05~07-软件体系结构设计

软件设计定义

• 软件设计是关于软件对象的设计，是一种设计活动。

• 软件设计既指软件对象实现的规格说明，又指规格说明产生的过程。

• 软件设计活动以需求规格说明和分析模型为基础，构建软件设计方案描述和原型，为后期的构造活动提供规划或蓝图。

• 软件设计特性：工程性、艺术性、演化性、决策性。

软件设计核心思想

• 分解：横向上将系统分割为相对简单的子系统

• 抽象：纵向上将系统分割为不同的层次，分离接口和实现

软件设计层次

软件设计层次

软件体系结构

• 软件体系结构：规定了系统的计算部件与部件之间的交互

  • 体系结构 = 部件 + 连接件 + 配置

体系结构的⻛格的优缺点

风格	定义	优点	缺点
主程序-子程序风格	将系统功能依层次分解为多个顺序执行的步骤，主程序通过调用子程序完成任务	1. 流程清晰，易于理解 2. 强控制性	1. 强耦合，依赖接口，难以修改 2. 数据交互受限，可能引发公共耦合
面向对象风格	基于对象封装与消息传递组织系统，强调对象内部实现的隐藏与模块复用	1. 可修改性强（封装） 2. 易开发、易理解、易复用，契合模块化思想	1. 接口耦合性 2. 标识耦合性（对象识别） 3. 可能引发副作用（状态不一致）
分层风格	将系统划分为若干层，每层提供对下一层的服务，上层只能通过下层接口与底层交互，常见分层：展示层、业务逻辑层、数据访问层	1. 层次清晰，易理解 2. 支持并行开发 3. 良好的复用性与可修改性	1. 接口/协议难以修改（强耦合） 2. 性能损失（禁止跨层调用） 3. 难确定层数与粒度
MVC风格	将系统划分为模型(Model)、视图(View)、控制器(Controller) 三部分的架构模式	1. 易开发 2. 视图和控制可独立修改 3. 支持多视图，适用于网络系统	1. 结构复杂，难理解 2. 模型修改困难

包的原则

内聚相关

• 共同封闭原则 CCP：包内的类对于同一性质的变化封闭，一个变化若对一个包产生影响，则对该包中的所有类产生影响，而对于其他包不造成任何影响

• 共同重用原则 CRP：包内的类应当被一起重用

  • 和 CCP 互斥，CCP 倾向于大包，CRP 倾向于小包

• 重用发布等价原则 REP：发布的粒度和重用的粒度一致

耦合相关

• 无环依赖原则 ADP：包间的依赖关系不能形成环路

• 稳定依赖原则 SDP：包只能依赖于更稳定的包，以避免修改

  • $C_a$：依赖于本包的包

  • $C_e$：本包依赖的包

  • $I=\frac{C_e}{C_a+C_e}$：包的稳定性指数，越小越稳定

• 稳定抽象原则 SAP：包的稳定性和抽象度匹配， $I+A=1$

  • $N_a$：抽象类数量

  • $N_c$：所有类数量

  • $A=\frac{N_a}{N_c}$：包的抽象度指数，越大越抽象

包设计过程

1. 使用 CCP 把可能一同变化的类组织成包

2. 使用 CRP REP 指导包的组合

3. 使用 ADP SDP SAP 优化依赖关系

考试题

Spring Boot 基础知识补充

对象类型	作用·
PO（Persistent Object）	数据库实体对象，映射数据库表，用于持久化存储。
DTO（Data Transfer Object）	数据传输对象，用于 Controller 与 Service 之间传递参数或数据。
VO（View Object）	视图对象，用于封装返回给前端的数据展示结构。

名称	主要职责	依赖关系	输入数据操作	返回数据操作
Controller	接收请求，校验参数，返回结果	调用 Service	JSON → DTO	VO → JSON
Service	处理业务逻辑	调用 Repository	DTO → PO	PO → VO
Repository	执行 CRUD 操作	直接与数据库交互	PO → SQL 操作	查询结果 → PO

画物理包图

包图

体系结构构建之间接口的定义

展示-逻辑层接口

public interface UserService {
    UserVO getUserById(Long userId);
    List<UserVO> getAllUsers();
    void createUser(UserVO userVO);
    void updateUser(Long userId, UserVO userVO);
    void deleteUser(Long userId);
}

逻辑-数据层接口

public interface UserRepository {
    UserPO findById(Long userId);
    List<UserPO> findAll();
    void save(UserPO userPO);
    void update(UserPO userPO);
    void delete(Long userId);
}