1.1 软件架构
架构(architecture)的英文本意是来源于建筑行业的建筑艺术、建筑风格和结构，引入到软件领域后，并没有一个统一的定义。IEEE-Std-1471-2000认为：架构是一个系统的基本组织，它蕴含于系统的构件中、构件之间的相互关系中、构件与环境的相互关系中、以及呈现于其设计和演化原则中。其实，软件架构(Software architecture，软件体系结构)一词早在20世纪60年代就被E.W.Dijkstra提出，但是直到20世纪90年代初才开始流行起来。为了提高软件需求和软件设计的的质量，软件工程界提出了需求分析工程技术和各种软件建模技术。但是在需求和设计之间仍然存在一条很难逾越的鸿沟，即缺乏能够反映做决策的中间过程，从而很难有效地将需求转化为相应的设计。为此，软件架构的概念应运而生，并试图在软件需求与软件设计之间架起一座桥梁，着重解决软件系统的结构和需求向实现平坦过渡的问题。由于领域的不同，学术研究和应用实践的不同，人们对软件架构也有不同的理解和定义。尽管各种定义都从不同的角度关注软件架构，但其核心内容都是软件系统的结构，并且都涵盖了如下一些实体：构件、构件之间的交互关系、配置、构件和连接件构成的拓扑结构、设计原则与指导方针。
在此，作者对软件架构的理解和认识可用定义1进行描述。
定义1(软件架构) 软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。软件架构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。
目前，软件架构的研究已发展为软件工程领域的一个独立学科分支，具有比较严格的理论基础和工程指导原则。软件架构已经成为软件工程领域的研究热点以及大型软件系统与软件产品线开发中的关键技术之一。有许多相关的研究人员对软件架构描述语言，软件架构的描述与表示，软件架构的分析与验证，基于架构的软件维护与演化，软件架构的可靠性等方面进行了研究。
1.2 软件架构师
一直以来,绝大多数的软件组织都缺乏软件架构师的编制。架构设计的工作基本上由项目经理、系统分析师与软件设计师兼任或分摊,导致普遍轻视软件架构专业人才的培养与任用。事实上,软件构架师是目前很多软件组织最急需的人才,也是一个软件组织中的高级技术人才。那么,究竟什么是软件架构师、软件架构师在项目开发中起什么作用、如何定位一个软件架构师和如何成为一个软件架构师呢?这是许多组织、技术人员和管理人员都希望知道的或希望参与讨论的话题。下面对软件架构师这一概念作简单的阐述。
所谓架构师,通俗的说就是设计师或结构设计者,这些定义如果用在建筑学上,则是很容易理解的。在软件工程领域中,软件架构师实际上就是软件项目的总体设计师,是软件组织新产品的开发与集成、新技术体系的构建者。对一些大型软件产品或项目的开发,这一角色显得很关键,因为缺乏好的软件架构师而导致项目失败的例子不胜枚举,一个没有经验和能力的软件架构师也会使软件项目失败的速度加快。正因如此,Martin Fowler指出:架构师是对所有重要事情作出决定的人。
软件架构师在整个软件开发过程中都起着重要作用,并随着开发进程的推进而其职责或关注点不断地变化。在需求阶段,软件架构师主要负责理解和管理非功能性系统需求,比如软件的可维护性、性能、复用性、可靠性、有效性和可测试性等。此外,架构师还要经常审查客户和市场人员所提出的需求,确认开发团队所提出的设计;在需求越来越明确后,架构师的关注点开始转移到组织开发团队成员和开发过程的定义上;在软件设计阶段,架构师负责对整个软件架构、关键构件、接口的设计。在编码阶段,架构师则成为程序员的顾问,并且经常性地要举行一些技术研讨会、技术培训班等;随着软件开始测试、集成和交付,集成和测试支持将成为软件架构师的工作重点;在软件维护开始时,软件架构师就要开始为下一版本的产品是否应该增加新的功能模块进行决策。
因此,软件架构师是软件项目的总体设计师,是软件组织新产品开发与集成、新技术体系的构建者,是从宏观上驾驭大型系统的战略家,是对软件项目中所有重要架构事情作出决策的人,是策略制定者、组织协调高手、称职的顾问与领导者。
作为一个软件架构师,在整个软件系统的开发过程中是乐趣无穷的,因为这个角色很具有挑战性,有时需要左右逢源八面玲珑,有时又需要果断坚定不留情面。Philippe Kruchten曾经说过:当一个伟大的架构师领导开发团队时,团队的每个成员都感觉不到他的存在。次一点的架构师使开发团队的每个成员都喜欢他,再次一点的是害怕他,最次的是鄙视他。在国内,软件组织几乎没有独立的架构师,通常一个软件高手身兼数职,既是项目经理,又是软件架构师,甚至还是软件开发者,有时还要客串一个测试人员,这对软件的开发周期和产品质量是不利的。
2 软件架构师的角色
2.1 软件架构师的职责
好的软件架构师不只是一位受到尊敬的资深技术人员,通常也是策略制定和组织协调的高手,称职的顾问与领导者。这是因为软件架构规划与设计主要是以宏观的角度切入系统架构,一般所谓的设计则是以微观的角度切入。软件工程师和程序员所考虑的是单个构件的功能,而软件架构师必须从全局的角度理解软件项目的业务目的和期望结果,能够定义不同的构件是如何组装在一起的。软件架构师规划系统的角度主要是从自上而下的方式着手,而软件设计师则多半从自下而上的方式着手。这种从宏观/微观的角度进行划分,在其他学科也常看见,如宏观经济学与微观经济学等。这种宏观角度的本质,就是软件架构师专业领域与其他软件开发人员最根本的区别。
从宏观的角度,举凡架构规格与决策、排定架构审阅时程、解决所有架构相关的问题、所有主要技术决策的核准、维护架构规格等都是架构设计的主要工作。通常在项目一开始,需求与初始分析等工作流程会产生规划的企业流程与预期系统完成的功能。有了这些信息,软件架构师就能草拟最初的高层架构蓝图,并列出影响架构的可能的因素清单。另外,软件架构师也要担负估算项目成本的职责,评估项目计划对系统既有基础结构与架构的冲击,以及计算可能付出的成本与所带来的效益。
除了上述任务以外,检查初期架构规划设计、影响因素与成本,维持与组织架构决策的一致性也是架构设计师的重要职责之一。这通常要找出制定项目的架构决策与其优先级的判断基准、定义问题领域、决定可能解决方案的制约条件、确认有关可能解决方法的假设状况以及辨识模块重用的可能性。软件架构师也必须负责确保需求的达成,以及硬件、软件、基础结构、性能、安全性、容量、可用性和系统运行、管理与维护等属于系统层次相关技术之间的协调与平衡。在某些关键时刻,软件架构师也要做出系统与架构在协调、平衡上种种必须当机立断但又很难判断的决策。
软件架构师必须设法降低可能的技术风险对系统的冲击。在规划初期,技术风险对一般人来说通常都是不可知、不可验证也不可测的。风险大多与系统层次的需求有关,有时也会与组织需求有关。不论任何类型的风险,有经验的架构设计师都可在项目的先期也就是构建架构时期,预先列出这些可能的风险,然后在后续的开发时期配合开发人员予以适当地处理与解决。另外,架构设计师也必须领导开发团队,保持与其他成员的良好互动,确保开发人员是根据架构蓝图来构建系统。
总之,软件架构师的主要任务就是规划与系统架构层次相关的事务,评估可能的风险与成本,并有效运用有限的人力、物力资源满足系统层次的需求。优秀的软件架构师是保证软件系统强大生命力的核心人物。专业架构师能够帮助组织全面研究现有架构和设计模式、评估系统设计的优缺点和可能存在的风险,通过一系列的专题指导和具体案例帮助组织掌握先进的、成熟的设计模式,简化复杂的业务逻辑和需求,确定系统最佳方案。在必要的情况下,还可就特定领域或课题,为开发人员提供定制指导。
2.2 软件架构师与系统分析师的区别
在一个较大规模的软件组织里,一般都有项目管理师、软件架构师、系统分析师、软件设计师、测试工程师、数据库工程师、程序员、过程改进、质量保证等不同的职位。在这些职位中,人们容易混淆的是系统分析师和软件架构师。对于系统分析师的角色,业界有两种观点,一种是把系统分析师当成既懂技术又懂管理的全能冠军,另一种是把系统分析师当作需求分析师,而架构师才是灵魂。那么,系统分析师与软件架构师在角色方面的分配究竟有什么区别呢?
当软件规模比较小时,系统分析师所完成的工作是把真正的业务需求(这个需求不是指客户简单所说的哪一个功能,而是需要去挖掘的,可能是潜在的但又是系统必需的,条例清楚、逻辑清晰的业务功能,而且需求不仅仅只是来自业务上的,系统所依赖的运行环境也会产生一些需求)转换成计算机可理解、可实现、可计算的模型。但由于现在的系统规模越来越大,复杂程度越来越高,而且应用领域也越来越广,所以很难由一个工种的人来全面完成这项艰巨的任务。
在具体的软件设计过程中,现在把它分解为由系统分析师与软件架构师合作共同来完成这一任务。其中系统分析师侧重的是前一部分的工作,软件架构师侧重的是后一部分的工作。系统分析师的主要工作内容包括业务需求分析、系统需求分析、可行性分析以及建模等,其特点是更多地与行业专家、用户沟通,再及时与项目经理(项目管理师)、软件架构师以及老板商讨,分析项目具备的特点、成本、风险等,考虑实现的模型。系统分析师所面临的往往是有许多不确定性的事件,需要对这些不确定的事件进行分析、总结,使之得出一个相对可靠的确定性结论或实施方案模型。
软件架构师的主要工作内容就是在系统需求比较清晰的条件下进行系统总体的架构设计,当然它也可能会涵盖一些系统分析师和软件设计师的工作内容,但其特点是确定性的东西会多一些,力求为系统找到或架构一个最优的模型。这里面虽然可能有很多创新的成分,但更重要的是如何充分运用现有的各种模型、结构、方案,并根据项目的特点,在各种方案中取长补短,找到一个最好的平衡点和结合点,使之最适合当前项目的解决方案。所以,软件架构师实际上是使系统细致化、完善化,为拥有更好的可靠性提供保障。
在实际的职责上,软件架构师比系统分析师所站的角度更高一些。在大规模的软件系统中,系统分析师可能就系统的某个子系统进行分析与设计,而软件架构师应该对整个系统的结构负责。
