，所以可以改变一 个对象的表示，而不影
20、响其他对象。个对象的表示，而不影响其他对象。（2 2）设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互）设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互 的代理程序的集合。的代理程序的集合。9.2 典型的体系结构风格其其缺点缺点如下如下:（1）为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行）为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行 交互，必须知道对象的标识。只要一个对象的标识交互，必须知道对象的标识。只要一个对象的标识 改变了，就必须修改所有其他明确调用它的对象。改变了，就必须修改所有其他明确调用它的对象。（2）必须修改所有显式调用它的其他对象，并消除由此）必须修改所有显式调用它的其他对象，并消
21、除由此 带来的一些副作用。例如，如果带来的一些副作用。例如，如果A使用了对象使用了对象B，C 也使用了对象也使用了对象B，那么，那么，C对对B的使用所造成的对的使用所造成的对A 的影响可能是料想不到的。的影响可能是料想不到的。9.2 典型的体系结构风格3层次结构层次结构 层次结构的基本结构如下图所示。在这种体系结构中，整层次结构的基本结构如下图所示。在这种体系结构中，整个系统被组织成一个分层结构，每一层为上层提供服务，并个系统被组织成一个分层结构，每一层为上层提供服务，并作为下一层的客户。作为下一层的客户。9.2 典型的体系结构风格 这种风格支持基于可增加抽象层的设计。允许将复杂问这种风格支持
22、基于可增加抽象层的设计。允许将复杂问题分解成一个增量步骤序列的实现。由于每一层最多只影响题分解成一个增量步骤序列的实现。由于每一层最多只影响两层，同时只要给相邻层提供相同的接口，允许每层用不同两层，同时只要给相邻层提供相同的接口，允许每层用不同的方法实现，同样为软件复用提供了强大的支持。的方法实现，同样为软件复用提供了强大的支持。层次结构具有以下层次结构具有以下优点优点:（1）支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以把）支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以把 一个复杂系统按递增的步骤进行分解。一个复杂系统按递增的步骤进行分解。（2）支持功能增强，因为每一层至多和相邻的上下层交）支持
23、功能增强，因为每一层至多和相邻的上下层交 互，因此，功能的改变最多影响相邻的内外层。互，因此，功能的改变最多影响相邻的内外层。9.2 典型的体系结构风格（3）支持复用。只要提供的服务接口定义不变，同一层的）支持复用。只要提供的服务接口定义不变，同一层的 不同实现可以交换使用。这样，就可以定义一组标准不同实现可以交换使用。这样，就可以定义一组标准 的接口，从而允许各种不同的实现方法。的接口，从而允许各种不同的实现方法。其其缺点缺点如下如下:（1）并不是每个系统都可以很容易地划分为分层的模式，）并不是每个系统都可以很容易地划分为分层的模式，甚至即使一个系统的逻辑结构是层次化的，出于对系甚至即使一个
24、系统的逻辑结构是层次化的，出于对系 统性能的考虑，系统设计师不得不把一些低级或高级统性能的考虑，系统设计师不得不把一些低级或高级 的功能综合起来。的功能综合起来。（2）很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法。）很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法。9.2 典型的体系结构风格数据库系统数据库系统、超文本系统超文本系统和和黑板系统黑板系统都属于仓库风都属于仓库风格。在这种风格中，数据格。在这种风格中，数据仓库（如文件或数据库）仓库（如文件或数据库）位于这种体系结构的中心，位于这种体系结构的中心，其他构件会经常访问该数其他构件会经常访问该数据仓库，并对仓库中的数据仓库，并对仓库中的数据进行增加、修
25、改或删除据进行增加、修改或删除操作。右图为一个典型的操作。右图为一个典型的仓库风格的体系结构。仓库风格的体系结构。9.2 典型的体系结构风格仓库风格仓库风格 上图中上图中,可把中心存储库变换成可把中心存储库变换成“黑板黑板”，黑板构件负责，黑板构件负责协协调信息在客户间的传递，当用户感兴趣的数据发生变化时，调信息在客户间的传递，当用户感兴趣的数据发生变化时，它将通知客户软件。黑板系统的组成如下图所示。黑板系统它将通知客户软件。黑板系统的组成如下图所示。黑板系统的传统应用是信号处理领域，如语音和模式识别。另一应用的传统应用是信号处理领域，如语音和模式识别。另一应用是松耦合代理数据共享存取。是松耦
26、合代理数据共享存取。9.2 典型的体系结构风格特定的应用还需要特定的体系结构模型。这些体特定的应用还需要特定的体系结构模型。这些体系结构模型称为系结构模型称为领域相关的体系结构领域相关的体系结构。有两种领域相关的体系结构模型：有两种领域相关的体系结构模型：类属模型类属模型（generic model）和）和参考模型参考模型（reference model）。）。9.3 特定领域的软件体系结构 9.3 特定领域的软件体系结构类属模型类属模型 类属模型是从许多实际系统中抽象出来的一般模类属模型是从许多实际系统中抽象出来的一般模型，它封装了这些系统的主要特征。型，它封装了这些系统的主要特征。例如，许
27、多图书馆开发了自己的图书馆馆藏例如，许多图书馆开发了自己的图书馆馆藏/流通流通系统，若把它们的共同功能抽取出来并创建一个让系统，若把它们的共同功能抽取出来并创建一个让所有图书馆都认可的系统体系结构模型，这就是类所有图书馆都认可的系统体系结构模型，这就是类属模型。属模型。9.3 特定领域的软件体系结构类属模型的一个最著名的例子是类属模型的一个最著名的例子是编译器模型编译器模型，由，由这个模型已开发出了数以千计的编译器。这个模型已开发出了数以千计的编译器。参参考考模模型型源源于于对对应应用用领领域域的的研研究究，它它描描述述了了一一个个理理想想化化的的包包含含了了系系统统应应具具有有的的所所有有特
28、特征征的的软软件件体体系系结结构构。它它是是更更抽抽象象且且是是描描述述一一大大类类系系统统的的模模型型，并并且且也也是是对设计者有关某类系统的一般结构的指导。对设计者有关某类系统的一般结构的指导。9.3 特定领域的软件体系结构 参考模型参考模型 9.3 特定领域的软件体系结构参考模型的典型例子是参考模型的典型例子是开放式系统互联（开放式系统互联（OSIOSI）参）参考模型考模型。9.3 特定领域的软件体系结构 以上两种不同类型的模型之间并不存在严格的区别，以上两种不同类型的模型之间并不存在严格的区别，也可以将类属模型视为参考模型。也可以将类属模型视为参考模型。区别之一是类属模型可以直接在设计
29、中复用，而参区别之一是类属模型可以直接在设计中复用，而参考模型一般是用于领域概念间的交流和对可能的体考模型一般是用于领域概念间的交流和对可能的体系结构做出比较。系结构做出比较。另外，类属模型通常是经过另外，类属模型通常是经过“自下而上自下而上”地对已有地对已有系统的抽象，而参考模型是系统的抽象，而参考模型是“由上到下由上到下”地产生的。地产生的。9.4 分布式系统结构在集中式计算技术时代广泛使用的是大型机在集中式计算技术时代广泛使用的是大型机/小型小型机计算模型。机计算模型。2020世纪世纪8080年代以后，集中式结构逐渐被以年代以后，集中式结构逐渐被以PCPC为主为主的微机网络所取代。个人计
30、算机和工作站的采用，的微机网络所取代。个人计算机和工作站的采用，永远改变了大型机永远改变了大型机/小型机计算模型，从而产生了小型机计算模型，从而产生了分布式计算模型。分布式计算模型。9.4 分布式系统结构分布式计算模型主要具有以下优点：分布式计算模型主要具有以下优点：(1)(1)资源共享。分布式系统允许硬件、软件等资源资源共享。分布式系统允许硬件、软件等资源共享使用。共享使用。(2)(2)经济性。经济性。(3)(3)性能与可扩展性。性能与可扩展性。(4)(4)固有分布性。固有分布性。(5)(5)健壮性。健壮性。分布式系统的一个最简单的模型是多处理器系统，系统由分布式系统的一个最简单的模型是多处
31、理器系统，系统由许多进程组成，这些进程可以在不同的处理器上并行运行，许多进程组成，这些进程可以在不同的处理器上并行运行，可以极大地提高系统的性能。可以极大地提高系统的性能。由于大型实时系统对响应时间要求较高，这种模型在大型由于大型实时系统对响应时间要求较高，这种模型在大型实时系统中比较常见。大型实时系统需要实时采集信息，并实时系统中比较常见。大型实时系统需要实时采集信息，并利用采集到的信息进行决策，然后发送信号给执行机构。虽利用采集到的信息进行决策，然后发送信号给执行机构。虽然，信息采集、决策制定和执行控制这些进程可以在同一台然，信息采集、决策制定和执行控制这些进程可以在同一台处理器上统一调度
32、执行，但使用多处理器能够提高系统性处理器上统一调度执行，但使用多处理器能够提高系统性能。能。9.4 分布式系统结构 多处理器体系结构多处理器体系结构 客客户户机机/服服务务器器（client/server，C/S）体体系系结结构构是是基基于于资源不对等，且为实现共享而提出来的，由资源不对等，且为实现共享而提出来的，由服务器服务器、客户客户机机和和网络网络三部分组成。三部分组成。在在C/S体系结构中，客户机可以通过远程调用来获取服体系结构中，客户机可以通过远程调用来获取服务器提供的服务，因此，客户机必须知道可用的服务器的务器提供的服务，因此，客户机必须知道可用的服务器的名字及它们所提供的服务，而
33、服务器不需要知道客户机的名字及它们所提供的服务，而服务器不需要知道客户机的身份，也不需要知道有多少台服务器在运行。身份，也不需要知道有多少台服务器在运行。9.4 分布式系统结构 客户客户/服务器体系结构服务器体系结构 9.4 分布式系统结构传统的传统的C/S体系结构分为两层。在这种体系结构中，一体系结构分为两层。在这种体系结构中，一个应用系统被划分为客户机和服务器两部分。典型的两层个应用系统被划分为客户机和服务器两部分。典型的两层C/S体系结构如下图所示。体系结构如下图所示。两层两层C/S体系结构可以有两种形态：体系结构可以有两种形态：（1）瘦客户机模型瘦客户机模型。在瘦客户机模型中，数据管理
34、部分。在瘦客户机模型中，数据管理部分和应用逻辑都在服务器上执行，客户机只负责表示部分。和应用逻辑都在服务器上执行，客户机只负责表示部分。瘦客户机模型的主要缺点：瘦客户机模型的主要缺点：它将繁重的处理负荷都放在了服务器和网络上，服务器负它将繁重的处理负荷都放在了服务器和网络上，服务器负责所有的计算，这将增加客户机和服务器之间的网络流量。责所有的计算，这将增加客户机和服务器之间的网络流量。目前个人计算机所具有的处理能力在瘦客户机模型中用不目前个人计算机所具有的处理能力在瘦客户机模型中用不上。上。9.4 分布式系统结构（2）胖客户机模型胖客户机模型。在这种模型中，服务器只负责对数据。在这种模型中，服
35、务器只负责对数据的管理。客户机上的软件实现应用逻辑和与系统用户的交的管理。客户机上的软件实现应用逻辑和与系统用户的交互。互。胖客户机模型能够利用客户机的处理能力，比瘦客户机胖客户机模型能够利用客户机的处理能力，比瘦客户机模型在分布处理上更有效。但另一方面，随着企业规模的模型在分布处理上更有效。但另一方面，随着企业规模的日益扩大，软件的复杂程度不断提高，胖客户机模型逐渐日益扩大，软件的复杂程度不断提高，胖客户机模型逐渐暴露出了以下缺点：暴露出了以下缺点：开发成本较高。开发成本较高。用户界面风格不一，使用繁杂，不利于推广使用。用户界面风格不一，使用繁杂，不利于推广使用。软件移植困难。软件移植困难。
36、软件维护和升级困难。软件维护和升级困难。9.4 分布式系统结构 为了解决以上问题，为了解决以上问题，三层三层C/S体系结构体系结构应运而生。三层应运而生。三层C/S体系结构中增加了应用服务器。可以将整个应用逻辑体系结构中增加了应用服务器。可以将整个应用逻辑驻留在应用服务器上，而只有表示层存在于客户机上。驻留在应用服务器上，而只有表示层存在于客户机上。9.4 分布式系统结构 三层三层三层三层C/SC/SC/SC/S体系结构将整个系统分成体系结构将整个系统分成体系结构将整个系统分成体系结构将整个系统分成表示层表示层表示层表示层、应用逻辑层应用逻辑层应用逻辑层应用逻辑层和和和和数据层数据层数据层数据
37、层三个部分，其数据处理流程如下图所示。三个部分，其数据处理流程如下图所示。三个部分，其数据处理流程如下图所示。三个部分，其数据处理流程如下图所示。9.4 分布式系统结构 9.4 分布式系统结构（1）表示层表示层：表示层是应用系统的用户界面部分，担负着：表示层是应用系统的用户界面部分，担负着用户与应用程序之间的对话功能。它用于检查用户从键盘等用户与应用程序之间的对话功能。它用于检查用户从键盘等输入的数据，显示应用程序输出的数据，一般采用图形用户输入的数据，显示应用程序输出的数据，一般采用图形用户界面（界面（graphic user interface，GUI）。）。（2）应用逻辑层应用逻辑层：应
38、用逻辑层为应用系统的主体部分，包：应用逻辑层为应用系统的主体部分，包含具体的业务处理逻辑。通常在功能层中包含有确认用户对含具体的业务处理逻辑。通常在功能层中包含有确认用户对应用和数据库存取权限的功能以及记录系统处理日志的功应用和数据库存取权限的功能以及记录系统处理日志的功能。能。（3）数据层数据层：数据层主要包括数据的存储及对数据的存取：数据层主要包括数据的存储及对数据的存取操作，一般选择关系型数据库管理系统（操作，一般选择关系型数据库管理系统（RDBMS）。）。浏览器浏览器/服务器服务器（browser/server，B/S）风格是三层体）风格是三层体系结构的一种实现方式，其具体结构为浏览器
39、系结构的一种实现方式，其具体结构为浏览器/Web服务器服务器/数据库服务器。数据库服务器。B/S体系结构如下图所示。体系结构如下图所示。9.4 分布式系统结构 B/S体系结构主要是利用不断成熟的体系结构主要是利用不断成熟的WWW浏览器技术，浏览器技术，结合浏览器的多种脚本语言，用通用浏览器就实现了原来需结合浏览器的多种脚本语言，用通用浏览器就实现了原来需要复杂的专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本。要复杂的专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本。从某种程度上来说，从某种程度上来说，B/S结构是一种全新的软件体系结构。结构是一种全新的软件体系结构。B/S体系结构具有以下优点：体系结
40、构具有以下优点：（1）基于）基于B/S体系结构的软件，系统安装、修改和维护全体系结构的软件，系统安装、修改和维护全 在服务器端解决。在服务器端解决。（2）B/S体系结构还提供了异种机、异种网、异种应用服体系结构还提供了异种机、异种网、异种应用服 务的联机、联网和统一服务的最现实的开放性基础。务的联机、联网和统一服务的最现实的开放性基础。9.4 分布式系统结构 与与C/S体系结构相比，体系结构相比，B/S体系结构也有许多不足之处。体系结构也有许多不足之处。（1）B/S体系结构缺乏对动态页面的支持能力，没有集成体系结构缺乏对动态页面的支持能力，没有集成 有效的数据库处理功能。有效的数据库处理功能。
41、（2）采用）采用B/S体系结构的应用系统，在数据查询等响应速体系结构的应用系统，在数据查询等响应速 度上，要远远地低于度上，要远远地低于C/S体系结构。体系结构。（3）B/S体系结构的数据提交一般以页面为单位，数据的体系结构的数据提交一般以页面为单位，数据的 动态交互性不强，不利于在线事务处理（动态交互性不强，不利于在线事务处理（OLTP）应）应 用。用。9.4 分布式系统结构 在客户机在客户机/服务器模型中，客户机和服务器的地位是不同服务器模型中，客户机和服务器的地位是不同的。为了消除客户机与服务器之间的差别，提高系统的伸的。为了消除客户机与服务器之间的差别，提高系统的伸缩性以及有效地均衡负
42、载，可采用分布式对象体系结构来缩性以及有效地均衡负载，可采用分布式对象体系结构来设计系统。设计系统。分布式对象分布式对象的实质是在分布式异构环境下建立应用系统的实质是在分布式异构环境下建立应用系统框架和对象构件，它将应用服务分割成具有完整逻辑含义框架和对象构件，它将应用服务分割成具有完整逻辑含义的独立子模块（称为的独立子模块（称为构件构件），各个子模块可放在同），各个子模块可放在同一台服务器或分布在多台服务器上运行，模块之间通过中一台服务器或分布在多台服务器上运行，模块之间通过中间件互相通信。间件互相通信。9.4 分布式系统结构 分布式对象体系结构分布式对象体系结构 通常将这个中间件称为通常将
43、这个中间件称为软件总线软件总线或或对象请求代理对象请求代理，它的，它的作用是在对象之间提供一个无缝接口。作用是在对象之间提供一个无缝接口。9.4 分布式系统结构 分布式对象技术的应用目的分布式对象技术的应用目的是为了降低主服务器的负荷、是为了降低主服务器的负荷、共享网络资源、平衡网络中计算机业务处理的分配，提高计共享网络资源、平衡网络中计算机业务处理的分配，提高计算机系统协同处理的能力，从而使应用的实现更为灵活。算机系统协同处理的能力，从而使应用的实现更为灵活。分布式对象技术的基础是构件。分布式对象技术的基础是构件。构件构件是一些独立的代码是一些独立的代码封装体，在分布计算的环境下可以是封装体
44、，在分布计算的环境下可以是一个简单的对象一个简单的对象，但大多数情况下是但大多数情况下是一组相关的对象组合体一组相关的对象组合体，提供一定的，提供一定的服务。服务。分布式环境下，构件是一些灵活的软件模块，它们可以分布式环境下，构件是一些灵活的软件模块，它们可以位置透明、语言独立和平台独立地互相发送消息，实现位置透明、语言独立和平台独立地互相发送消息，实现请求服务。请求服务。构件之间并不存在客户机与服务器的界限，接受服务者构件之间并不存在客户机与服务器的界限，接受服务者扮演客户机的角色，提供服务者就是服务器。扮演客户机的角色，提供服务者就是服务器。9.4 分布式系统结构 9.4 分布式系统结构当
45、前主流的分布式对象技术规范有当前主流的分布式对象技术规范有OMG的的CORBA、Microsoft公司的公司的.NET和和Sun公司的公司的J2EE。它们都支持服务端构件的开发，都有其各自的特点。它们都支持服务端构件的开发，都有其各自的特点。代理可以用于构建带有隔离组件的分布式软件系统，该代理可以用于构建带有隔离组件的分布式软件系统，该软件通过远程服务调用进行交互。代理者负责协调通信，软件通过远程服务调用进行交互。代理者负责协调通信，诸如转发请求以及传递结果和异常等。诸如转发请求以及传递结果和异常等。1991年，年，OMG基于面向对象技术，给出了以对象请求代基于面向对象技术，给出了以对象请求代
46、理（理（ORB）为中心的分布式应用体系结构。）为中心的分布式应用体系结构。9.4 分布式系统结构 代理代理 在在OMG的对象管理结构中，的对象管理结构中，ORB是一个关键的通信机是一个关键的通信机制，它以实现互操作性为主要目标，处理对象之间的消息制，它以实现互操作性为主要目标，处理对象之间的消息分布。在分布。在ORB之上有之上有4个对象接口：个对象接口：（1）对象服务对象服务：定义加入：定义加入ORB的系统级服务，如安全的系统级服务，如安全 性、命名和事务处理，它们是与应用领域无关的。性、命名和事务处理，它们是与应用领域无关的。（2）公共设施公共设施：水平级的服务，定义应用程序级服务。：水平级
47、的服务，定义应用程序级服务。（3）领域接口领域接口：面向特定的领域。：面向特定的领域。（4）应用接口应用接口：面向指定的现实世界应用。是指供应商或：面向指定的现实世界应用。是指供应商或 用户借助于用户借助于ORB、公共对象服务及公共设施而开发的、公共对象服务及公共设施而开发的 特定产品。特定产品。9.4 分布式系统结构 MVC框架即模型框架即模型视图视图控制器（控制器（model-view-controller）框架，它强调将用户输入、数据模型和数据表）框架，它强调将用户输入、数据模型和数据表示的方式分开设计，一个交互式应用系统由示的方式分开设计，一个交互式应用系统由模型模型、视图视图和和控控
48、制器制器3个部件组成，分别对应于内部数据、数据表示和输入个部件组成，分别对应于内部数据、数据表示和输入/输出控制部分。输出控制部分。9.5 体系结构框架MVC框架框架 9.5 体系结构框架MVC框架框架1.模型对象模型对象 模型对象独立于外在显示内容和形式，代表应用领域中的模型对象独立于外在显示内容和形式，代表应用领域中的业务实体和业务规则，是业务实体和业务规则，是整个模型的核心整个模型的核心。模型对象的变化。模型对象的变化通过事件处理通知视图和控制器对象。通过事件处理通知视图和控制器对象。2.视图对象视图对象 视图对象代表视图对象代表GUI对象，并且以用户需要的格式表示模型对象，并且以用户需
49、要的格式表示模型状态，是交互系统与外界的接口。视图对象可以包含子视状态，是交互系统与外界的接口。视图对象可以包含子视图，子视图用于显示模型的不同部分。通常，每个视图对象图，子视图用于显示模型的不同部分。通常，每个视图对象对应一个控制器对象。对应一个控制器对象。9.5 体系结构框架3.控制器对象控制器对象 控制器对象代表鼠标和键盘事件。它处理用户的输入行为控制器对象代表鼠标和键盘事件。它处理用户的输入行为并给模型发送业务事件，再将业务事件解析为模型应执行并给模型发送业务事件，再将业务事件解析为模型应执行的动作；同时，模型的更新与修改也将通过控制器来通知的动作；同时，模型的更新与修改也将通过控制器
50、来通知视图，从而保持各个视图与模型的一致性。视图，从而保持各个视图与模型的一致性。9.5 体系结构框架9.5 体系结构框架MVCMVC的处理过程为的处理过程为：首先控制器接收用户的请求，并：首先控制器接收用户的请求，并决定应该调用哪个模型来进行处理；然后模型用决定应该调用哪个模型来进行处理；然后模型用业务逻辑来处理用户的请求并返回数据；最后控业务逻辑来处理用户的请求并返回数据；最后控制器用相应的视图格式化模型返回的数据，并通制器用相应的视图格式化模型返回的数据，并通过表示层呈现给用户。过表示层呈现给用户。其中，模型是核心数据和功能，视图只关心显示其中，模型是核心数据和功能，视图只关心显示数据，