编写软件架构文档说明，第 1 部分: 什么是软件架构，为什么为软件架构编写文档说明非常重要
引言 软件架构是一门学科，开始于 20 世纪 70 年代。面对不断增加的复杂性和开发复杂实时系统的压力，作为主流系统工程和软件开发的基本构造，软件架构应运而生。 与任何其他久经考验的学科一样，软件架构在诞生之初也面临许多挑战。软件架构表示系统的结构和行为方面。在早期为软件架构编写文档说明时，所使用的文本和图解表达常常不足或者不够精确。所需的是某种一致并得到充分理解的伪（或元）语言，以便将对软件架构进行表示和编写文档说明的不同方式统一起来。在学术研究的推动下，在用于开发有效软件架构文档说明的最佳实践和指导原则方面，工程和计算机科学领域已取得了长足的发展。 在本系列中，您将了解如何编写软件架构文档说明。了解编写文档说明的不同方面：系统上下文、体系结构概述、功能体系结构、操作体系结构和体系结构决策。 在这第一篇文章中，了解软件架构是什么，以及为该学科的不同方面编写文档说明的重要性。 回页首软件架构不同的研究人员已解释了软件架构是什么，并且他们对有关如何最好地表示软件系统的体系结构具有不同的观点。其中没有哪一种解释是错误的；每种解释都具有自己的价值。Bass L 等人抓住了软件架构的本质： “程序或计算系统的软件架构是该系统的结构，包括软件组件、那些组件的外部可见的属性，以及那些组件之间的关系” 。 此定义重点关注由粗粒度的构造（软件组件）所构成的体系结构，可以将这些构造看作是体系结构的构建块。每个软件组件或体系结构构建块具有某些外部可见的属性，这是它向其他体系结构构建块公开的属性。软件组件的内部设计和实现细节不是系统的其他部分所关心的内容，系统的其他部分只是将某个特定组件视为一个黑盒。该黑盒具有某些所公开的属性，其他软件组件可以使用这些属性来共同实现业务或 IT 目标。软件架构在恰当的粒度级别标识体系结构构建块。软件架构还标识那些构建块如何彼此相关，并进行文档记录。 与软件工程相关的体系结构涉及到将单个系统分解或划分为一组可迭代地、渐进地和独立地构造的部分。各个部分彼此具有显式的关系。当组合在一起时，各个部分就形成了系统、企业或应用程序的体系结构。 关于体系结构与设计之间的区别，存在一些混淆。正如 Clements P 等人 所指出的，所有体系结构都是设计，但不是所有设计都是体系结构。需要绑定以使系统满足其功能性和非功能性需求和目标的设计本质上是体系结构。体系结构将体系结构构建块视为黑盒，而设计则处理体系结构构建块的配置、自定义和内部工作。体系结构将软件组件与其外部属性绑定在一起。设计通常要比体系结构松散得多，因为它允许以更多的方式遵守组件的外部属性。设计还考虑用于实现组件内部细节的各种方法。 软件架构可以递归地使用。请考虑一个属于某个系统的软件架构组成部分的软件组件 (C1)。软件架构师将该组件及其应该公开的属性、功能和非功能特性及其与其他软件组件的关系交给系统设计人员。设计人员在分析软件组件 C1 之后，决定将该组件分解为更细粒度的组件（C11、C12 和 C13），其中每个组件提供可重用的功能，这些功能将用于实现 C1 的要求属性。设计人员详细设计了 C11、C12、C13 及其接口。此时，对设计人员来说，C11、C12 和 C13 是体系结构构造（或组件）；其中每个构造具有显式定义的外部接口。对设计人员来说，C11、C12 和 C13 是软件组件 C1 的体系结构，并且这些构造需要进一步的改进和设计，以处理它们的内部实现。通过将大型、复杂的系统划分为小型的构成部分并集中于每个部分，可以递归地使用体系结构。 体系结构使用共同满足行为和质量目标的体系结构构建块将系统绑定在一起。参与者必须能够理解体系结构。因此必须为体系结构编写足够的文档说明，下一个部分将对此进行讨论。 回页首编写体系结构文档说明的重要性参与者：体系结构的下游设计和实现用户。为体系结构的定义、维护和增强功能进行投资的人。向参与者传达您正在构建的系统蓝图的关键是为系统体系结构编写文档说明。软件架构通过不同的视图进行表示——功能、操作、决策等等。没有任何单一视图能够表示整个体系结构。并非所有视图都需要表示特定企业或问题领域的系统体系结构。架构师将确定足以表示所需软件架构范畴的视图集。通过编写不同视图的文档说明并捕获每个部分的开发，您可以向开发团队和业务及 IT 参与者传达有关该不断发展的系统的信息。软件架构具有一组其预期要满足的业务和工程目标。体系结构的文档说明可以向参与者传达这些目标将如何实现。 为体系结构的各个方面编写文档说明，有助于架构师弥补用白板描述解决方案（使用框线图方法）与以对下游设计和实现团队有意义的方式表示解决方案之间众所周知的差距。体系结构的框线图留下了大量有待解释的空间。需要揭示的细节通常隐藏并令人混淆地固守在那些框线背后。 文档说明还可以促进创建切合实际并且可以系统开发（例如遵循标准模板）的体系结构构件。作为一门学科，软件架构是非常成熟的。您可以利用最佳实践和指导原则来为每种视图创建标准模板，以表示体系结构的某个部分或范畴。模板可以为架构师提供有关需要实际产生什么结果的训练。并且模板还可以帮助架构师执行强化训练——超越框线图技术。模板以更具体的术语定义体系结构，因此可直接追溯到解决方案预期要满足的业务和 IT 目标。 由于复杂性，典型的系统开发活动可能要花 18 个月左右的时间。人员缩减在设计和开发团队是司空见惯的事情，从而导致疯狂寻找恰当的替换人员。新的团队成员通常阻碍进度，因为他们必须经历一个学习过程才能成为高效的参与者。具有良好文档说明构件的软件架构可以提供： 对新团队成员进行有关解决方案需求教育的完美平台。有关解决方案如何满足业务和工程目标的说明。特定于问题领域的各种解决方案体系结构视图。对个人将处理的视图的重点关注。请考虑一个名为“体系结构决策”的假想构件（后续部分还将对此进行讨论）。此构件确定要解决的问题，并评估备选机制以解决该问题。此构件对为什么选择某种备选机制而不选择其他机制提供了论证。所确定的问题涉及到访问大型机 IBM DB2�0�3 表的机制。对两种备选机制进行了评估：使用 IBM MQSeries�0�3，或者使用 NEON Shadow Direct 适配器（一种供应商适配器）。尽管 MQSeries 具备相关功能并且花费较少，但是后者要稳定得多，并且在制定决策时，后者具有一定的优势。现在设想原架构师在一年后离开了该项目，新的架构师粉墨登场。新的架构师质问该团队为什么不使用 IBM MQSeries 来访问大型机 DB2 表。该团队很快返回到体系结构决策构件，并指出了做出该选择的原因。由于 IBM MQSeries 已在过去一年中经测试证明与另一个解决方案不相上下，并且由于其价格较低，于是对该决策进行了重新审视并做出更改以反映更新后的解决方案。 这个示例说明了为什么对系统软件架构的各个方面编写文档说明，是教育新团队成员和在最少的停机情况下帮助他们入门所必需的。 回页首体系结构的不同视图您已经了解到可以通过不同的视图来表示体系结构，每种视图集中于该体系结构的特定方面或范畴。正如 Bass L 等人 所指出的，视图 是由系统参与者编写和读取的体系结构元素或构造以及它们之间关系的内聚集合。 体系结构的功能 视图描述各个体系结构构建块、构建块之间的关系，以及如何将它们分配到体系结构中的不同层。操作 视图（也称为技术视图）描述各个基础结构和中间件软件组件，这些组件为将要部署的功能体系结构组件提供运行时平台。对应用程序架构师而言，功能视图具有第一位的重要性。对基础结构架构师而言，操作视图是要重点关注的视图。 这两种视图采用不同的方法解决相同的问题，两种视图都需要从概念体系结构推进到物理实现。视图用于强调特定的体系结构范畴，同时有意地抑制其他范畴。 自从20 世纪 90 年代以来，已经存在许多不同的视图集。Perry 和 Wolf 提出，关于构建具有多种视图的体系结构（包括软件架构），存在一些非常有趣的要点。发表软件架构的 4 + 1 视图的 Kruchten 认为存在五种视图，这些视图组合起来可以表示软件架构。下面将描述前四种视图。 视图描述逻辑视图处理静态设计模型流程视图处理设计的动态视图物理视图处理如何将软件组件映射到硬件基础设施开发视图表示软件组件在开发时环境中的静态组织 第五种视图更多的是一种 Litmus Test 视图。它采用一组在体系结构上非常重要的用例（业务场景），并说明如何将四种视图的每一种视图中的体系结构元素集与针对那些元素的体系结构约束和决策结合起来，用于实现那些用例。 由Soni 等人 在Applied Software Architecture 中发表的另一种视图由四种构成软件架构的主要视图组成：视图描述概念体系结构视图从主要设计元素及元素间的关系方面描述系统模块互连体系结构视图描述功能分解和如何在不同的层中安排软件模块执行体系结构视图描述系统的动态结构代码体系结构视图描述如何在开发环境中组织源代码、二进制文件和库 软件架构出版物中描述了许多其他视图，但是介绍所有这些视图超出了本文的范围。对软件架构的不同视图进行仔细分析后表明，不同的研究结果之间存在大量的相似性。我们拥有一个最常用于表示系统软件架构的最优视图集合。 下一个部分将提供一些构件的概述，建议将这些构件用作可在软件开发生命周期的体系结构阶段生成的体系结构文档的最小集。 回页首文档说明对象 可以对软件架构的许多不同视图或方面做文档说明。对于任何中大型软件开发项目，建议您至少为以下体系结构构件集编写文档说明：系统上下文系统上下文对表示为黑盒的整个系统如何与外部实体（系统和最终用户）交互做文档说明。它还定义系统与外部实体之间的信息和控制流。系统上下文用于对系统所在的操作环境进行澄清、确认和编写文档说明。外部系统的性质、其接口以及信息和控制流对体系结构中的技术构件的下游规范有帮助。体系结构概述体系结构概述通过简单的图示表示形式说明体系结构中的主要概念元素和关系。您可以产生包括企业视图和 IT 系统视图的体系结构概述关系图。概述帮助表示组织所需要的业务和 IT 功能。功能体系结构从以下方面描述 IT 系统的结构：IT 系统的软件组件的职责、接口、静态关系和协作来交付组件所需功能的方式。此构件在各个细化阶段中迭代地进行开发。操作体系结构操作体系结构构件表示计算机系统的网络，这些系统支持解决方案的某些性能、可伸缩性和容错等需求。此构件还运行中间件、系统软件和应用程序软件组件。此构件在各个细化阶段中迭代地进行开发。体系结构决策体系结构决策构件提供了对所有在体系结构上相关的决策编写文档说明的单一位置。决策通常涉及到但不限于： 系统的结构。标识中间件组件以支持集成需求。将功能分配到每个体系结构组件（体系结构构建块）。将体系结构构建块分配到体系结构中的各个层。遵守标准。选择技术以实现特定的体系结构构建块或功能组件。 对任何视为在体系结构上与满足业务和工程目标相关的决策编写文档说明。文档说明通常包括： 问题的确定。各种解决方案的评估，包括优点和缺点。选定的解决方案，包括足够的论证和其他将对下游设计和实现有帮助的相关详细信息。 本系列的其余部分将讨论如何对软件架构中的这五个构件编写文档说明。 回页首结束语 软件架构已经存在 30 多年了。过去几十年已见证了软件工程方面的大量工作。软件架构师在设计满足企业的业务、工程和 IT 目标的解决方案中起着中流砥柱的作用。为软件架构编写文档说明是极其重要的。您可以使用文档说明，就某个正在发展的系统与参与者进行交流。文档说明对于使新的团队成员迅速投入工作也是非常有用的，因为新的团队成员可以在实现解决方案时使用体系结构透视图作为上下文和边界前提。 关于什么在性质上是体系结构，什么在性质上不是体系结构，以及应该对系统的哪些方面做文档说明，一直存在大量的混淆。体系结构模板定义并标准化每种类型的构件中的内容，支持采用一致的方法来对软件架构编写文档说明。 在本文中，您了解了作为一门学科的软件架构，并了解了对体系结构的基本元素编写文档说明的重要性。您还阅读了建议作为文档说明最小集的体系结构构件的概述。请继续关注本系列的其他文章，它们将详述如何使用一组指导原则，以及如何对每个构件编写文档说明。参考资料 学习您可以参阅本文在 developerWorks 全球网站上的 英文原文。阅读已发布的软件架构定义的纲要。D. Perry 和 A. Wolf 撰写的“Foundations for the Study of Software Architecture”是关于软件架构的经典文章。阅读P. Kruchten 撰写的“Architectural Blueprints - The "4+1" View Model of Software Architecture”。Applied Software Architecture 提供了用于产生高质量软件设计的实用指导原则和技术。在developerWorks 的 Architecture 架构专区中，获取用以提高您在体系结构方面的技能的各种资源。浏览技术书店，以了解有关这些技术主题及其他技术主题的相关书籍。讨论参与论坛讨论。访问developerWorks Blog，从而加入到 developerWorks 社区中来。关于作者Tilak Mitra 是 IBM 的一名高级认证执行 IT 架构师。他擅长 SOA，在 SOA 的业务策略和方向方面为 IBM 提供帮助。他还是一位 SOA 主题专家，帮助客户进行基于 SOA 的业务转换，并重点关注复杂和大型的企业架构。他目前的工作重点是围绕组合业务服务（Composite Business Services，CBS）构建可重用的资产，这些资产能够在多种平台上运行，例如 IBM、SAP 等的 SOA 堆栈。他生活在阳光明媚的南佛罗里达，闲暇时，他非常喜欢参加板球和乒乓球活动。Tilak 在印度加尔各答的 Presidency 学院获得了物理学学士学位，并且已经在班加罗尔的印度科学学院获得了电子工程学学士和硕士学位。访问 Tilak 的 blog，了解关于 SOA 的更多信息。您可以在 LinkedIn 上查看 Tilak Mitra 的个人简介。 关闭[x]关于报告滥用的帮助报告滥用谢谢! 此内容已经标识给管理员注意。关闭[x]关于报告滥用的帮助报告滥用报告滥用提交失败。 请稍后重试。关闭[x]developerWorks：登录IBM ID：需要一个 IBM ID？忘记IBM ID？密码：忘记密码？更改您的密码 保持登录。单击提交则表示您同意developerWorks 的条款和条件。 使用条款 当您初次登录到 developerWorks 时，将会为您创建一份概要信息。您在developerWorks 概要信息中选择公开的信息将公开显示给其他人，但您可以随时修改这些信息的显示状态。您的姓名（除非选择隐藏）和昵称将和您在 developerWorks 发布的内容一同显示。所有提交的信息确保安全。关闭[x]请选择您的昵称：当您初次登录到 developerWorks 时，将会为您创建一份概要信息，您需要指定一个昵称。您的昵称将和您在 developerWorks 发布的内容显示在一起。昵称长度在 3 至 31 个字符之间。 您的昵称在 developerWorks 社区中必须是唯一的，并且出于隐私保护的原因，不能是您的电子邮件地址。昵称：（长度在 3 至 31 个字符之间）单击提交则表示您同意developerWorks 的条款和条件。 使用条款. 所有提交的信息确保安全。为本文评分评论回页首
软件架构作为一个概念，体现在技术和业务两个方面。
从技术角度来说：软件架构随着技术的革新不断地更新其内容，软件架构建立于当前技术和一些基本原则的基础之上。
先说一些基本原则：
分层原则：分层是为了降低软件深度复杂性而使用的关键思想，就像社会有了阶级一样，软件有了层次结构。
模块化原则：模块化是化解软件广度复杂的必然手段，模块化的目的就是让软件分工。
接口实现分离原则随着软件模块化的不断深入改进，面向接口编程而不是面向实现编程可以让复杂度日趋增高的软件降低模块之间的耦合度，从而让各模块更轻松改进。从这个原则出发，软件也从微观进行了细致的规范化。
还有两个比较小但很重要的原则：
细节隐藏原则很显然把复杂问题简化，把难看的细节隐去，能让软件结构更清晰。其实这个原则使用很普遍，java/c++语言中的封装原则以及设计模式中的Facade(外观)模式就很能体现这个原则的精神。
依赖倒置原则随着软件结构的进一步发展,层与层之间、模块与模块之间的依赖逐渐加深，而层、模块的动态可插拔要求不端增大。依赖倒置原则可看视为接口实现分离原则的深化，根据此原则的精神，软件进入了工具时代。这个原则有点类似于知名的好莱坞法则：Don't call us, we'll call you。
以上这些原则奠定了我们的软件架构的价值指标。但软件架构毕竟是建立在当前技术之上的。而每一代技术都有架构模式。过去的不再说了，让我们就来看一下当前流行的技术，以及当前我们能采用的架构。
因为面向对象是当前最流行开发技术，且设计模式的大量使用使面向对象的走向成熟，而数据库是当前最有效的存储结构、web界面是当前最流行的用户接口，所以当前最典型的三层次架构就架构在以上几项技术的基础之上，用数据库作存储层、用面向对象来实现业务层、用web来作为用户接口层。我们从三层次架构谈起：
因为面向对象技术和数据库技术不适配，所以在标准三层次架构的基础上，我们增加了数据持久层，来管理O-R双向映射，但目前一直没有最理想的实现技术。cmp和entity bean技术因为其实现复杂，功能前景有限，已接近被淘汰的边缘。JDO及hibernate作为o-r映射的后期之秀，尤其是hibernate，功能相当完备。推荐作为持久层的首选
在业务层，因为当前业务日趋负载，且变动频繁，所以我们必须有足够敏捷的技术来保证我们的适应变化的能力，在标准j2ee系统中session bean负责业务处理，且有不错的性能表现，但采用ejb系统对业务架构模式改变太大，且其复杂而昂贵，业务代码移植性差。而spring 作为一个bean配置的轻量级架构，漂亮的IOC模式实现，对业务架构影响小，所以推荐作为中间层业务框架。
在用户结构层,虽然servlet/jsp/jstl/javaBean 能够实现MVC架构，但终究过于粗糙。struts对MVC架构的实现就比较完美，Taperstry也极好地实现MVC架构，且采用基于事件的方式，非常诱人，惜其不够成熟，我们仍旧推荐struts作为用户接口层基础架构。
因为业务层是三层次架构中最有决定意义的，所以让我们回到业务层细致地分析一下，在复杂的业务我们常常需要以下基础服务的一种或几种：事务一致 性服务acid(tool:jta/jts)、并发加锁服务concurrent&&lock、池化管理服务cache、访问控制服务(tool:jaas)、流程控制服务workflow、动态实现服务IOC，串行化消息服务(tool:jms)、负载平衡服务blance等。如果我们不采用重量级应用服务器(如weblogic,websphere,jboss等)及重量级组件(EJB)，我们必须自己实现其中一些服务。虽然我们大 多情况下，不需要所有这些服务，但实现起来却非易事。幸运的是我们有大量的开源实现代码，但采用开源代码却常常是件不轻松的事。
随着xml作为结构化信息传输和存储地位日渐重要,一些xml文档操作工具(DOM,Digester,SAX等)的使用愈发重要，而随着 xml schema的java binding工具(jaxb,xmlbean等)工具的成熟，采用xml schema来设计xml文档格式，然后采用java binding来生成java bean 会成为主要编程模式,而这又进一步使数据中心向xml转移，使在中小数据量上,愈发倾向于以xquery为查询语言的xml数据库。现还有一个趋势， microsoft,ibm等纷纷大量开发中间软件如(microsoft office之infopath)，可以直接从xml schema 生成录入页面等非常实用的功能。还有web service 的广泛应用，都将对软件的架构有非常重大的影响。至于面向服务架构(SOA)前景如何，三层次架构什么时候走入历史，现还很难定论。
aop的发展也会对软件架构有很深的影响，但在面向对象架构里，无论aspectJ还是jboss-aop抑是aspectWerks、 nanning都有其自身的严重问题：维护性很差，所以说它将很难走远。也许作为一个很好的思想，它将在web service里大展身手。
rdf,owl作为w3c语义模型的标志性的语言，也很难想象能在当前业务架构发挥太大影响。但如果真如它所声称那样，广泛地改变着信息的结构。那么对软件架构也会有深远影响。
软件架构（software architecture）是一系列相关的抽象模式，用于指导大型软件系统各个方面的设计。 软件架构是一个系统的草图。软件架构描述的对象是直接构成系统的抽象组件。各个组件之间的连接则明确和相对细致地描述组件之间的通讯。在实现阶段，这些抽象组件被细化为实际的组件，比如具体某个类或者对象。在面向对象领域中，组件之间的连接通常用接口_(计算机科学)来实现。
软件体系结构是构建计算机软件实践的基础。与建筑师设定建筑项目的设计原则和目标，作为绘图员画图的基础一样，一个软件架构师或者系统架构师陈述软件构架以作为满足不同客户需求的实际系统设计方案的基础。
软件构架是一个容易理解的概念，多数工程师（尤其是经验不多的工程师）会从直觉上来认识它，但要给出精确的定义很困难。特别是，很难明确地区分设计和构架：构架属于设计的一方面，它集中于某些具体的特征。
在“软件构架简介”中，David GArlan 和 Mary Shaw 认为软件构架是有关如下问题的设计层次：“在计算的算法和数据结构之外，设计并确定系统整体结构成为了新的问题。结构问题包括总体组织结构和全局控制结构；通信、同步和数据访问的协议；设计元素的功能分配；物理分布；设计元素的组成；定标与性能；备选设计的选择。”[GS93]
但构架不仅是结构；IEEE Working Group on Architecture 把其定义为“系统在其环境中的最高层概念”[IEEE98]。构架还包括“符合”系统完整性、经济约束条件、审美需求和样式。它并不仅注重对内部的考虑，而且还在系统的用户环境和开发环境中对系统进行整体考虑，即同时注重对外部的考虑。
在 Rational Unified ProcESs 中，软件系统的构架（在某一给定点）是指系统重要构件的组织或结构，这些重要构件通过接口与不断减小的构件与接口所组成的构件进行交互。
从和目的、主题、材料和结构的联系上来说，软件架构可以和建筑物的架构相比拟。一个软件架构师需要有广泛的软件理论知识和相应的经验来事实和管理软件产品的高级设计。软件架构师定义和设计软件的模块化，模块之间的交互，用户界面风格，对外接口方法，创新的设计特性，以及高层事物的对象操作、逻辑和流程。
是一般而言，软件系统的架构（ArchitECture）有两个要素：
·它是一个软件系统从整体到部分的最高层次的划分。
一个系统通常是由元件组成的，而这些元件如何形成、相互之间如何发生作用，则是关于这个系统本身结构的重要信息。
详细地说，就是要包括架构元件（Architecture Component）、联结器（Connector）、任务流（TASk-flow）。所谓架构元素，也就是组成系统的核心"砖瓦"，而联结器则描述这些元件之间通讯的路径、通讯的机制、通讯的预期结果，任务流则描述系统如何使用这些元件和联结器完成某一项需求。
·建造一个系统所作出的最高层次的、以后难以更改的，商业的和技术的决定。
在建造一个系统之前会有很多的重要决定需要事先作出，而一旦系统开始进行详细设计甚至建造，这些决定就很难更改甚至无法更改。显然，这样的决定必定是有关系统设计成败的最重要决定，必须经过非常慎重的研究和考察。
历史
早在1960年代，诸如E·W·戴克斯特拉就已经涉及软件架构这个概念了。自1990年代以来，部分由于在 Rational Software Corporation 和MiCROSoft内部的相关活动，软件架构这个概念开始越来越流行起来。
卡内基梅隆大学和加州大学埃尔文分校在这个领域作了很多研究。卡内基·梅隆大学的Mary Shaw和David Garlan于1996年写了一本叫做 Software Architecture perspective on an emerging DIscipline的书，提出了软件架构中的很多概念，例如软件组件、连接器、风格等等。 加州大学埃尔文分校的软件研究院所做的工作则主要集中于架构风格、架构描述语言以及动态架构。
计算机软件的历史开始于五十年代，历史非常短暂，而相比之下建筑工程则从石器时代就开始了，人类在几千年的建筑设计实践中积累了大量的经验和教训。建筑设计基本上包含两点，一是建筑风格，二是建筑模式。独特的建筑风格和恰当选择的建筑模式，可以使一个独一无二。
下面的照片显示了中美洲古代玛雅建筑，Chichen-Itza大金字塔，九个巨大的石级堆垒而上，九十一级台阶（象征着四季的天数）夺路而出，塔顶的神殿耸入云天。所有的数字都如日历般严谨，风格雄浑。难以想象这是石器时代的建筑物。
图1、位于墨西哥Chichen-Itza（在玛雅语中chi意为嘴chen意为井）的古玛雅建筑。（摄影：作者）
软件与人类的关系是架构师必须面对的核心问题，也是自从软件进入历史舞台之后就出现的问题。与此类似地，自从有了建筑以来，建筑与人类的关系就一直是建筑设计师必须面对的核心问题。英国首相丘吉尔说，我们构造建筑物，然后建筑物构造我们（We shape our buildings, and afterwaRDS our buildings shape us）。英国下议院的会议厅较狭窄，无法使所有的下议院议员面向同一个方向入座，而必须分成两侧入座。丘吉尔认为，议员们入座的时候自然会选择与自己政见相同的人同时入座，而这就是英国政党制的起源。Party这个词的原意就是"方"、"面"。政党起源的关键就是建筑物对人的影响。
在软件设计界曾经有很多人认为功能是最为重要的，形式必须服从功能。与此类似地，在建筑学界，现代主义建筑流派的开创人之一Louis Sullivan也认为形式应当服从于功能（FORMs follows function）。
几乎所有的软件设计理念都可以在浩如烟海的建筑学历史中找到更为遥远的历史回响。最为著名的，当然就是模式理论和XP理论。
架构的目标是什么
正如同软件本身有其要达到的目标一样，架构设计要达到的目标是什么呢？一般而言，软件架构设计要达到如下的目标：
·可靠性（Reliable）。软件系统对于用户的商业经营和管理来说极为重要，因此软件系统必须非常可靠。
·安全行（Secure）。软件系统所承担的交易的商业价值极高，系统的安全性非常重要。
·可扩展性（SCAlable）。软件必须能够在用户的使用率、用户的数目增加很快的情况下，保持合理的性能。只有这样，才能适应用户的市场扩展得可能性。
·可定制化（CuSTomizable）。同样的一套软件，可以根据客户群的不同和市场需求的变化进行调整。
·可扩展性（Extensible）。在新技术出现的时候，一个软件系统应当允许导入新技术，从而对现有系统进行功能和性能的扩展
·可维护性（MAIntainable）。软件系统的维护包括两方面，一是排除现有的错误，二是将新的软件需求反映到现有系统中去。一个易于维护的系统可以有效地降低技术支持的花费
·客户体验（Customer Experience）。软件系统必须易于使用。
·市场时机（Time to Market）。软件用户要面临同业竞争，软件提供商也要面临同业竞争。以最快的速度争夺市场先机非常重要。
架构的种类
根据我们关注的角度不同，可以将架构分成三种：
·逻辑架构、软件系统中元件之间的关系，比如用户界面，数据库，外部系统接口，商业逻辑元件，等等。
比如下面就是笔者亲身经历过的一个软件系统的逻辑架构图
图2、一个逻辑架构的例子
从上面这张图中可以看出，此系统被划分成三个逻辑层次，即表象层次，商业层次和数据持久层次。每一个层次都含有多个逻辑元件。比如WEB服务器层次中有HTML服务元件、Session服务元件、安全服务元件、系统管理元件等。
·物理架构、软件元件是怎样放到硬件上的。
比如下面这张物理架构图描述了一个分布于北京和上海的分布式系统的物理架构，图中所有的元件都是物理设备，包括网络分流器、代理服务器、WEB服务器、应用服务器、报表服务器、整合服务器、存储服务器、主机等等。
图3、一个物理架构的例子
·系统架构、系统的非功能性特征，如可扩展性、可靠性、强壮性、灵活性、性能等。
系统架构的设计要求架构师具备软件和硬件的功能和性能的过硬知识，这一工作无疑是架构设计工作中最为困难的工作。
此外，从每一个角度上看，都可以看到架构的两要素：元件划分和设计决定。
首先，一个软件系统中的元件首先是逻辑元件。这些逻辑元件如何放到硬件上，以及这些元件如何为整个系统的可扩展性、可靠性、强壮性、灵活性、性能等做出贡献，是非常重要的信息。
其次，进行软件设计需要做出的决定中，必然会包括逻辑结构、物理结构，以及它们如何影响到系统的所有非功能性特征。这些决定中会有很多是一旦作出，就很难更改的。
根据作者的经验，一个基于数据库的系统架构，有多少个数据表，就会有多少页的架构设计文档。比如一个中等的数据库应用系统通常含有一百个左右的数据表，这样的一个系统设计通常需要有一百页左右的架构设计文档。
构架描述
为了讨论和分析软件构架，必须首先定义构架表示方式，即描述构架重要方面的方式。在 Rational Unified Process 中，软件构架文档记录有这种描述。
构架视图
我们决定以多种构架视图来表示软件构架。每种构架视图针对于开发流程中的涉众（例如最终用户、设计人员、管理人员、系统工程师、维护人员等）所关注的特定方面。
构架视图显示了软件构架如何分解为构件，以及构件如何由连接器连接来产生有用的形式 [PW92]，由此记录主要的结构设计决策。这些设计决策必须基于需求以及功能、补充和其他方面的约束。而这些决策又会在较低层次上为需求和将来的设计决策施加进一步的约束。
典型的构架视图集
构架由许多不同的构架视图来表示，这些视图本质上是以图形方式来摘要说明“在构架方面具有重要意义”的模型元素。在 Rational Unified Process 中，您将从一个典型的视图集开始，该视图集称为“4+1 视图模型”[KRU95]。它包括：
用例视图：包括用例和场景，这些用例和场景包括在构架方面具有重要意义的行为、类或技术风险。它是用例模型的子集。
逻辑视图：包括最重要的设计类、从这些设计类到包和子系统的组织形式，以及从这些包和子系统到层的组织形式。它还包括一些用例实现。它是设计模型的子集。
实施视图：包括实施模型及其从模块到包和层的组织形式的概览。 同时还描述了将逻辑视图中的包和类向实施视图中的包和模块分配的情况。它是实施模型的子集。
进程视图：包括所涉及任务（进程和线程）的描述，它们的交互和配置，以及将设计对象和类向任务的分配情况。只有在系统具有很高程度的并行时，才需要该视图。在 Rational Unified Process 中，它是设计模型的子集。
配置视图：包括对最典型的平台配置的各种物理节点的描述以及将任务（来自进程视图）向物理节点分配的情况。只有在分布式系统中才需要该视图。它是部署模型的一个子集。
构架视图记录在软件构架文档中。您可以构建其他视图来表达需要特别关注的不同方面：用户界面视图、安全视图、数据视图等等。对于简单系统，可以省略 4+1 视图模型中的一些视图。
构架重点
虽然以上视图可以表示系统的整体设计，但构架只同以下几个具体方面相关：
模型的结构，即组织模式，例如分层。
基本元素，即关键用例、主类、常用机制等，它们与模型中的各元素相对。
几个关键场景，它们表示了整个系统的主要控制流程。
记录模块度、可选特征、产品线状况的服务。
构架视图在本质上是整体设计的抽象或简化，它们通过舍弃具体细节来突出重要的特征。在考虑以下方面时，这些特征非常重要：
系统演进，即进入下一个开发周期。
在产品线环境下复用构架或构架的一部分。
评估补充质量，例如性能、可用性、可移植性和安全性。
向团队或分包商分配开发工作。
决定是否包括市售构件。
插入范围更广的系统。
构架模式
构架模式是解决复发构架问题的现成形式。构架框架或构架基础设施（中间件）是可以在其上构建某种构架的构件集。许多主要的构架困难应在框架或基础设施中进行解决，而且通常针对于特定的领域：命令和控制、MIS、控制系统等等。
构架模式示例
[BUS96] 根据构架模式最适用的系统的特征将其分类，其中一个类别处理更普遍的结构问题。下表显示了 [BUS96] 中所提供的类别和这些类别所包含的模式。
类别 模式
结构 层
管道和过滤器
黑板
分布式系统 代理
交互系统 模型-视图-控制器
表示-抽象-控制
自适应系统 反射
微核
软件构架是一个容易理解的概念，多数工程师（尤其是经验不多的工程师）会从直觉上来认识它，但要给出精确的定义很困难。特别是，很难明确地区分设计和构架：构架属于设计的一方面，它集中于某些具体的特征。
在“软件构架简介”中，David Garlan 和 Mary Shaw 认为软件构架是有关如下问题的设计层次：“在计算的算法和数据结构之外，设计并确定系统整体结构成为了新的问题。结构问题包括总体组织结构和全局控制结构；通信、同步和数据访问的协议；设计元素的功能分配；物理分布；设计元素的组成；定标与性能；备选设计的选择。”[GS93]
但构架不仅是结构；IEEE Working Group on Architecture 把其定义为“系统在其环境中的最高层概念”[IEEE98]。构架还包括“符合”系统完整性、经济约束条件、审美需求和样式。它并不仅注重对内部的考虑，而且还在系统的用户环境和开发环境中对系统进行整体考虑，即同时注重对外部的考虑。
在 Rational Unified Process 中，软件系统的构架（在某一给定点）是指系统重要构件的组织或结构，这些重要构件通过接口与不断减小的构件与接口所组成的构件进行交互。
为阐明其含义，下面将详述其中的两个；完整说明请参见 [BUS96]。模式以下列广泛使用的形式来表示：
模式名
环境
问题
影响，描述应考虑的不同问题方面
解决方案
基本原理
结果环境
示例
模式名
层
环境
需要进行结构分解的大系统。
问题
必须处理不同抽象层次的问题的系统。例如：硬件控制问题、常见服务问题和针对于不同领域的问题。最好不要编写垂直构件来处理所有抽象层次的问题。否则要在不同的构件中多次处理相同的问题（可能会不一致）。
影响
系统的某些部分应当是可替换的
构件中的变化不应波动
相似的责任应归为一组
构件大小 -- 复杂构件可能要进行分解
解决办法
将系统分成构件组，并使构件组形成层叠结构。使上层只使用下层（决不使用上层）提供的服务。尽量不使用非紧邻下层提供的服务（不跳层使用服务，除非中间层只添加通过构件）。
示例：
1. 通用层
严格的分层构架规定设计元素（类、构件、包、子系统）只能使用下层提供的服务， 服务可以包括事件处理、错误处理、数据库访问等等。 相对于记录在底层的原始操作系统级调用，它包括更明显的机制。
2. 业务系统层
上图显示了另一个分层示例，其中有垂直特定应用层、水平层和基础设施层。注意：此处的目标是采用非常短的业务“烟囱”并实现各种应用程序间的通用性。 否则，就可能有多个人解决同一问题，从而导致潜在的分歧。
有关该模式的深入讨论，请参见指南：分层。
模式名
黑板
环境
没有解决问题的确定方法（算法）或方法不可行的领域。例如 AI 系统、语音识别和监视系统。
问题
多个问题解决顾问（知识顾问）必须通过协作来解决他们无法单独解决的问题。各顾问的工作结果必须可以供所有其他顾问访问，使他们可以评估自己是否可以参与解决方案的查找并发布其工作结果。
影响
知识顾问参与解决问题的顺序不是确定的，这可能取决于问题解决策略
不同顾问的输入（结果或部分解决方案）可能有不同的表示方式
各顾问并不直接知道对方的存在，但可以评估对方发布的工作
解决办法
多名知识顾问都可访问一个称为“黑板”的共享数据库。黑板提供监测和更新其内容的接口。控制模块/对象激活遵循某种策略的顾问。激活后，顾问查看黑板，以确定它是否能参与解决问题。如果顾问决定它可以参与，控制对象就可以允许顾问将其部分（或最终）解决方案放置于黑板上。
示例：
以上显示了使用 UML 建模的结构或静态视图。 它将成为参数化协作的一部分，然后会绑定到实参上对模式进行实例化。
构架风格
软件构架（或仅是构架视图）可以具有名为构架风格的属性，该属性减少了可选的形式，并使构架具有一定程度的一致性。样式可以通过一组模式或通过选择特定构件或连接器作为基本构件来定义。对给定系统，某些样式可作为构架描述的一部分记录在构架风格指南（Rational Unified Process 中设计指南文档的一部分）中。样式在构架的可理解性与完整性方面起着主要的作用。
构架设计图
构架视图的图形描述称为构架设计图。对于以上描述的各种视图，设计图由以下统一建模语言图组成 [UML99]：
逻辑视图：类图、状态机和对象图。
进程视图：类图与对象图（包括任务 - 进程与线程）。
实施视图：构件图。
部署视图：配置图。
用例视图：用例图描述用例、主角和普通设计类；顺序图描述设计对象及其协作关系。
构架设计流程
在 Rational Unified Process 中，构架主要是分析设计工作流程的结果。当项目再次进行此工作流程时，构架将在一次又一次迭代中不断演化、改进、精炼。由于每次迭代都包括集成和测试，所以在交付产品时，构架就相当强壮了。构架是精化阶段各次迭代的重点，构架的基线通常会在此阶段结束时确定。
架构师
软体设计师中有一些技术水平较高、经验较为丰富的人，他们需要承担软件系统的架构设计，也就是需要设计系统的元件如何划分、元件之间如何发生相互作用，以及系统中逻辑的、物理的、系统的重要决定的作出。
这样的人就是所谓的架构师（Architect）。在很多公司中，架构师不是一个专门的和正式的职务。通常在一个开发小组中，最有经验的程序员会负责一些架构方面的工作。在一个部门中，最有经验的项目经理会负责一些架构方面的工作。
但是，越来越多的公司体认到架构工作的重要性，并且在不同的组织层次上设置专门的架构师位置，由他们负责不同层次上的逻辑架构、物理架构、系统架构的设计、配置、维护等工作。
架构设计是一个大家耳熟能详的词，基本都烂大街了。
可是，到底什么是架构设计呢？估计很多人就回答不上来了。
下面就来详细聊聊什么是架构设计，以及对架构设计的一些基本认识。
软件架构设计指的是：对一个软件系统进行的架构定义、文档编写、维护和改进、并验证实现的一系列活动，架构设计的产物就是一个系统的架构。
架构设计实际上是一个过程，围绕着软件系统，对它的架构，进行定义、文档编写、维护和改进、并验证实现等，把这一系列活动组合起来，就是我们所说的架构设计。
架构设计的产物，也就是结果，就是架构，这也是架构和架构设计的关系。
架构设计是一门科学，这个已经是业界共识。但是作为一门科学来讲，它一定要有它自己的基础理论，基础方法，也会有一些实现的方法论。
架构设计作为一门科学来说，还很不成熟。目前架构设计的基础理论还不是很完善，方法论上，更是百花齐放，大家都还处于一个探索的阶段。
从科学上来讲，架构设计主要关注架构设计过程当中的：技术、流程、资源、方法；以及如何去完善并改进架构。
刚讲到架构设计这门科学还很不成熟，再加上技术领域更新很快，新技术、新思想、新方法 层出不穷。
我们总会面对很多新兴的、没有先例的系统，可能会应用新的框架、新的技术、新的解决方案来实现系统。
因此，做架构设计的时候，是需要一定的创造力的。当然，艺术细胞缺乏的人员也不用太担心，架构设计上还是有很多是有章可循的，多半是在已有的架构体系上去做一些微调，微创新，并不是完全从零开始。
架构设计不是一蹴而就的，通常也是由粗到精，刚开始，可能只有一个粗略的架构设计，然后不断迭代和演化，逐步推进，去完善和细化，这样的过程。
这个可能有些人不太理解，认为说，软功过程里面，不是有专门的概要设计、详细设计的时间吗？架构设计不就是在这些设计阶段去完成的吗？做完设计了，把文档发下去，不就没事了吗？
有些公司也是这么干的，实际上这是有问题的。
架构设计会跨越软工的完整流程，对于一些大型的或者是重要的项目，可能立项期间，架构师就要参与，做一些粗略的架构规划，有两个基本的原因：
1：能不能做得了这件事
2：按照粗略的架构规划做下去，大致的成本会有多大
立项的时候，就要去考虑你的成本，风险和投资收益。
也就是说，立项的时候，架构师可能就需要参与，那就更不用说需求阶段、设计阶段了，架构师是肯定要参与的，前面讲需求分析的时候已经讲过了，这里就不多啰嗦。
到了编码阶段，有些人可能认为架构师是不参与的，这是不对的。架构师需要参与，只是参与的少一些，主要是一些重点、难点的地方，或者是公共基础功能，由架构师来实现。
另外在编码阶段，架构师还有一个重要的任务，就是确保开发人员按照架构设计去实现，不要乱做。这就需要两个基本的方式，一个是架构师要把架构设计的成果，跟开发人员讲解清楚，并不断沟通；另外一个就是要不断检查，Review，以确保架构设计的落地实现不出大的偏差。
后面的测试、部署、运维等阶段，架构师要做一些技术咨询，或者是技术指导的工作。架构设计里面，本来就包含部署架构的设计，因此，架构师也会参与这些阶段，只是参与的少一些。
总之，架构设计需要关注所有利益相关者的要求，参与系统设计实现的所有人员，也都是系统的利益相关者，自然而然的，架构设计就需要贯穿软工的整个流程了。
一个系统，要关注的方方面面是很多的，利益相关者也很多，大家关注点各有不同。
这就意味着，在做架构设计的时候，需要不断去做决策，在众多关注点中去寻求平衡，所以有人说，做架构设计，就是一种玩平衡的艺术。
比如：从技术上讲，A+B的方式是性能最高的；但是从成本上来看，A+C是最合适的。可能最后综合权衡后，B+C是各方都能接受的方案。
这种需要考虑的平衡很多，比如：技术和成本的平衡；方案适用性年限的平衡，是满足1-3年就够了，还是要考虑8-10年；技术方案和当前开发人员技能的平衡；性能和成本的平衡等等，非常多。
架构设计是一个过程，需要在这个过程中，不断去考虑各利益相关者的要求，并不断折中平衡，因此架构设计的产物，也就是架构，自然就是各方利益相关者的共识了。
要做出好的架构设计，经验是不可或缺的，不会每次都是从零开始。
比如以前做过类似的系统；或者是学习到的一些好的架构模式，设计模式，一些现成的组件；或者是一些开源的框架等等的，这些我们都可以看成是可重用的资源。
我们做架构设计的时候，需要不断去积累这样子的可重用资源，形成自己的工具箱。这样当我们在做一个系统的架构设计的时候，就有了很多备用的工具或手段。
有了这些经验和资源的积累，会使得新系统的架构设计变得更容易。
1、MicrosoftOfficeVisio
OfficeVisio是office软件系列中的负责绘制流程图和示意图的软件，是一款便于IT和商务人员就复杂信息、系统和流程进行可视化处理、分析和交流的软件。
2、ProcessOn
是一款网页版的在线作图工具，优点是无需下载安装、破解这些破事，同时支持在线协作，可以多人同时对一个文件协作编辑，而且上手比较容易，它提供很多流程图模版，可以方便的画出流程图、思维导图、原型图、UML图。
3、OmniGraffle
OmniGraffle可以用来绘制图表，流程图，组织结构图以及插图，也可以用来组织头脑中思考的信息，组织头脑风暴的结果，绘制心智图，作为样式管理器，或设计网页或PDF文档的原型。只能于运行在MacOSX和iPad平台之上。
4、亿图
是一款基于矢量的绘图工具，包含大量的事例库和模板库。可以很方便的绘制各种专业的业务流程图、组织结构图、商业图表、程序流程图、数据流程图、工程管理图、软件设计图、网络拓扑图等等。
5、AxureRP
AxureRP是美国AxureSoftwareSolution公司旗舰产品，是一个专业的快速原型设计工具，让负责定义需求和规格、设计功能和界面的专家能够快速创建应用软件或Web网站的线框图、流程图、原型和规格说明文档。
Architect/Architecture ?
软件工程 ~ 建筑工程
人的因素，
标准的因素，
技术的因素,
产品的因素，，，软件边际成本是0。
什么是架构
国际标准化组织（International Orgranization for Standardization，ISO）系统和软 件工程标准认为，系统的架构是一系列基本概念或者系统在其环境中表现出来的属性， 体现在它的元素、关系及设计和发展的原则中。
1.架构过程：在系统整个生命周期中构思、定义、表达、记录、交流，验证合适实现，维护和改 进架构的过程，也就是设计过程。
2.架构：一个系统体现在其环境中的元素、关系的基本概念或属性，以及其设计和进化原则。
3.架构描述：表达一个架构的工作产出物（通常指的是各种架构图和设计文档）。
4.架构视图：通过系统的某些关注点的视角，表达一个系统的工作产出物（例如部署视图、开发 视图等）。
5.系统：包含了一个或多个进程，硬件，软件，工具与可以满足需求的人的集合。
6.环境：决定了开发、操作、策略和其他影响系统的设置和条件。
什么是架构
总结：软件架构是一个用于指导系统实现的草图，这个草图越详细对于系统实现的指导 意义越重大，贯穿于软件的整个生命周期。
在建筑领域，大楼尚未建造前，就已经存在于建筑师的脑海里；同样地，系统开始编写 第一行代码之前，就已经存在于软件架构师的心里。至于怎么样把架构草图表达出来呢？ 我们一般都是采用架构图和设计文档的形式。
架构相关的文档就是，用来描述和交流系统架构的媒介
架构的一些概念
架构领域长时间发展，积累了很多的概念和基础知识。 例如，我们经常说得软件领域名词还有模式、组件、服务、模块、类库、框架，平台等，
他们跟架构有什么关系和区别呢？
架构的一些概念-模式
模式是表示上下文环境、动机、解决方案三个方面关系的一个规则，每个模式描述了一 个在特定上下文环境里不断重复发生的问题的一类解决方案。UML中给出的解释更通 俗易懂：模式是对于普遍问题的普遍解决方案。 我们把一类问题的共性抽象出来，这样就可以用同样的处理办法去解决这些问题，从而 形成模式，所以模式是一些经验的总结。 从这个角度来说，软件架构作为一种软件设计过程的指导准则，也是一些经验的积累和 问题的抽象，同样也可以作为一种模式。 更一般的，依据于处理问题领域的粒度不同，我们可以把模式分为架构模式(Architectural Pattern)、设计模式(Design Pattern)、实现模式(Implementation Pattern)三个层次。 • 架构模式是最高层次的模式，在软件过程里描述系统的基础结构、子系统划分，确定职责和边 界，以及相互作用关系。 • 设计模式是用来处理解决程序设计里具体场景下的问题的解决办法。 • 实现模式是最低层次的具体问题处理办法，例如编码规范、命名规则等。
架构的一些概念-类库
类库（Library）是一组可复用的功能或工具的集合，应用系统通过调用它们从而达到 复用功能的目的。 例如，windows应用开发里的各种静态或动态链接库DLL文件，Java开发里项目里依赖 的或者maven中央库里的各种jar包，都是Library，比如apache commons-io、 httpclient，log4j等。 类库根据其所在的语言或平台环境的不同，可以是编译后的二进制执行码或中间码形式 （DLL或jar），也可以是源代码（PHP、NodeJS里的类库）。类库的调用关系一般在 开发期引入到目标应用的项目中，运行期执行实际调用。
架构的一些概念-框架
框架是基于一组类库或工具，在特定领域里根据一定的规则组合成的、开放性的应用骨 架，比如SSM/SSH框架，甚至Dotnetfx、JDK都算是一种框架。框架具有如下特性： a）支撑性+扩展性：框架不解决具体的业务功能问题，我们可以在框架的基础上添加各种具体的业务功能、 定制特性，从而形成具体的业务应用系统。 b）聚合性+约束性：框架是多种技术点的按照一定规则的聚合体。我们采用了某种框架也就意味着做出了技 术选型的取舍。在很多种可能的技术组合里确定了一种具体的实现方式，后续的其他工作都会从这些技术出 发，也需要遵循这些规则，所以框架本身影完整版获取加微信wxywd8 响到研发过程里的方方面面。 在一个具体的框架之上添加一些基本或可复用的功能，这时候就得到一个介于框架和应 用之间的结构，我们一般叫脚手架（Scaffold），可以用来快速的实现类似项目。
架构的一些概念-模块
模块（Module） 模块是业务或系统的按照特定维度的一种切分，同时也可以看做是各种功能按照某种分 类聚合的一种形式。例如我们的一个电商系统，可以从业务上划分为用户模块，商品模 块，订单模块，支付模块，物流模块，售后模块等。另一方面，我们也可以说用户模块 聚合了用户注册、用户验证等业务功能。这样，我们在设计和开发过程中，就可以按照 模块的维度去组织，比如每个模块新建一个源码的子项目（subproject）、打包成一个 单独的jar包，也可以放到一个项目里用不同的package名称来区分等。模块一般是系 统在较大粒度上的解耦切分，仅次于系统或子系统的级别。
