《软件架构设计教程》课件

软件架构设计教程本教程旨在帮助您掌握软件架构设计的基础知识和技能，并了解如何设计高质量、可扩展的软件系统课程大纲软件架构概述常见的软件架构模式软件架构设计方法

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3.123什么是软件架构，软件架构的作用，介绍几种常见的软件架构模式，例如详细介绍需求分析，功能分解，逻辑软件架构的特点等模块化设计，层次化设计，事件驱动设计，物理设计，部署设计等步骤架构等软件架构设计模式软件架构评审软件架构重构

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6.456介绍一些常用的软件架构设计模式，如何对软件架构进行评审，以及如何介绍软件架构重构的基本概念，常见例如领域驱动设计，六边形架构，洋评估架构的性能，可扩展性，可靠性的重构模式，以及重构实践等葱架构等，维护性等指标未来软件架构趋势

7.7展望未来软件架构的发展趋势，例如云原生架构，微服务架构等什么是软件架构软件架构是软件系统的基本结构，定义了系统的组件、组件之间的关系以及系统运行的规则软件架构是软件系统的设计蓝图，决定了软件系统的质量属性，例如性能、可靠性、可扩展性等软件架构的作用指导开发团队提高系统质量降低开发成本便于维护和演进为团队提供清晰的框架和蓝图确保软件系统具有良好的性能通过预先设计，可以减少重复为软件系统提供良好的可维护，促进团队成员之间有效协作、可靠性、可扩展性和可维护开发，避免代码冗余，提高开性，便于修改、扩展和升级，，减少沟通障碍性，满足用户的需求发效率适应不断变化的需求软件架构的特点抽象性可扩展性可维护性性能架构师关注系统整体结构，不良好的架构设计应具备可扩展架构应方便开发者理解、维护架构设计需要考虑性能优化，涉及具体实现细节架构图以能力，方便系统扩展新功能，和修改代码，提高代码质量和例如数据库设计、负载均衡等模块、组件和接口展现系统构应对未来业务增长可维护性，确保系统满足性能需求成常见的软件架构模式分层架构面向对象架构将软件系统划分为多个层次，每将软件系统分解为多个对象，每个层次负责特定功能个对象包含数据和方法微服务架构事件驱动架构将软件系统拆分为多个独立运行基于事件驱动的通信机制，实现的微服务，每个微服务负责特定系统之间松耦合的交互业务功能模块化设计原则独立性可重用性低耦合高内聚每个模块都是独立的，可以单模块可以被其他项目或系统重模块之间依赖关系要尽量减少模块内部的功能要高度相关，独开发、测试和部署用，提高代码复用率，降低维护成本提高模块的逻辑完整性层次化设计分层结构1将系统划分为多个层次，每个层次负责特定的功能层间通信2层次之间通过明确的接口进行通信，减少相互依赖松耦合3各层之间独立开发和维护，降低系统复杂性事件驱动架构事件驱动架构是一种松耦合的架构模式，它基于事件进行通信事件可以是任何状态变化，比如用户点击按钮、系统发生错误等事件驱动架构通常使用消息队列，发布者发布事件，订阅者订阅事件当事件发生时，消息队列会通知所有订阅者微服务架构独立部署松散耦合技术栈多样性每个服务都是独立的，可以独立开发、部署服务之间通过轻量级通信机制进行交互，例每个服务可以选择最适合的技术栈，提高开和扩展如或消息队列发效率和灵活性REST API云原生架构云原生架构是指利用云计算技术构建的应用程序和系统架构这种架构通常具有以下特点微服务架构将应用程序分解为独立运行的微服务

1.容器化使用容器技术（例如）打包应用程序和依赖项

2.Docker自动化部署使用自动化工具和平台进行应用程序的部署和管理

3.软件架构设计方法需求分析1了解业务需求架构设计2制定整体架构详细设计3设计系统组件架构评审4评估架构质量软件架构设计方法是系统性的过程，涉及多个步骤首先需要进行需求分析，了解业务需求，并根据需求制定整体架构然后进行详细设计，设计系统组件，并确定组件之间的交互关系最后需要进行架构评审，评估架构的质量，确保其满足需求并能够有效地实现目标需求分析收集用户需求通过访谈、问卷调查、用例分析等方法收集用户需求，并进行整理和分析确定系统目标基于用户需求，确定系统目标，包括功能、性能、安全等方面的要求分析需求冲突分析用户需求之间的冲突，并制定解决方案，以确保系统设计能够满足所有关键需求编写需求文档将分析结果整理成文档，包括需求描述、功能列表、用例图等，并进行评审功能分解功能分解是软件架构设计的重要步骤它将软件系统分解成多个独立的、可管理的模块，每个模块负责实现特定的功能系统级1定义系统整体功能子系统级2划分多个子系统模块级3定义模块功能和接口功能分解可以帮助我们更好地理解系统结构，提高代码可读性和可维护性，促进团队合作，降低开发风险逻辑设计123功能模块数据模型流程设计将系统分解成独立的功能模块，并定义设计数据结构，包括数据库表、数据类定义系统内部数据流和控制流，包括数每个模块的功能和接口型和关系据处理流程、逻辑判断和状态转换物理设计物理架构1定义系统各组件的物理部署方式硬件选择2确定服务器、网络设备等网络拓扑3设计网络连接方式数据库设计4选择数据库类型和结构安全设计5部署防火墙和安全策略物理设计阶段将逻辑架构转化为可部署的物理架构它考虑硬件选择、网络拓扑、数据库设计等关键要素，确保软件系统能够稳定可靠地运行在实际环境中部署设计环境准备确保部署环境满足软件需求，包括硬件、操作系统、网络、数据库等代码部署将软件代码和依赖项部署到目标环境，包括服务器、容器或云平台配置管理配置软件环境参数，例如数据库连接信息、日志级别和安全设置负载均衡使用负载均衡器将流量分配到多个服务器，提高系统性能和可靠性监控与告警监控软件运行状态，例如性能指标、错误日志和系统资源使用情况架构设计模式模式MVC模式将应用程序划分为模型（）、视图（）和控制器（MVC ModelView）三个部分模型负责管理数据，视图负责呈现数据，控制器负Controller责接收用户输入并处理数据分层架构分层架构将应用程序划分为多个层级，例如表示层、业务层、数据访问层等每个层级负责特定的功能，并通过接口与其他层级交互领域驱动设计领域模型通用语言限界上下文战略设计领域驱动设计是一种开发人员和领域专家共同协作将复杂领域分解成更小的、独包含战略设计和战术设计DDD DDD软件开发方法，它着重于领域，建立一套通用语言，用于描立的上下文，每个上下文拥有，战略设计关注领域模型的整模型的创建述领域问题自己的模型和语言体结构六边形架构核心概念优点应用场景将应用程序的核心业务逻辑与外部依赖提高代码可测试性、可维护性和可扩展适用于需要与外部系统交互的应用程序隔离开来，例如用户界面、数据库、外性，易于更换外部依赖，例如数据库或，例如电商平台、金融系统、社交网络部服务等消息队列等洋葱架构数据中心应用服务

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2.12最内层包含核心业务逻辑和数处理业务逻辑并提供访API据持久化机制问数据中心接口适配器外部机制

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4.34负责与外部系统交互，例如用最外层，包含用户界面、数据户界面或其他服务库、消息队列等外部系统软件架构评审目的方法内容结果确保架构设计符合需求，并满召开评审会议，邀请架构师、评审架构设计文档、代码、测提出改进建议，并进行修改完足性能、安全性、可扩展性等开发人员、测试人员、运维人试结果等善非功能需求员等参与性能评估软件架构设计中，性能评估是确保系统满足性能需求的关键环节评估指标涵盖响应时间、吞吐量、资源利用率等方面10ms100K响应时间吞吐量用户体验的关键指标之一衡量系统每秒处理请求的数量80%10%资源利用率错误率评估系统资源的有效利用率反映系统稳定性和可靠性可扩展性评估软件架构设计的关键目标之一是确保系统能够随着用户需求和数据量的增长而扩展可扩展性评估是评估软件架构是否能够有效地应对未来的增长和变化可靠性评估指标描述评估方法可用性系统正常运行的时间比例（平均无故障时间）MTBF容错性系统在发生故障时仍然能够正常运行的故障注入测试能力可恢复性系统在发生故障后能够恢复正常运行的恢复时间测试能力维护性评估评估软件架构的维护成本维护性评估包括代码复杂度、可测试性、文档质量等方面的分析通过分析代码指标，评估软件系统易于理解、修改和维护的程度软件架构重构代码改进架构优化开发效率云平台迁移提高代码可读性，增强可维护调整架构组件，提高性能，增减少代码重复，提高开发速度将现有架构迁移到云平台，提性，减少错误强可扩展性，提高可靠性，降低维护成本升弹性，降低成本，增强可扩展性常见重构模式提取方法重命名变量将一段代码块提取成一个独立的将变量名修改为更清晰、更准确方法，提高代码可读性和复用性的名称，提高代码可读性例如例如，将一个长函数中重复的，将一个名为的变量改temp代码段提取成一个独立的方法名为userId提取类移动方法将一个大型类中相关的代码提取将一个方法从一个类移动到另一成一个独立的类，提高代码可读个类，提高代码的组织性和可读性和维护性例如，将一个包含性例如，将一个与某个对象关多个功能的类拆分成多个独立的系更密切的方法移动到该对象的类类中重构实践代码分析1理解现有代码，识别问题区域和瓶颈代码重构2逐步修改代码结构，提升代码质量，增加可维护性测试驱动3编写单元测试，确保重构后的代码功能正常代码审查4与团队成员进行代码审查，确保重构效果重构实践强调循序渐进，逐步改进代码结构，而不是一次性大改代码分析是重构的关键第一步，帮助我们确定哪些地方需要改进测试驱动开发可以帮助我们确保重构不会破坏原有功能，并提升代码质量未来软件架构趋势云原生人工智能12云原生架构将成为主流，微服人工智能将与软件架构深度融务、容器化、无服务器等技术合，为软件开发带来新的思路将得到更广泛的应用和方法边缘计算区块链34边缘计算将推动数据处理向网区块链技术将为软件架构带来络边缘迁移，为实时应用提供新的安全性和可信度，应用场更好的支持景将更加广泛总结与展望云原生架构人工智能团队合作云计算技术快速发展，推动软件架构向云原人工智能技术将深入影响软件架构设计，提软件架构设计需要团队协作，充分发挥每个生架构演进高开发效率和软件性能成员的优势。