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进行软件架构设计的益处

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illustration我在这个系列文章中的第一篇文章中讲述了什么是软件架构,在第二篇文章中定义了软件构架师的角色特征,在第三篇文章中涉及到了在软件架构设计过程下的主题或者特征。第四篇也就是最后一篇文章将会讲述一个商业和IT组织得自于一个健全的软件体系架构的益处。

一般来说,软件架构设计是降低成本,改进质量,按时交付产品和按需交付产品的关键因素。在这篇文章中,我将会把讨论的焦点放在实现这些目标所能带来的好处上面。 作为一个构架师,证明我们的存在是没有任何意义的。这个部分将会提供一些方法,这些方法对于把处理架构设计作为一个软件开发过程的关键部分是很有用处的。

架构设计能够满足系统的品质

系统的功能性是软件构架师通过组成体系架构的多种元素之间的交互作用来支持的。然而,架构设计的一个关键特性是,系统的品质是通过某些手段来实现的。软件的品质,例如性能,安全性和可维护性等,它们在缺少统一的架构设计视图时是无法实现的,因为这些品质并不是被限制在一个单一的架构设计元素中,而是渗透在整个架构设计体系中的。 例如,为了满足性能要求,可能需要考虑体系架构中的每一个组件的实现时间,同时还要考虑各组件之间通讯所花费的时间。同样地,为了满足安全性要求,可能需要考虑两个组件之间自然的通讯,并且要在需要的特定的地方引入安全性提示组件。所有的这些关系都属于体系架构,在上面的例子中,这些关系包括组件自身的和组件之间的。

一个和架构设计相关的好处是,我们可以尽早的评估项目开发周期中的这些品质。架构设计模型的建立,通常是为了明确的确定我们已经满足了这些品质的要求。这是非常重要的,因为不论写在纸上的体系架构多么的完美,实现的软件才是评价体系架构是否达到这些品质的要求的唯一标准。

架构设计使我们达成一致的目标

架构设计的过程使得不同的涉众达成一致的目标,因为架构设计提供了一个辩论系统解决方案的媒体。为了支持这种辩论,体系架构的过程需要确保架构设计被清楚地传达与理解。一个被有效传达的体系架构使得涉众们可以辩论决议和权衡,反复讨论,最终达成共识。相反,如果一个体系架构没有被有效的传达,那么这种辩论将不会发生。没有了有效的传达,体系架构所带来的结果可能会是低品质的。

在一条相关的说明中,体系架构可能会使构架师之间或者新成员与老成员之间的辩论达成一致(以及他们之间的视图)。我们需要再次强调,只有体系架构被有效传达,它所带来的这个好处才能体现出来。清楚地了解他们正在做什么的开发小组更可能按照需求完成产品的开发。

为此,我再次强调恰当的文档化体系架构是非常重要的,这是软件构架师的主要职责。同样的,一个架构设计的概念证明是一个证明体系架构是否满足最初的需求的极好的方法。

架构设计能够支持计划编制过程

架构设计的过程支持一些步骤。很明显,它支持设计和实现活动,因为体系架构是直接使用到这些活动中的。然而,在架构设计过程所带来的好处中,我们可以证明其中最主要的好处通常是那些和支持相关的,被提供给项目计划和项目管理的活动,例如:细节化分,日程安排,工作分配,成本分析,风险管理和技能开发等。架构设计的过程可以支持所有这些相关内容,这也正是软件构架师和项目经理应该拥有一种很密切关系的一个主要原因。 这个支持的大部分来自于体系架构确定的系统中重要的组件和它们之间关系的行为。请看图1中的UML组件图,它已经为我们的讨论作了简化。这个图显示了这四个组件之间的依赖性。

Figure 1: UML component diagram showing architecturally significant elements

Figure 1: UML component diagram showing architecturally significant elements

图1:UML组件图显示了架构设计中的重要元素

在日程安排方面,它们之间的依赖性暗示了每一个元素被考虑的顺序。从一个实施透视图来看,例如,依赖性告诉我们Error Log组件必须最先实现,因为其余的所有组件都要使用它。Customer Management和Fulfillment组件可以同时实现,因为它们之间不存在依赖关系。最后,一旦这两个组件也被实现完了,那么Account Management组件就可以被实现了。通过这个信息,我们可以画出甘特图(项目经理的一个主要计划编制工具),如图2所示。图中显示的每一个任务在实现时间时都需要一些思考,但是它们中的一部分可以来源于每一个架构设计元素的复杂性。

Figure 2: Gantt chart based on dependencies between architecturally significant elements

Figure 2: Gantt chart based on dependencies between architecturally significant elements

图2:基于架构设计中重要元素之间依赖性的甘特图

很明显这是一个很多原因的总的简化。例如,所有这些元素都不可能作为一个单一的组件被实现,但是这对于一个用例来说太过复杂了。同样,我们可以建立"存根的"或者部分的实现,使得每一个元素的实现都能够平行实现。我使用这个例子来简单的证明这个原理。

在工作分配中,体系架构能够再次帮助我们鉴别需要特定技能的区域,使得我们可以把工作分配给特定的资源(例如:人)。

构架师还能协助估算项目成本。一个项目的成本来自多个方面。很明显,任务的持续时间和分配给每一部分的资源将会决定劳动力的成本。体系架构同样会帮助我们决定使用在交付的系统中的第三方组件的成本,以及支持开发成果的所有工具的成本,因为构架师参与的活动是一个经过挑选的恰当的开发环境,它允许设计人员,实现人员和其他小组成员使用同一个有效的方式一起工作。

构架师的另外一个焦点是鉴别和管理项目的技术风险。技术风险的管理包括制定每一个风险的优先次序,以及确定一个恰当的风险缓解策略。优先权和风险缓解策略作为输入部分提供给项目经理。

最后,体系架构确定离散组件的解决方案,它可以为项目提供所需的技术输入。如果项目或者组织中没有足够可用的资源,那么它会明确的辨别出哪里需要技术支持。这可以通过现存的职员,或者外包,或者通过雇佣新职员来实现。

架构设计可以推动体系架构的完整性

架构设计过程的一个主要目标就是确保体系架构能够为设计人员和实现人员所承担的工作提供可靠的构架。很明显,这比简单的传送一个体系架构视图要复杂的多。为了确保最终体系架构的完整性,构架师必须明确的定义体系架构,因为它确定了体系架构的重要元素,例如系统的组件,组件之间的接口以及组件之间的通信。

构架师同时还必须定义恰当的惯例,标准和指导方针,它们将会引导设计人员和实现人员的工作。架构设计的另外一个目标是去除部分设计人员和实现人员不必要的创意,这是通过对他们所做的事情增加必要的限制,以及让他们清楚地知道如果不遵循这些限制将可能会导致体系架构的破坏来实现的。出于这个原因,对活动采取恰当的回顾和评估,能够确保体系架构的完整性。这些活动的一个焦点是考虑设计人员和实现人员的工作,以及确定体系架构的标准和指导方针的到位程度。

架构设计能够有效地管理复杂性

如今的系统越来越复杂,这种复杂性需要我们去管理。自从一个体系架构只把焦点集中在这些元素上以来,它就提供了一个抽象的系统,因而提供了一个复杂的管理方法。 同样,架构设计过程考虑组件的递归分解。这是处理一个大的问题的很好的一个方法,它可以把这个大问题分解成很多的小问题,再逐个的解决。

抽象的体系架构之间的通信技术使得管理更加复杂。采取业界标准可以表达这种抽象性,例如UML,因此在现今的产业中文档化软件系统是非常平常的事情。

架构设计为复用奠定了基础

架构设计过程可以同时支持使用和建立复用资源。复用资源对于一个组织来说是有益的,因为它可以降低一个系统的成本,并且可以改进系统的质量,这些好处已经被证明过了(自从它被使用以来)。

一个体系架构的建立,能够支持资源复用的机会。例如,体系架构的重要组件和它们之间的接口和质量,能够支持现货供应的组件,存在的系统和封装的应用程序等等的选择,从而可以用来实现这些组件。体系架构自身也可以被用来当作今后开发的系统的一个复用参考资源。甚至体系架构内部的组件也可以被认为是潜在的复用资源。

虽然架构设计过程能够鉴别现今项目中存在的资源复用的机会,但是跨项目和企业的资源复用会导致产生很大的冲突。

任何关于复用的讨论都要和谨慎联系在一起。由于各方面的原因,只有很少一部分复用程序能够使用到现在。从技术的角度看,一个复用的程序需要确保标准,过程和工具都在恰当的位置。幸运的是一些基本元素正在被满足。一个好的例子就是标准化组织:Object Management Group's Reusable Asset Specification (RAS),1它定义了描述复用资源,封装复用资源和连接到RAS资源库服务的接口的标准

从非技术的角度看,当你实现一个复用策略时,需要始终牢记组织的考虑。例如,确定谁是建立复用资源的人员?一旦复用资源被建立,谁是负责维护它的人(建立它的小组已经解散)?使用和建立复用资源的动力是什么?建立一个复用资源的成本是多少,这通常比建立一个不恰当的复用资源要花费更多。

架构设计能够降低维护费用

架构设计过程可以在很多方面帮助我们降低维护费用。首先最重要的是架构设计过程要确保系统的维护人员是一个主要的涉众,并且他们的需求被作为首要的任务满足。一个被恰当文档化的体系架构不应该仅仅为了减轻系统的可维护性;构架师还应该确保结合了恰当的系统维护机制,并且在建立体系架构的时候还要考虑系统的适应性和可扩充性。

构架师还应该考虑那些需要改变的区域,并把它们隔离开。这样可以保证当单个组件或者一小部分组件发生变化时,整个系统不会受很大的影响。但是我们应该承认,有一些变化,例如关系到系统质量,如实现性和可靠性,是不能用这个方法隔离的。这就是构架师必须确保它的原因,当架构设计现在的系统时,他们需要考虑将来可能的需求,因为这个系统要从几十人的用户推广到上千人的用户群,例如,体系架构没有使用基础的方法改变是不正常的。

架构设计能够支持冲突分析

架构设计的一个重要的好处是它可以允许我们在采取改变之前推断它所产生的影响。一个软件构架确定了主要的组件和它们之间的交互作用,两个组件之间的依赖性以及这些组件对于需求的可追溯性。

有了这个信息,例如需求的改变等可以通过组件的影响来分析。同样的,改变一个组件的影响可以在依靠它的其它组件上分析出来。

这种分析可以协助我们确定一个改变所产生的成本,改变对于系统的影响以及改变所带来的风险。这个信息在我们确定改变的优先级以及研究这些改变时是绝对必要的。

感谢

这篇文章的内容来源于一本即将出版的图书,我暂时把这本书命名为"软件架构设计过程。" 很多的人为这篇文章作了评论,我在这里要谢谢他们,他们是:Grady Booch,Dave Braines,Alan Brown,Mark Dickson,Luan Doan-Minh,Holger Heuss,Kelli Houston,Philippe Kruchten,Nick Rozanski,Dave Williams,and Eoin Woods。


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publish-date=07142006