系统架构设计师备考第44天——软件架构演化方式的分类和原则
一、 软件架构演化方式的分类
1 软件架构演化时期
根据演化发生的时机，分为四类：
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设计时演化
- 定义：发生在架构模型设计阶段，代码编译之前。
- 特点：无需考虑运行状态，但需调整架构模型以保障实现一致性。
- 典型场景：开发过程中需求变更或设计优化。
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运行前演化
- 定义：发生在编译后、系统运行前。
- 特点：应用程序未执行，修改无需考虑状态，但需支持组件增删机制。
- 典型场景：软件发布后因环境变化（如操作系统升级）需调整架构。
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有限制运行时演化
- 定义：系统运行时在特定约束下（如“安全模式”）触发的演化。
- 特点：仅允许预定义的演化操作（如组件替换），需满足预设条件。
- 典型场景：金融或航天系统需避免停机的高风险场景。
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运行时演化
- 定义：系统运行中动态调整架构（如增删组件、改变拓扑）。
- 特点：难度最高，需保证演化原子性（失败则回滚）。
- 典型场景：服务器根据请求动态创建组件，或在线升级系统。
2 软件架构静态演化
定义：系统停止运行时进行的架构修改（如修复、升级）。
分类：
- 设计时演化需求：开发阶段调整架构以保障实现一致性。
- 运行前演化需求：发布后因环境变化修改架构（如适配新硬件）。
静态演化过程（5步骤）：
- 软件理解：分析现有架构及组件关系。
- 需求变更分析：识别新旧需求差异。
- 演化计划：确定范围、成本及策略。
- 系统重构：执行组件增删、模块拆分/聚合等操作。
- 系统测试：验证演化后架构的正确性。
静态演化实例：正交软件架构
- 核心思想：功能分层与线索化，同一层组件无交互。
- 演化步骤：
① 需求归类至对应线索；
② 制定演化计划；
③ 增/删/改组件；
④ 更新组件交互；
⑤ 生成新架构设计方案。
原子演化操作（与质量属性相关）：
- 可维护性操作：增删模块依赖（AMD/RMD）、增删接口（AMI/RMI）、模块拆分/聚合（SM/AGM）。
- 可靠性操作：增删消息（AMS/RMS）、增删交互对象（AO/RO）、修改消息片段（CF）。
3 软件架构动态演化
定义：系统运行时动态调整架构，无需停机。
动态性等级（Carlos E. Cuesta分类）：
- 交互动态性：数据在固定结构下动态交互（如请求响应）。
- 结构动态性：支持组件/连接件增删（主流应用）。
- 架构动态性：允许重定义架构基本构造（如新组件类型）。
动态演化内容：
- 属性重定义（如响应时间）、行为变化（如更换加密算法）、拓扑改变（增删组件）、风格变化（如C/S转B/S）。
实现技术：
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动态软件架构（DSA）
- 运行时显式表示架构状态，支持动态修改。
- 实施步骤：
① 捕捉需求变化；
② 生成演化策略；
③ 执行演化；
④ 评估效果。 - 描述语言：
- π-ADL：基于进程代数，描述移动系统动态行为。
- Pilar：基于反射理论，分层描述元模型与基系统。
- LIME：分离计算与协调，支持分布式系统动态交互。
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动态重配置（DR）
- 运行时修改组件/连接件配置（如增删连接关系）。
二、 软件架构演化原则
18条核心原则及度量方案：
1. 成本与进度控制
- 演化成本控制（ECC）：CoE（演化成本）≪ CoRD（重新开发成本）。
- 进度可控：实际耗时（Ttask）与预期（T’task）差值越小越好。
2. 风险与影响控制
- 风险可控：时间、经济、技术等风险需可量化管理。
- 影响可控：模块修改的影响范围需可预测（如计算影响矩阵）。
3. 结构优化与独立性
- 主体维持：主体规模变更量/主体规模（AIG）需平稳。
- 模块独立演化：修改局部化，降低耦合（内聚度↑，耦合度↓）。
- 系统总体结构优化：通过可靠性、性能指标评估整体结构合理性。
4. 质量与适应性提升
- 质量向好（QI）：演化后质量（EQI）＞原质量（SQ）。
- 适应新技术（TI）：TI=1-（依赖技术/总技术），值越高越好。
- 适应新需求（NRA）：适应需求数（ANR）/实际需求数（NR）趋近1。
5. 规范与重构支持
- 标准依从性：符合国际/行业标准（需人工判定）。
- 有利于重构：降低系统复杂度（CC＜阈值）。
- 有利于重用：模块高内聚、低耦合。
考点总结与典型考题
核心考点
- 演化时期分类：区分设计时、运行前、运行时演化的触发条件及特点。
- 静态 vs 动态演化：正交架构的应用场景 vs DSA的三级动态性。
- 演化原则：重点掌握ECC、模块独立演化、质量向好的度量公式。
典型考题
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选择题：
有限制运行时演化的特点是（ ）。
A. 允许任意组件修改
B. 需在安全模式下触发
C. 无需预设条件
答案：B -
简答题：
简述正交软件架构的演化步骤。
答：①需求归类至线索；②制定计划；③修改组件；④更新交互；⑤生成新架构。 -
案例分析：
某电商系统需支持动态扩容，应选择何种演化技术？说明原因。
答：采用DSA（动态软件架构），因其支持运行时增删组件（结构动态性），保障系统高可用。