АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ

Для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования программных систем необходимо рассматривать их с различных точек зрения. Все, кто имеет отношение к проекту: конечные пользователи, системные аналитики, руководители проекта, разработчики, тестеры, технические писатели, менеджеры и т.д. - преследуют собственные цели, и каждый смотрит на создаваемую систему по-разному в различные моменты ее жизненного цикла. При этом создаются самые разнообразные артефакты.
Системная архитектура является, возможно, наиболее важным артефактом, который используется для управления всевозможными точками зрения и тем самым способствует итеративной и инкрементной разработке системы на всем промежутке ее жизненного цикла. Раз уж мы ввели в использование эти два понятия, давайте дадим их точные определения, на сколько это возможно в таком предмете как программирование.
Итак, итеративным (iterative) называется процесс, который предполагает управление потоком исполняемых версий системы. Инкрементный (incremental) процесс подразумевает постоянное развитие системной архитектуры при выпуске новых версий системы, причем каждая следующая версия усовершенствована по сравнению с предыдущей. Процесс, являющийся одновременно итеративным и инкрементным, называется управляемым рисками (risk-driven), так как в при этом в каждой новой версии серьезное внимание уделяется выявлению факторов, представляющих наибольший риск для успешного завершения проекта, и сведению их до минимума.
Теперь вернемся непосредственно к понятию архитектура. Под архитектурой программной системы понимается совокупность решений относительно:
· организации программной системы;
· выбора структурных элементов, составляющих систему и их интерфейсов;
· поведения этих элементов, специфицированного в кооперациях с другими элементами;
· составления из этих структурных и поведенческих элементов все более и более крупных подсистем;
· архитектурного стиля, направляющего и определяющего всю организацию системы: статические и динамические элементы, их интерфейсы, кооперации и способы их объединения.
Архитектура программной системы охватывает не только ее структурные и поведенческие аспекты, но и использование, функциональность, производительность, гибкость, возможности повторного применения, полноту, экономические и технологические ограничения и компромиссы, а также эстетические вопросы.

СТРУКТУРНЫЕ СУЩНОСТИ

Сущности являются основными элементами артефактов объектно-ориентированного анализа и проектирования. С их помощью можно создавать корректные артефакты. Структурные сущности - это имена существительные в предметной области, решаемой задачи. Как правило, они представляют собой статические части, соответствующие концептуальным или физическим элементам системы. Существует семь разновидностей структурных сущностей.
Класс (class) - это описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями отношениями и семантикой. Класс реализует один или несколько интерфейсов.
Интерфейс (interface) - это совокупность операций, которые определяют определенную службу (сервис, набор услуг), которые предоставляет класс или компонент. Интерфейс отвечает за видимое извне поведение элемента. С помощью интерфейса поведение класса или компонента может быть представлено полностью или частично, он определяет только спецификации операций (сигнатуры), но никогда - их практическую реализацию.
Кооперация (collaboration) определяет взаимодействие, она представляет собой совокупность ролей и других элементов, которые, работая вместе, производят некоторый кооперативный эффект, не сводящийся к обычно сумме слагаемых. Кооперация, таким образом, имеет как структурный, так и поведенческий аспект. Один и тот же класс может принимать участие в нескольких кооперациях, которые представляют собой реализацию образцов поведения, определяющих систему.
Прецедент (use case) - это описание последовательности выполняемых системой действий, которая производит наблюдаемый результат, значимый для какого-то определенного актера (actor). Основная цель применения прецедентов структурировать поведенческие сущности системы. Реализуются прецеденты посредством кооперации.
Три другие сущности: активные классы, компоненты и узлы - подобны классам, они описывают совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, отношениями и семантикой. Тем не менее, они в достаточной степени отличаются друг от друга и от классических классов и, учитывая их важность при моделировании определенных аспектов объектно-ориентированных систем, заслуживают персонального рассмотрения.
Активным классом (active class) называется класс, объекты которого вовлечены в один или несколько процессов, или нитей (threads), и поэтому могут инициировать управляющее воздействие. Активный класс практически полная копия обычного, за исключением того, что его объекты представляют собой элементы, деятельность которых осуществляется одновременно с деятельностью других элементов.
Два последних элемента: компоненты и узлы - также имеют свои особенности. Они соответствуют физическим сущностям системы, а предыдущие пять - концептуальным и логическим сущностям.
Компонент (component) - это физическая заменяемая часть системы, которая соответствует некоторому набору интерфейсов и обеспечивает его реализацию. В системе можно встретить различные виды устанавливаемых компонентов, классический пример тому компоненты COM+, а также компоненты, являющиеся артефактами процесса разработки, например файлы исходного кода. Компонент, обычно, представляет собой физическую упаковку логических объектов, таких как классы, интерфейсы и кооперации.
Узел (node) - это элемент реальной (физической) системы, который существует во время функционирования программного продукта и представляет собой некоторый вычислительный ресурс, обычно обладающий как минимум некоторым объемом памяти, а часто еще и возможностью обработки. Совокупность компонентов может размещаться на узле, а также мигрировать с одного узла на другой.
Перечисленные семь базовых элементов: классы, интерфейсы, кооперации, прецеденты, активные классы, компоненты и узлы - являются основными структурными сущностями, которые могут быть использованы при создании артефактов объектно-ориентированного анализа и проектирования. Существуют и другие разновидности сущностей: актеры, сигналы, утилиты (виды классов), процессы и нити (виды активных классов), приложения, документы, файлы, библиотеки, страницы и таблицы (виды компонентов).
Кроме структурных, существуют и другие виды сущностей, но о них несколько позже.

АРХИТЕКТУРНЫЕ ВИДЫ

На сегодняшний день считается, что архитектура программной системы наиболее оптимально может быть описана с помощью пяти взаимосвязанных видов или представлений, каждый из которых является одной из возможных проекций организации и структуры системы и заостряет внимание на определенном аспекте ее функционирования:
· вид с точки зрения прецедентов (use case view) охватывает прецеденты, которые описывают поведение системы, наблюдаемое конечными пользователями, аналитиками и тестерами. Этот вид специфицирует не истинную организацию программной системы, а те движущие силы, от которых зависит формирование системной архитектуры;
· вид с точки зрения проектирования (design view) охватывает классы, интерфейсы и кооперации, формирующие словарь задачи и ее решения. Этот вид подчеркивает прежде всего функциональные требования, предъявляемые к системе, то есть те услуги, которые она должна предоставлять конечным пользователям;
· вид с точки зрения процессов (process view) охватывает нити и процессы, формирующие механизмы параллелизма и синхронизации в системе. Этот вид описывает главным образом производительность, масштабируемость и пропускную способность системы.
· вид с точки зрения реализации (implementation view) охватывает компоненты и файлы, используемые для сборки и выпуска конечного программного продукта. Этот вид предназначен в первую очередь для управления конфигурацией версий системы, составляемых из независимых (до некоторой степени) компонентов и файлов, которые могут по-разному объединяться между собой;
· вид с точки зрения развертывания (deployment view) охватывает узлы, формирующие топологию аппаратных средств системы, на которой она выполняется. В первую очередь он связан с распределением, поставкой и установкой частей, составляющий физическую систему.
Каждый из перечисленных видов может считаться вполне самостоятельным, так что члены группы проекта, могут сосредоточиться на изучении только тех аспектов архитектуры, которые непосредственно их касаются. Правда, нельзя забывать о том, что эти виды взаимодействуют друг с другом, что неудивительно, так как они представляют разные взгляды на одну систему. Например, узлы вида с точки зрения развертывания содержат компоненты, описанные для вида сточки зрения реализации, а те в свою очередь представляют физическое воплощение классов, интерфейсов, коопераций и активных классов из видов с точки зрения проектирования и процессов.