《架构师训练营》之架构与视图

极客时间《架构师训练营》第一章学习笔记

什么是软件架构

软件架构是有关软件整体结构与组件的抽象描述,用于指导大型软件系统各个方面的设计 ——维基百科

Architecture

软件架构包括上图的系统、架构、文档、相关方等等元素。任何系统,无论大小皆拥有软件架构,并且需要做专门的软件设计。软件设计真正目的其实是降低成本,因为设计成本一般会低于实现。当然,软件设计的核心并不在于系统或是架构本身,而在于利益相关方(stakeholder)。在软件设计的不同时段,设计文档应该根据评审的参与者(相关方)的不同,应用不同的设计图纸。

架构师就是这个软件设计的负责人,职责便是通过架构设计理清业务逻辑:对上交给组织一份宏观的系统概况;对下帮助开发人员降低噪音,提高软件开发效率和质量。

架构视图

软件架构包括:元素、形式、关系/约束。由于单一的视图很难完整地表述架构,所以需要多种形式的图纸来表述各个方面的设计意图,因此需要一份完备的视图集,业界常采用的方法就是4+1 视图

4+1视图

4+1 视图分别是:

  • 逻辑视图:设计的对象模型
  • 过程视图:扑捉设计的并发和同步特征
  • 物理视图:描述软件到硬件的映射,反映了部署特征
  • 开发视图:描述开发环境中,软件的静态组织结构
  • 场景视图:描述用例的场景

UML 模型

建模是对一个系统的完整抽象;在计算机开发中,实现从领域问题到计算机系统的映射,以便从抽象出更易得的解决方案。UML 就是在面向对象开发中最常用的建模手段。UML 图有大约 10 种,其中常用的有 7 种,这些例图可以映射上文提到的 4+1 视图。

  • UML 中的通用元素有:类、对象、节点、包、组件等等:

    UML元素
  • 元素之间的关系又有:关联、依赖、泛化、聚合等等:

    UML关系
  • UML 中的消息:简单消息、同步消息、异步消息

用例图

Use Case 是系统分析阶段最常用的模式。在宏观上给出系统的总体轮廓,一般是 PM 来写。每个 Use Case 的元素不宜过多,总数控制在十个左右;可以自顶而下逐步细化。

Use Case

时序图

时序图用以描述对象之间的动态交互行为,是穿插于开发各个阶段重要的视图。时序图有两个轴:横轴表示对象;纵轴表示时间。

时序图

时序图有两种形式,一般格式和实例格式:

  • 一般格式:描述所有情节,包括分支、条件和循环,比较复杂
  • 实例格式:描述一次可能的交互,没有分支判断,仅仅显示特定情节的交互

泳道图

泳道图是活动图里最常使用的视图。它用以描述完成活动的对象以及活动;泳道图的最大特色就是显示分组机制,可以描述跨系统的交互互动:

泳道图

状态图

状态图用来描述特定对象的所有可能态,是 PM 在需求设计阶段重要的工具,开发阶段会进一步把状态图的内容转化为特定的方法和条件判断:

状态图

组件图 & 部署图

组件图和部署图提供了物理层面的建模,描述子系统间的关系,是架构师最早该写的一份视图:

组件图
部署图

视图与整体设计

开发的不同阶段,我们可以依据不同的现实,书写不同的视图,下面是各个阶段常用到的视图:

  • 需求分析阶段: 用例图、活动图、状态图、时序图

  • 概要设计阶段(子系统级别):部署图(架构师第一张图)、序图、活动图、组件图、时序图

  • 详细设计阶段(方法和类级别):类图、时序图、状态图、活动图

当然,视图的意义不在于多,而在于正确的抽象业务;以最少的视图抽象出最完整的现实,才是一个架构师的能力所在。

小结

第一周的课程除了开场白之外,主要还是集中在怎么写架构设计文档上,其中 UML 建模是课程的重中之重吧。架构设计文档是团队中交流、协同工作的重要依据;熟练掌握这些技能,可以极大的改善开发体验;当然也是架构师的一项必备技能。

这次课程中,老师提到了一个很有趣的现象:很多中小企业在开发阶段是完全没有架构设计文档的。一不小心被说中了,我厂就是这种现状——开发全靠“口口相传”;上了一次课,感触还是挺深刻的。之后的工作中,我也想慢慢尝试加入 UML 设计;人微言轻,自然很难改变一个团队的氛围,但至少自己的代码要为自己负责。

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