對(duì)幾種常見軟件體系結(jié)構(gòu)模型的思考

陳巖

本文通過介紹幾種軟件開發(fā)中常見軟件體系結(jié)構(gòu)模型，以及對(duì)幾種模型進(jìn)行分析比較，從而為軟件開發(fā)過程中軟件體系結(jié)構(gòu)的選擇提供一些思路，并減少一些開發(fā)軟件過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

【關(guān)鍵詞】軟件體系結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)模型 管道過濾器 MVC模型

計(jì)算機(jī)應(yīng)用越來越廣泛和深入，計(jì)算機(jī)軟件規(guī)模和種類也變得更為復(fù)雜和多樣化。在軟件開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)開發(fā)人員所要考慮的，不僅僅是系統(tǒng)的功能需求，還要更多的考慮軟件后期維護(hù)和升級(jí)等問題，因此軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇對(duì)于一個(gè)軟件開發(fā)過程十分重要。自軟件體系機(jī)構(gòu)出現(xiàn)以來，其結(jié)構(gòu)、模式也在不斷變化與發(fā)展，目前，有幾種比較常見的軟件體系結(jié)構(gòu)模型，本文就對(duì)這幾種常見的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行介紹以及對(duì)它們進(jìn)行簡單的比較分析。

1 層次體系結(jié)構(gòu)模型

層次體系結(jié)構(gòu)模型是一種非常常見的體系結(jié)構(gòu)模型，它的基本思想是將系統(tǒng)在水平方向上劃分為多個(gè)抽象層次，中間層（第一層和最后一層除外）既服務(wù)于上層，又被下層服務(wù)。此外，層次之間的通信既可以相鄰層次間進(jìn)行，也可以通過協(xié)議隔層進(jìn)行。使用最為廣泛的分層體系結(jié)構(gòu)是分層通信協(xié)議，我們常用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)就是這種模型。這種結(jié)構(gòu)下，與上層的通信都依靠于每一層的一個(gè)抽象功能，低層通信定義在低層次上，一般來講，最底層與物理層次相連，其他常見的和最底層連接的有底層數(shù)據(jù)庫連接或者操作系統(tǒng)連接。

分層體系結(jié)構(gòu)非常常見，優(yōu)點(diǎn)也非常明顯，有以下幾點(diǎn)：

（1）抽象程度遞增。分層體系結(jié)構(gòu)中每層的抽象程度不一樣，遞增的設(shè)計(jì)能夠使得系統(tǒng)的復(fù)雜程度更為容易被軟件開發(fā)設(shè)計(jì)人員理解和掌握，從而按照復(fù)雜程度分解其功能。

（2）支持系統(tǒng)功能增強(qiáng)。由于通信交互通常發(fā)生在每層和上下層之間，對(duì)于軟件的全局相對(duì)來說更容易把握，因此在面對(duì)需求變化或者軟件需要升級(jí)時(shí)，就可以通過在某一層修改功能或者增加功能來實(shí)現(xiàn)。

（3）支持功能復(fù)用。一般來說，對(duì)于服務(wù)接口的定義不會(huì)變，因此，不同接口實(shí)現(xiàn)之間交換使用就可以在同一層進(jìn)行。通常，會(huì)定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口的不同實(shí)現(xiàn)方法。

層次結(jié)構(gòu)模型也有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）更改層麻煩。修改底層對(duì)高層產(chǎn)生影響時(shí)，則此底層的上層都需要進(jìn)行修改。

（2）效率低。層次之間的通信需要進(jìn)行各種參數(shù)的傳遞與轉(zhuǎn)換；高層對(duì)于底層的一些執(zhí)行并不需要等。

（3）層次的粒度難以確定。

2 管道與過濾器結(jié)構(gòu)模型

過濾器為功能模塊，功能模塊之間的連接（數(shù)據(jù)流的輸入輸出）為通道，兩者共同組成了管道與過濾器結(jié)構(gòu)模型。功能模塊間相互獨(dú)立，即過濾器不需要進(jìn)行狀態(tài)之間的交互為管道過濾器模型的一個(gè)重要的特性，其中，若輸入輸出發(fā)生在任兩個(gè)過濾器之間則兩個(gè)過濾器可以連接使用。管道過濾器結(jié)構(gòu)同時(shí)也限制了輸入輸出格式，因此在交互式應(yīng)用中，這種模式是不適用的。其中，常見的管道過濾器模型應(yīng)用之一就是編譯器系統(tǒng)。

管道過濾器模型有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）中間件可以不再使用，同時(shí)也支持使用中間件。

（2）靈活性增加。過濾器之間可以進(jìn)行靈活的連接使用，組件的重用性提高。

（3）效率提高?？梢赃M(jìn)行并行處理。

管道與過濾器結(jié)構(gòu)模型也有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）信息共享問題。組件之間狀態(tài)共享信息代價(jià)較大。

（2）效率高假象。并行處理并沒有真正提高效率。

（3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換增加開銷。

3 面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)模型

對(duì)于處理面向現(xiàn)實(shí)世界問題的系統(tǒng)，面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)模型是最為合理的選擇。在使用面向?qū)ο蟮能浖?，把一切如?shù)據(jù)、組件模塊都作為對(duì)象來處理。對(duì)象包括對(duì)象的狀態(tài)即數(shù)據(jù)以及對(duì)象的行為即操作方法，對(duì)象之間通信通過信息傳遞實(shí)現(xiàn)。在面向?qū)ο竽Ｐ椭校瑢?duì)用戶透明，即用戶不需要知道對(duì)象內(nèi)部狀態(tài)，只需要知道功能及其使用，因而將軟件系統(tǒng)開發(fā)周期和難度盡量減少。

面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)模型有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)象封裝。用戶不必完全了解對(duì)象的數(shù)據(jù)狀態(tài)，開發(fā)中可以減少難度和減少時(shí)間周期。

（2）對(duì)象繼承。繼承提高了為代碼的復(fù)用性，減少開發(fā)人員工作量和后期維護(hù)等工作量。

（3）錯(cuò)誤修改方便。對(duì)象出現(xiàn)錯(cuò)誤，修改此對(duì)象即可，不需要對(duì)其他對(duì)象進(jìn)行修改。

面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)模型有以下缺點(diǎn)：

（1）交互要求高。對(duì)象間進(jìn)行交互通過過程調(diào)用進(jìn)行，調(diào)用對(duì)象則是通過對(duì)象標(biāo)識(shí)來作為通信媒介。

（2）修改繁瑣。對(duì)象通過標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)，若對(duì)象的標(biāo)識(shí)符修改了，則必須修改對(duì)對(duì)象的所有實(shí)例，同時(shí)需要解決標(biāo)識(shí)符修改帶來的副作用。

4 MVC體系結(jié)構(gòu)模型

MVC體系結(jié)構(gòu)（Model—Visual—Controller即模型—視圖——控制器體系結(jié)構(gòu)）也是當(dāng)今應(yīng)用十分廣泛的交互界面結(jié)構(gòu)模型。模型、視圖和控制器是MVC結(jié)構(gòu)模型的三個(gè)組成部分，它強(qiáng)制性地將軟件的輸入輸出以及處理三個(gè)部分分開進(jìn)行，每個(gè)部分相互獨(dú)立，從而使得圖形化用戶交互更為方便。比如，可以使用MVC結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建拍賣系統(tǒng)，使得處理結(jié)果更為直觀。

MVC體系結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）模式復(fù)用性。對(duì)于同一個(gè)模型，可以有多個(gè)視圖進(jìn)行任務(wù)處理。同一個(gè)模式可以開發(fā)多個(gè)應(yīng)用程序框架。

（2）視圖靈活?？梢詫⒁晥D同步化，同時(shí)可以將視圖和控制器插入。

（3）控制器和視圖聯(lián)系緊密。

MVC體系結(jié)構(gòu)模型的缺點(diǎn)如下：

（1）系統(tǒng)開發(fā)復(fù)雜性增加。同時(shí)增加了后期維護(hù)以及升級(jí)更多的更新因素。

（2）高耦合。模型、視圖和控制器之間耦合過于緊密，修改維護(hù)工作量大。

（3）效率低。視圖中的數(shù)據(jù)訪問效率較低。

5 結(jié)束語

軟件開發(fā)與以往相比，軟件算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再是最為重要的部分，軟件開發(fā)中軟件體系結(jié)構(gòu)模型的選擇才是目前適應(yīng)軟件開發(fā)最重要的關(guān)注點(diǎn)。軟件體系結(jié)構(gòu)模型的選擇已經(jīng)成為整個(gè)軟件系統(tǒng)是否能成功開發(fā)的基礎(chǔ)，通過軟件體系結(jié)構(gòu)模型，可以對(duì)系統(tǒng)開發(fā)中項(xiàng)目可行性、開發(fā)周期、功能需求分析、項(xiàng)目復(fù)雜程度和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測等進(jìn)行估計(jì)預(yù)測。從上文對(duì)層次體系結(jié)構(gòu)模型、管道與過濾器結(jié)構(gòu)模型、面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)模型和MVC體系結(jié)構(gòu)模型四種軟件體系結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行簡單的總結(jié)介紹以及對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)分析，可以發(fā)現(xiàn)每種體系結(jié)構(gòu)都不可避免的在不同方面有強(qiáng)點(diǎn)或者弱點(diǎn)，在實(shí)際軟件開發(fā)中，需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況綜合分析，從而選用恰當(dāng)合理的軟件體系結(jié)構(gòu)模型，使得軟件開效率和質(zhì)量都有所提高。

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作者單位

安徽電子工程學(xué)校 安徽省蚌埠市 233010