应对质量属性的架构设计过程

在上一章我们已经构建了软件架构设计总体过程，为了强调针对质量属性的架构设计策
略，我们还应该在每个节点加入如下子过程。
一、以核心功能为主进行架构设计
对于任何一个基础架构，我们都需要回答如下一些问题：
这个系统有哪些核心功能？
这些核心功能分布在哪些系统级的框架之内？
是什么样的质量要求才使我们这样分配功能分布？
这些系统功能互相交互的时候考虑了哪些质量要求？
事实上，我们总是倾向于使用一些我们熟悉的架构，但是通用的架构很难让我们回答上
述问题。为了确保设计的清晰，在我们已经存在一些熟悉的架构的基础上，需要按照下属步
骤来考虑问题：
清晰的界定核心功能，例如工作流、业务处理单元等。
清晰的界定那些为了实现这些核心功能而必须提供的基础框架，例如通信、安全、
并发等框架。
清晰的界定那些功能与功能，以及功能与框架之间的交互关系。
仔细考虑系统质量要求，根据质量要求合理分配核心功能的分布、基础框架的分布，
是核心功能的协作与交互能够满足系统质量要求。
利用这些步骤，我们就可能在一定程度上，把一个系统架构构建成核心功能与基础框架
规划清楚，特别是把核心功能与其他功能的交互关系，或者与基础框架的交互关系更加清楚
的表达出来，这样也有利于进一步重构的体系。
二、以质量属性为依据进行重构和优化
通过上面这个步骤，实现了所谓的架构战略性的设计，但这还不够。一个好的架构总是
经历从粗到精、逐步分解、逐步稳定的过程。仅仅从核心功能上划分并不一定能达到所要求
的质量标准，我们还需要根据质量需求对架构重新拆分、合并、功能再分配等，这就重新构
造了新的体系结构。例如，在以核心功能为主进行架构设计的时候，我们得到如下图所示的
基本框架。
但是这个框架具有很大的危险性，因为各个功能块之间有很强的缠绕性，系统的可维护
性、可实现性都很差。这样的系统从功能上可能已经达了要求，但是，它既无法维护，也无
法扩展，当客户流量比较大的时候，性能可能也是个问题。为此，我们需要更加细致地从战
术上考虑问题，仔细对整个架构进行重构和优化，整个优化过程可以依据两个方向：
自底向上，逐步合并各个功能，清理一些设计不合理的构造快，保证以一条清晰的
核心功能为主线，这样我们才可以从目前的架构设计中，清晰的表达先前的所谓战
略设计是什么。
自上而下，把系统的质量要求逐步分解，考虑这些分解出来的质量要求，选择最佳
的解决方案，在适当的地方添加这些内容，确保系统既满足核心功能的需求，又满
足了分解的质量要求。
这样两个方向反复思考和重构的结果，保证系统既有一条清晰的功能主线，更能满足质
量要求，而且更着重以质量为主线考虑问题。
三、增量式的完善架构设计
一次性的完成高水平架构几乎没有可能性，因此，增量式迭代的完善架构几乎是一个普
遍采用的方法。通过迭代，我们可以通过多次的提炼、重构和优化来使架构达到要求。我们
建议采取如下步骤来实现：
把功能需求与质量需求按优先级排序。
估算完成每个需求和质量需求在架构阶段需要完成的时间。
决定迭代周期。
决定迭代次数。
把排定的功能需求与质量需求分配给每个迭代周期。
实施每次架构增量，以系统核心功能为主要线索完成任务。
重构和优化，以质量属性为核心优化架构。
四、以测试驱动架构设计
测试驱动的设计是保证设计质量的良好方法，我们可以通过下面的步骤来完成它。
首先，在进行每一次架构的增量、提炼与重构之前，需要进行初步的测试准备工作，
也就是明确如何进行质量的测试。在系统重构完成之后，根据已有的系统核心功能，
接口分布、协作以及系统质量要求，由测试人员帮助建立测试规约。
其次，所建立的测试规约，会被后来的设计、编码人员参考和执行。架构和设计人
员必须保证后续人员完全遵循这些测试规约，也就是说架构人员还附带有监督职
能。
在编码过程中的测试，将会发现许多初期没有考虑到的设计缺陷，架构人员需要根
据这些测试报告中检测出来的缺陷，重构自己的架构。
所以，测试驱动的开发是迭代过程中优化架构的重要手段。上述三个步骤第一项是最困
难也是最重要的，因为系统的质量完全在于你如何测量它。这就要求需求分析过程中，对于
非功能性需求一定要定义测试条件，而测试条件的定义并不容易。
下面，我们进一步讨论对于不同的质量需求，应该采取什么样的策略来满足这些需求。
注意，这些讨论会有一些实例，它们都来自于国外公开发表的资料，主要是为了表达问题方
便，并不牵涉到任何具体的设计。