基于模式設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)的研究

魏強(qiáng)

【摘要】模式（Pattern）的定義最開始由建筑之神Christopher Alexander于二十世紀(jì)七十年代明確提出，運(yùn)用于工程建筑行業(yè)，八十年代中后期由WardCunningham和 Kent Beck將其觀念引進(jìn)到手機(jī)軟件行業(yè)。伴隨著軟件開發(fā)的深層次、各種各樣技術(shù)性的與時(shí)俱進(jìn)，軟件系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)規(guī)模越來(lái)越大、特性愈來(lái)愈繁雜，涉及到的技術(shù)性也愈來(lái)愈多，從而引起了軟件開發(fā)工作中的重心點(diǎn)由原先重視編碼的撰寫逐漸轉(zhuǎn)為開發(fā)設(shè)計(jì)早期的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案上。軟件開發(fā)技術(shù)性的發(fā)展趨勢(shì)規(guī)定大家務(wù)必提升設(shè)計(jì)方案和點(diǎn)評(píng)大中型的、繁雜的軟件系統(tǒng)的工作能力。

【關(guān)鍵詞】模式設(shè)計(jì);軟件架構(gòu);軟件設(shè)計(jì);架構(gòu)模式

1軟件架構(gòu)產(chǎn)生的背景

模式是表明周境、動(dòng)因﹑解決方法三個(gè)層面關(guān)聯(lián)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)模式敘述了一個(gè)在某類周境下持續(xù)反復(fù)產(chǎn)生的難題，及其該難題解決方法的關(guān)鍵所屬，模式既是一個(gè)事物（ thing）又是一個(gè)全過(guò)程（process），不但敘述該事物自身，并且明確提出了根據(jù)如何的全過(guò)程來(lái)造成該事物。在不一樣的層面上，模式給予不一樣層面的具體指導(dǎo)。依據(jù)解決難題的粒度分布不一樣，從高到低，模式分成3個(gè)層級(jí)：構(gòu)架模式（ArchitecturalPattern）、設(shè)計(jì)方案模式（Design Pattern）、完成模式（Implementation Pattern）。這三者中間的差別取決于他們存有于分別的抽象層次和實(shí)際層級(jí)上。構(gòu)架模式是一個(gè)系統(tǒng)軟件的高端對(duì)策，牽涉到超大尺度的部件及其總體特性和結(jié)構(gòu)力學(xué)。設(shè)計(jì)方案模式是中等水平限度的構(gòu)造對(duì)策。這種中等水平限度的構(gòu)造完成了一些超大尺度組件的個(gè)人行為和他們中間的關(guān)聯(lián)。模式的優(yōu)劣不容易危害到系統(tǒng)軟件的空間布局和整體架構(gòu)。設(shè)計(jì)方案模式定義出分系統(tǒng)或組件的外部經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。編碼模式（或成例）是特殊的案例和與特殊語(yǔ)言表達(dá)相關(guān)的程序編寫方法。編碼模式的優(yōu)劣會(huì)危害到一個(gè)中等水平限度組件的內(nèi)部、外界的結(jié)構(gòu)或個(gè)人行為的最底層關(guān)鍵點(diǎn)，但不容易危害到一個(gè)構(gòu)件或分系統(tǒng)的中等水平限度的結(jié)構(gòu)，更不容易危害到系統(tǒng)軟件的空間布局和超大尺度架構(gòu)。

2構(gòu)建軟件架構(gòu)中模式的作用

系統(tǒng)架構(gòu)的搭建一直是軟件開發(fā)全過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵工作中，與此同時(shí)也是一項(xiàng)很艱難的工作中，就算針對(duì)很有工作經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)架構(gòu)師也是這般。幸運(yùn)的是，模式及其模式語(yǔ)言表達(dá)的明確提出得出了一條搭建系統(tǒng)架構(gòu)的重要途徑。

全部結(jié)構(gòu)優(yōu)良的面向?qū)ο缶幊誊浖到y(tǒng)構(gòu)架上都包括了很多模式。事實(shí)上，當(dāng)評(píng)定一個(gè)面向?qū)ο缶幊滔到y(tǒng)軟件的品質(zhì)時(shí)，所應(yīng)用的方式之一就是要判斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者是否強(qiáng)調(diào)了對(duì)象之間的公共協(xié)同關(guān)系。

3軟件設(shè)計(jì)模式和架構(gòu)模式的對(duì)比分析

軟件設(shè)計(jì)模式和架構(gòu)模式是目前軟件開發(fā)領(lǐng)域中最常用和最實(shí)用的兩種模式，這兩種模式都各具優(yōu)勢(shì)。就設(shè)計(jì)模式而言，其是一種側(cè)重于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為特征分析的模式，注重對(duì)象的組合而不是復(fù)制，是在重組的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新。以往的模式側(cè)重于類繼承，設(shè)計(jì)模式通過(guò)類的層次和數(shù)量使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔且具有較好的擴(kuò)展性。另外，設(shè)計(jì)模式能有效地指導(dǎo)類繼承的層次劃分。類的層次劃分對(duì)于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是十分重要的，類的層次劃分過(guò)多會(huì)使得軟件程序變得笨重，而如果類的層次過(guò)少會(huì)使得設(shè)計(jì)的封裝性變差，因此，類的層次劃分必須要十分嚴(yán)謹(jǐn)。在類的層次劃分上，設(shè)計(jì)模式從系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為特征的角度，將類分層包裝在合理分配各方法屬性。而就架構(gòu)模式而言，其是一個(gè)可以重復(fù)使用的小型體系結(jié)構(gòu)，在一個(gè)指定的范圍內(nèi)為一組軟件抽象產(chǎn)物提供能夠通用的結(jié)構(gòu)。一般情況下，架構(gòu)不是一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)，它主要是規(guī)定應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并提供一系列規(guī)定的插口或配置點(diǎn)來(lái)供使用者生成其所需要的應(yīng)用軟件。

軟件設(shè)計(jì)模式和軟件架構(gòu)模式之間存在著一定的區(qū)別，這種區(qū)別主要體現(xiàn)三個(gè)方面：1.應(yīng)用范圍。就應(yīng)用范圍而言，軟件設(shè)計(jì)模式的范圍更加廣泛。當(dāng)今，軟件設(shè)計(jì)模式被廣泛運(yùn)用到制造業(yè)、行政機(jī)構(gòu)、金融業(yè)、餐飲業(yè)和建筑業(yè)等領(lǐng)域，幾乎適用于任何應(yīng)用類型。但架構(gòu)模式一般會(huì)限制在某個(gè)指定的應(yīng)用區(qū)域;2.表達(dá)方面。架構(gòu)可以通過(guò)代碼來(lái)具體表達(dá)，但是設(shè)計(jì)模式則不能，只有設(shè)計(jì)模式實(shí)例才能轉(zhuǎn)化為代碼。在表達(dá)方面，架構(gòu)模式的優(yōu)勢(shì)在于它能夠用編程語(yǔ)言程序書寫出來(lái)，可以運(yùn)行直接重復(fù)使用。而軟件設(shè)計(jì)模式在每次應(yīng)用之前都需要將其實(shí)現(xiàn)，這樣才能啟動(dòng)運(yùn)用;3.設(shè)計(jì)模式是一種比架構(gòu)模式更小的結(jié)構(gòu)型元素。一個(gè)架構(gòu)必須包含若干個(gè)設(shè)計(jì)模式，因此設(shè)計(jì)模式是一種更小的結(jié)構(gòu)型元素。

軟件設(shè)計(jì)模式和架構(gòu)模式都各具優(yōu)勢(shì)，在軟件開發(fā)時(shí)，軟件工程師通過(guò)考慮到軟件自身的需要來(lái)選擇軟件模式，這樣才能設(shè)計(jì)出更實(shí)用的軟件程序。

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