軟件項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)——軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的概要設(shè)計(jì)示例

1、什么是軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

所謂的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)其實(shí)就是通過(guò)某種特定的平臺(tái)，而達(dá)到完成軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的整體軟件的功能和性能。從軟件工程管理的角度來(lái)看，軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程主要分為兩步完成。

（1）概要設(shè)計(jì)

將軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的需求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)——此設(shè)計(jì)階段的工作重點(diǎn)在于軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)出構(gòu)成軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的各個(gè)物理組成元素——程序模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)、測(cè)試用例、各種設(shè)計(jì)文檔文件等。

當(dāng)然，在軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)中所需要的各種信息主要來(lái)自于軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的需求分析的結(jié)果。

（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)

在前面的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)中的軟件系統(tǒng)項(xiàng)目總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)軟件系統(tǒng)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)中的各個(gè)物理組成元素進(jìn)一步設(shè)計(jì)細(xì)化和完善，最終得到軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、用戶界面設(shè)計(jì)、關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題（包括開發(fā)環(huán)境和工具、運(yùn)行環(huán)境和平臺(tái)等）的解決方案和對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

2、軟件系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)階段中的主要工作重點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)中所需要的各種信息主要來(lái)自于軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的需求分析結(jié)果。

（2）概要設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)內(nèi)容：是設(shè)計(jì)出軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

（3）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)工作的基本流程如下，這個(gè)階段是軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的系統(tǒng)架構(gòu)師發(fā)揮作用的主要階段。

因此，軟件應(yīng)用系統(tǒng)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，軟件系統(tǒng)項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要做到如下的三步：

1）對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行描述；

2）對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述；

3）對(duì)系統(tǒng)行為進(jìn)行描述。

因此，可以看出在這三個(gè)步驟中，第1、2步是靜態(tài)的，其建模方式一般稱為靜態(tài)建模；而第3步則是動(dòng)態(tài)的，其建模方式則稱為動(dòng)態(tài)建模。在UML的分析和設(shè)計(jì)的建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)中靜態(tài)建?？梢允褂肬ML的例圖、類圖等UML規(guī)范的圖形來(lái)表示；而動(dòng)態(tài)建模則可以用UML中的狀態(tài)圖、時(shí)序圖、活動(dòng)圖等圖形表示。由此可知，靜態(tài)建模機(jī)制和動(dòng)態(tài)建模機(jī)制是UML的兩大主要類型。

3、軟件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段中的主要工作重點(diǎn)

（1）軟件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)中所涉及的主要工作內(nèi)容

1）用戶界面設(shè)計(jì)、和各個(gè)模塊組件的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)等內(nèi)容（給出軟件結(jié)構(gòu)中各模塊的內(nèi)部過(guò)程描述）

2）模塊內(nèi)部的算法設(shè)計(jì)

（2）基本要求—— 一般是做到類的方法和屬性的描述，但這些方法的實(shí)現(xiàn)就不必做了。

4、為什么要進(jìn)行（或者開展）軟件應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段的工作

（1）主要的原因

通過(guò)對(duì)于軟件應(yīng)用系統(tǒng)的用例分析，軟件系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)人員可以產(chǎn)生出一個(gè)系統(tǒng)的分析模型，但是設(shè)計(jì)人員很少有直接根據(jù)這個(gè)分析模型去完成程序的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。為什么？如下示圖為某個(gè)BBS論壇系統(tǒng)的系統(tǒng)后臺(tái)管理的用例圖的局部截圖：

首先，我們不要幻想直接把分析類圖畫好后，就直接按照其去編碼。

其次，我們應(yīng)該了解到從用例圖中得到的分析模型，只是表達(dá)了系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵性的概念，而不能表達(dá)系統(tǒng)中的性能和系統(tǒng)的外觀。

最后，系統(tǒng)的分析模型往往對(duì)于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)又往往過(guò)于簡(jiǎn)單，復(fù)用和調(diào)試等等都不能在這個(gè)模型中被考慮完成。

因此，我們有必要對(duì)前面的分析模型再進(jìn)一步地進(jìn)行設(shè)計(jì)，以最終產(chǎn)生出軟件系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)模型。

5、開展軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的主要目的

進(jìn)行或者開展軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要的目的是能夠指明一種易轉(zhuǎn)化成代碼的工作方案，同時(shí)也是對(duì)前一個(gè)階段中的分析工作的進(jìn)一步的細(xì)化—— 即進(jìn)一步細(xì)化軟件系統(tǒng)分析階段所提取的類（包括其操作和屬性），并且增加新類以處理諸如數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶接口、通信、設(shè)備等技術(shù)領(lǐng)域方面的問(wèn)題。

之所以如此，是因?yàn)檐浖到y(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)問(wèn)題域外部可見行為的規(guī)格說(shuō)明、并增添實(shí)際的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的細(xì)節(jié)，包括人機(jī)交互、任務(wù)管理和數(shù)據(jù)管理的細(xì)節(jié)。如下為某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中的某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)定義的局部截圖：

6、軟件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的基本要求

在進(jìn)行軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)該考慮的主要問(wèn)題在于：處理什么？怎么處理？如何使用？

因此，軟件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所需要關(guān)注的方面，概括起來(lái)主要包括以下三個(gè)大類：

（1）處理的對(duì)象，也就是數(shù)據(jù)。

（2）處理的方式，也就是我們的系統(tǒng)如何來(lái)處理系統(tǒng)的邏輯。

（3）如何進(jìn)行交互，這個(gè)交互包括用戶（使用者），以及外部系統(tǒng)。

7、讀者需要區(qū)分軟件設(shè)計(jì)和軟件的編程實(shí)現(xiàn)

（1）軟件設(shè)計(jì)以面向數(shù)據(jù)為主，以面向功能和面向?qū)ο鬄檩o；

（2）而軟件的編程實(shí)現(xiàn)則以面向?qū)ο鬄橹?，以面向?shù)據(jù)和功能為輔。

8、在進(jìn)行軟件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)該要注意的要點(diǎn)

（1）核心問(wèn)題——能否使用重復(fù)的體系結(jié)構(gòu)模式

也就是能否達(dá)到結(jié)構(gòu)級(jí)的軟件重用——即能否在不同的軟件體系中，使用同一體系結(jié)構(gòu)。比如我們經(jīng)常說(shuō)的C/S和B/S體系結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。因?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)是從更高的層面上考慮問(wèn)題——關(guān)注的問(wèn)題就體現(xiàn)在"不變"因素上，體系結(jié)構(gòu)一般關(guān)心應(yīng)用程序的模式，更加體現(xiàn)在通過(guò)技術(shù)去解決這些業(yè)務(wù)差異帶來(lái)的各種影響。

比如，關(guān)心是否是分布式應(yīng)用程序，關(guān)心系統(tǒng)分層是如何設(shè)計(jì)，也關(guān)心性能和安全——因此，在這樣的情況之下，會(huì)考慮集群，負(fù)載平衡，故障遷移等等一系列技術(shù)的使用。如下示圖為某個(gè)軟件應(yīng)用系統(tǒng)在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用MVC體系結(jié)構(gòu)模式的分層設(shè)計(jì)結(jié)果的局部示圖：

（2）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中所應(yīng)該要遵循的"3W"原則

Who（為誰(shuí)設(shè)計(jì)，用戶是誰(shuí)）

What（要解決用戶的哪些問(wèn)題—-功能方面、性能方面）

Why（為什么要解決這些問(wèn)題—-為用戶帶來(lái)價(jià)值、降低開發(fā)方的成本等）

其實(shí)"3W"的本質(zhì)，就是要求軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員圍繞著"用戶"而不是圍繞著"我們"或者"時(shí)髦的技術(shù)"來(lái)開展軟件應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作的，因此滿足"用戶的需求、便于用戶的使用、同時(shí)又能使開發(fā)的技術(shù)盡可能簡(jiǎn)單而相應(yīng)地降低軟件應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的總體成本"，這就是軟件應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員所要追求的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

9、軟件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)——總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）在什么時(shí)期進(jìn)行軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)

在軟件系統(tǒng)的需求分析明確并對(duì)軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)需求進(jìn)行域建模之后，需要進(jìn)一步開展系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)的工作，因?yàn)檐浖?yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)對(duì)后續(xù)的軟件應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、測(cè)試、實(shí)施、維護(hù)等方面的工作都起到關(guān)鍵性的影響。因此，軟件應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)關(guān)注、細(xì)心周到地開展相關(guān)的工作。

（2）軟件應(yīng)用系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)工作的工作重點(diǎn)

如何使得系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)工作能夠適應(yīng)特定的實(shí)施環(huán)境和部署環(huán)境？系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)工作的核心應(yīng)該是規(guī)劃方案的構(gòu)造，在揭示實(shí)施細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上得到設(shè)計(jì)方案的詳細(xì)對(duì)象模型。如下示圖為某個(gè)軟件應(yīng)用系統(tǒng)的部署環(huán)境的局部截圖：

（3） 軟件應(yīng)用系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)工作的重要性

1）分析和設(shè)計(jì)模型是交錯(cuò)并且迭代的

2）軟件應(yīng)用系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)的重要性主要體現(xiàn)在它是把軟件應(yīng)用系統(tǒng)的需求轉(zhuǎn)化為軟件應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的最重要的環(huán)節(jié)，并且軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終結(jié)果的優(yōu)劣在根本上也決定了軟件應(yīng)用系統(tǒng)的總體質(zhì)量。

10、軟件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)所涉及的主要內(nèi)容

（1）制定開發(fā)規(guī)范

制定本軟件應(yīng)用系統(tǒng)中的各種開發(fā)規(guī)范是項(xiàng)目開發(fā)小組今后共同開發(fā)的基礎(chǔ)，有了這個(gè)開發(fā)規(guī)范和程序模塊之間、項(xiàng)目成員彼此之間的接口規(guī)則、方式和方法，開發(fā)團(tuán)隊(duì)中的各個(gè)成員也就有了共同的工作語(yǔ)言、共同的工作平臺(tái)，從而使得整個(gè)軟件開發(fā)的工作可以協(xié)調(diào)而有序地進(jìn)行和開展。而制定這些規(guī)范所涉及的主要內(nèi)容包括：

1）代碼體系、接口規(guī)約、命名規(guī)則

2）規(guī)定設(shè)計(jì)文檔的編制標(biāo)準(zhǔn)。

3）規(guī)定與硬件，操作系統(tǒng)的接口規(guī)約，命名規(guī)則。

（2）軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（架構(gòu)設(shè)計(jì)）

體系結(jié)構(gòu)是對(duì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)的一種抽象，如客戶/服務(wù)器（C/S）和瀏覽器—Web 服務(wù)器—數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（B/W/S）結(jié)構(gòu)等的應(yīng)用。同時(shí)在架構(gòu)設(shè)計(jì)中還應(yīng)該考慮采用什么形式的框架技術(shù)和服務(wù)器的平臺(tái)類型等內(nèi)容。

（3）劃分軟件應(yīng)用系統(tǒng)中的各個(gè)模塊并進(jìn)行組件類的設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的需求實(shí)現(xiàn)從功能上來(lái)劃分各個(gè)功能模塊，在模塊設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵守"功能獨(dú)立的單一職責(zé)原則（SRP，Single-Responsibility Principle）"是模塊化設(shè)計(jì)的基本原則。因?yàn)椋?#034;功能獨(dú)立"的模塊可以降低軟件應(yīng)用系統(tǒng)在開發(fā)、測(cè)試、維護(hù)等階段的代價(jià)。

（4）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)高效率的程序是基于良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的，而不是基于編程小技巧的。因?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法就是一類數(shù)據(jù)的表示及其相關(guān)的操作。確定軟件系統(tǒng)所涉及的文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)的模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性和安全性的設(shè)計(jì)，并確定輸入，輸出文件的詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是本階段所要考慮的問(wèn)題。

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（DFD），如下示圖為藍(lán)夢(mèng)CRM管理系統(tǒng)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所涉及的系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（DFD）設(shè)計(jì)結(jié)果局部示圖。

（6）其它如可靠性等方面的設(shè)計(jì)等

軟件系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，為了能夠適應(yīng)環(huán)境的變化和用戶新的功能要求，需經(jīng)常對(duì)軟件進(jìn)行改造和修正、完善。在軟件開發(fā)的一開始就要確定軟件可靠性和其它質(zhì)量指標(biāo)，考慮相應(yīng)措施，以使得軟件易于修改和易于維護(hù)。

11、掌握軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)中所涉及的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些基本的原則

（1）先進(jìn)性

在設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)構(gòu)架、采用技術(shù)和選用平臺(tái)上均要有一定的先進(jìn)性、前瞻性和擴(kuò)充性。特別要考慮一定時(shí)期內(nèi)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)和應(yīng)用的變化趨勢(shì)。在充分考慮技術(shù)上先進(jìn)性的同時(shí)，盡量采用技術(shù)成熟、市場(chǎng)占有率比較高的產(chǎn)品，從而保證建成的網(wǎng)站系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性和安全性。

（2）實(shí)用性

在盡量滿足業(yè)務(wù)功能需求的前提下，要適應(yīng)各業(yè)務(wù)角色的工作特點(diǎn)，做到簡(jiǎn)單、使用和人性化。實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份和資源管理、統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一內(nèi)容管理、個(gè)性化界面和內(nèi)容定制。

（3）可靠性

由于企業(yè)應(yīng)用中不可避免地要涉及不同的用戶群（操作層、管理層和業(yè)務(wù)層等人員），所以建設(shè)的信息服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)必須在建設(shè)平臺(tái)上保證系統(tǒng)的可靠性和安全性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)有適量冗余及其他保護(hù)措施，平臺(tái)和應(yīng)用軟件應(yīng)具有容錯(cuò)性和容災(zāi)性。

（4）開放性

在系統(tǒng)架構(gòu)、采用技術(shù)和選用平臺(tái)方面都必須要有較好的開放性。特別是在選擇產(chǎn)品上，要符合開放性要求，遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)選定的產(chǎn)品既有自己獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，又能與其他多家優(yōu)秀的產(chǎn)品進(jìn)行組合，共同構(gòu)成一個(gè)開放的、易擴(kuò)充的、穩(wěn)定的和統(tǒng)一軟件的系統(tǒng)。

（5）可維護(hù)性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，按照分層設(shè)計(jì)，軟件化實(shí)現(xiàn)。對(duì)于采用的軟件構(gòu)件化開發(fā)方式要滿足：一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層，業(yè)務(wù)與實(shí)現(xiàn)分離；二是以統(tǒng)一的服務(wù)接口規(guī)范為核心，使用開放標(biāo)準(zhǔn)；三是構(gòu)件語(yǔ)意描述要形式化；四是提煉封裝構(gòu)件要規(guī)范化。

（6）可伸縮性

考慮到一般的企業(yè)應(yīng)用的網(wǎng)站系統(tǒng)的網(wǎng)上業(yè)務(wù)建設(shè)是一個(gè)循序漸進(jìn)、不斷擴(kuò)充的過(guò)程，系統(tǒng)要采用積木式結(jié)構(gòu)，整體構(gòu)架的考慮要與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展和集成留有擴(kuò)充余量。

（7）可移植性

在選擇開發(fā)的應(yīng)用平臺(tái)上，應(yīng)該考慮能夠建設(shè)出一套與平臺(tái)無(wú)關(guān)，以統(tǒng)一的服務(wù)接口規(guī)范和與各種數(shù)據(jù)庫(kù)相連的應(yīng)用組件。

12、軟件應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)階段最終的重要輸出結(jié)果

（1）軟件應(yīng)用系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書，一般需要包含如下的主要內(nèi)容：

1）編碼規(guī)范：信息形式、接口規(guī)約、命名規(guī)則；

2）物理模型：組件圖、配置圖；

3）不同角度的構(gòu)架視圖：用例視圖、邏輯視圖、進(jìn)程視圖、部署視圖、實(shí)施視圖、數(shù)據(jù)視圖（可選）；

4）系統(tǒng)總體布局：哪些部分組成、各部分在物理上、邏輯上的相互關(guān)系；

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

（3）用戶手冊(cè)

（4）制定初步的測(cè)試計(jì)劃