《系统结构讲义》课件

系统结构讲义系统结构概论软件蓝图系统设计系统架构系统结构就像软件的蓝图，定义了系系统结构设计涉及到选择合适的架构系统结构不仅决定了系统的性能、可统的组织、组件和它们之间的关系模式、组件和技术，以满足功能和非靠性和可扩展性，还影响着开发、维功能性需求护和演化系统层次及特征物理层数据层硬件设备，如CPU、内存、数据存储和管理，包括数据磁盘、网络设备等负责系库、文件系统等，负责数据统资源的管理和分配的持久化和访问软件层软件系统，包括操作系统、中间件、应用程序等，负责系统功能的实现和运行系统的功能性要求正确性可靠性效率安全性系统应满足用户需求，输系统应能够在正常情况下系统应能够在合理的时间系统应保护用户的隐私和出正确的结果，并避免错持续稳定运行，并能够处范围内完成任务，并有效安全，避免信息泄露，并误的计算和逻辑错误理各种异常情况，确保系利用系统资源，避免资源防范恶意攻击统能够正常工作浪费系统的非功能性要求性能安全响应时间、吞吐量、资源利用率等数据安全、访问控制、身份验证等可用性可维护性系统正常运行时间、故障恢复能力等易于理解、修改、扩展等系统设计原则模块化设计将系统分解成独立分层设计将系统划分为不同的的功能模块，提高代码可维护性层次，每个层次负责不同的功能，和可复用性降低系统复杂度数据抽象和封装隐藏实现细节，提供统一的接口，方便系统扩展和维护模块化设计独立性1模块之间相互独立，一个模块的变化不会影响其他模块可重用性2模块可以被多个系统或项目重复使用可维护性3模块化设计使系统更易于维护和修改分层设计数据访问层1负责与数据库或其他数据源交互，提供数据访问接口业务逻辑层2包含核心业务逻辑，处理数据并实现业务规则表示层3负责用户界面和交互，呈现数据并接收用户输入数据抽象和封装数据隐藏代码复用系统扩展封装将数据和操作隐藏在对象的封装通过定义接口和抽象数据类封装可以隔离数据和实现细节，内部，外部只能通过定义的接口型，提高代码的可重用性和可维方便修改和扩展系统功能，而不进行访问，保护数据完整性护性影响其他部分信息隐藏模块内部细节数据保护代码隔离隐藏模块内部的实现细节，避免外部通过限制对敏感数据的访问，保护数将代码分成独立的模块，每个模块只模块依赖于这些细节，提高模块的可据安全，防止未经授权的访问和修改暴露必要的接口，防止代码之间的互维护性和可重用性相影响开放体系结构可扩展性互操作性灵活性开放体系结构允许系统在未来进行扩系统可以与其他系统轻松地进行集成，系统可以根据不同的需求进行定制，展和改进，而无需进行重大更改从而提高效率和协作性从而满足不同的应用场景软件系统结构软件系统结构是指软件系统中各个组成部分之间的相互关系和组织方式它定义了系统如何被分解成模块、组件和子系统，以及它们如何相互通信和协作软件系统结构是软件系统设计的核心，它影响着系统的可维护性、可扩展性、性能和可靠性等关键属性分布式系统结构分布式系统是指将系统功能分散到多个节点上，通过网络连接，协同工作，共同完成任务的系统分布式系统结构是指分布式系统中各个节点之间的连接方式，以及数据和功能的分布方式事件驱动系统结构事件驱动系统结构是一种基于事件的软件架构模式它将系统视为一个事件处理机，通过接收和处理各种事件来驱动系统状态的改变这种结构通常用于实时系统、用户界面以及分布式系统中在事件驱动系统中，事件可以来自外部世界（例如用户输入、传感器数据）、内部组件（例如数据库更新）或其他系统（例如网络消息）事件会被发布到一个事件队列中，由事件处理器进行处理处理器会根据事件类型执行相应的操作，并可能触发其他事件，形成事件链管道过滤器结构-管道-过滤器结构是一种常见的软件架构模式，它将系统分解成一系列独立的处理单元，称为过滤器，每个过滤器负责执行特定的任务，例如数据转换、过滤或计算过滤器之间通过管道连接，管道用于传递数据，每个过滤器从管道中接收输入数据，执行其任务，并将结果输出到下一个过滤器这种结构非常适合于数据流处理应用，例如数据转换、数据分析和信号处理客户端服务器结构-服务器客户端提供服务和资源，例如网站、数据库、应用程序等请求服务器上的服务或资源，例如浏览器、应用程序、移动设备等领域模型设计领域模型是系统设计的重要组成它描述了系统所要处理的现实世部分界中的概念和关系领域模型帮助开发者更好地理解业务需求，并将其转化为代码服务导向架构松耦合可重用性服务之间独立运行，彼此之服务可以被多个应用程序或间无需了解内部实现细节系统重复使用，提高代码效率灵活性易于添加、修改或删除服务，适应不断变化的业务需求微服务架构独立部署技术栈多样化每个微服务可以独立部署和不同的微服务可以使用不同更新，不会影响其他服务的技术栈，根据其需求进行选择弹性扩展每个微服务可以根据负载情况进行独立扩展，提高系统整体的性能和可靠性软件架构评估方法功能评估验证架构是否满足系统功能需求，包括功能完整性、正确性、效率和安全性性能评估评估架构在性能方面的表现，例如响应时间、吞吐量、资源利用率和稳定性可靠性评估评估架构的可靠性，包括故障率、可恢复性、可维护性和可扩展性可维护性评估评估架构的可维护性，包括代码可读性、可理解性和可修改性可扩展性评估评估架构的可扩展性，包括性能、功能和数据容量方面的扩展能力软件架构评估流程评估准备1定义评估目标、范围、方法、资源架构分析2对架构进行分析，识别优势和劣势评估执行3使用评估方法进行评估，收集数据结果分析4分析评估结果，得出结论和建议评估报告5生成评估报告，记录评估过程和结果软件架构评估指标架构评估指标是评估软件架构质量的关键因素，对软件项目的成功至关重要它们可以帮助识别架构设计中的缺陷，并指导架构改进软件架构文档系统架构图代码规范清晰展示系统组件、模块和它们定义编码风格、命名约定等，确之间的关系，帮助理解系统整体保代码可读性、一致性和可维护结构性数据库设计详细描述数据库模式、数据结构和关系，确保数据一致性和完整性软件架构模式库模式分类模式描述按功能、领域、结构等方式进行分类，方便查找和使用每个模式应包含详细的描述，包括目的、结构、优点、缺点、适用场景等示例代码案例分析提供示例代码，帮助理解模式的实现方式分析真实案例中如何应用模式，展示模式的实际价值软件架构设计的工具架构设计工具建模工具代码生成工具版本控制工具例如Archimate,例如UML,SysML,例如Swagger,Spring例如Git,SVN,Sparx EnterpriseBPMN Boot,Gradle MercurialArchitect,IBMRational SoftwareArchitect软件架构模式的应用领域模型分层架构分布式架构用于建模系统中的数据和业务逻辑，将系统划分为不同的层级，例如表现适用于处理高并发、海量数据场景，例如DDD领域驱动设计层、业务层、数据层例如微服务架构软件架构的重构识别问题1分析现有架构的缺陷，确定需要重构的领域设计方案2制定重构目标和策略，设计新的架构方案逐步实施3分阶段进行重构，最小化对现有系统的干扰验证测试4对重构后的系统进行全面测试，确保其符合预期软件架构演化初始架构1系统最初的设计，通常是简单而灵活的架构演化2随着需求变化，系统架构需要不断调整和改进架构重构3对系统进行彻底的重新设计，以提高性能和可维护性最终架构4经过多次演化和重构，系统架构趋于稳定和成熟软件架构管理架构演进架构风险跟踪架构变化，确保架构保识别和管理架构风险，降低持一致性系统风险架构治理架构文档制定架构决策流程，确保架维护架构文档，记录架构设构决策的合理性计和变更结论系统结构设计是软件工程的关键环节，直接影响着软件系统的质量、可维护性、可扩展性和可重用性通过学习系统结构设计的基本原则、模式和方法，可以帮助我们构建高质量、高效、易于维护的软件系统。