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第1章 概述1

1.1关于软件工程原则1

1.2指导实践的核心原则2

1.2.1指导过程的原则2

1.2.2指导实践的原则3

1.3指导框架活动的原则4

1.3.1沟通原则4

1.3.2策划原则5

1.3.3建模原则7

1.3.4构造原则10

1.3.5部署原则11

1.4什么是软件体系结构12

1.4.1软件设计层次12

1.4.2体系结构13

1.4.3软件体系结构的定义14

1.5体系结构的描述与决策16

1.6体系结构的研究范畴18

1.7体系结构的设计原则18

1.8习题19

1.9实验与思考：软件设计的网络支持环境21

1.9.1实验目的21

1.9.2工具／准备工作21

1.9.3实验内容与步骤21

1.9.4实验总结24

1.9.5实验评价（教师）24

1.10阅读与分析：技术资格（水平）考试与相关职业24

第2章 理解需求28

2.1需求工程28

2.2建立根基31

2.2.1确认利益相关者31

2.2.2识别多重观点31

2.2.3协同合作32

2.2.4首次提问32

2.3导出需求33

2.3.1协同收集需求33

2.3.2质量功能部署（QFD） 34

2.3.3用户场景34

2.3.4导出工作产品34

2.4开发用例35

2.5构建需求模型36

2.5.1需求模型的元素36

2.5.2分析模式38

2.6协商需求38

2.7确认需求39

2.8习题39

2.9实验与思考：软件系统的需求分析41

2.9.1实验目的41

2.9.2工具／准备工作41

2.9.3实验内容与步骤41

2.9.4实验总结44

2.9.5实验评价（教师）44

2.10阅读与分析：后PC时代的竞争图谱：谁在蚕食PC市场？45

第3章 需求建模：场景、信息与类分析48

3.1需求分析48

3.1.1总体目标和原理48

3.1.2分析的经验原则49

3.1.3域分析49

3.1.4需求建模的方法50

3.2基于场景建模51

3.2.1新建初始用例51

3.2.2细化初始用例52

3.2.3编写正规用例52

3.3补充用例的UML模型53

3.3.1开发活动图53

3.3.2泳道图54

3.4数据建模概念55

3.4.1数据对象55

3.4.2数据属性55

3.4.3关系56

3.5基于类的建模56

3.5.1识别分析类56

3.5.2描述属性57

3.5.3定义操作58

3.5.4类—职责—协作者建模58

3.5.5关联和依赖61

3.5.6分析包61

3.6习题62

3.7实验与思考：信息系统需求分析63

3.7.1实验目的63

3.7.2工具／准备工作63

3.7.3实验内容与步骤63

3.7.4实验总结67

3.7.5实验评价（教师）67

3.8阅读与分析：为什么自由软件的用户体验差67

第4章 需求建模：流程、模式与Web应用70

4.1面向数据流建模70

4.1.1创建数据流模型70

4.1.2创建控制流模型72

4.1.3控制规格说明72

4.1.4处理规格说明74

4.2生成行为模型75

4.3需求建模的模式77

4.3.1发现分析模式77

4.3.2需求模式举例：执行器—传感器78

4.4 Web应用系统的需求建模81

4.4.1如何分析81

4.4.2需求建模的输入81

4.4.3需求建模的输出82

4.4.4 Web应用系统内容建模82

4.4.5 Web应用系统的交互模型83

4.4.6 Web应用系统的功能模型84

4.4.7 Web应用系统的配置模型84

4.4.8导航建模84

4.5习题85

4.6实验与思考：数据集成与架构建模86

4.6.1实验目的86

4.6.2工具／准备工作87

4.6.3实验内容与步骤87

4.6.4实验总结89

4.6.5实验评价（教师）90

4.7阅读与分析：Facebook程序员如何工作：扎克伯格亲自把关90

第5章 设计的概念93

5.1软件工程中的设计93

5.2设计过程94

5.2.1软件质量指导原则和属性95

5.2.2软件设计的演化96

5.3关注点分离96

5.4关于设计的概念98

5.4.1抽象98

5.4.2体系结构99

5.4.3模式99

5.4.4模块化100

5.4.5信息隐蔽100

5.4.6功能独立100

5.4.7求精101

5.4.8方面101

5.4.9重构102

5.4.10设计类102

5.5设计模型103

5.5.1数据设计元素104

5.5.2体系结构设计元素104

5.5.3接口设计元素105

5.5.4构件级设计元素106

5.5.5部署级设计元素106

5.6习题107

5.7实验与思考：系统架构设计108

5.7.1实验目的108

5.7.2工具／准备工作108

5.7.3实验内容与步骤109

5.7.4实验总结111

5.7.5实验评价（教师）111

5.8阅读与分析：IBM DB2总架构师：数据库的未来是NoSQL 111

第6章 体系结构的模式与结构113

6.1体系结构视图113

6.2体系结构类型114

6.3体系结构的风格与模式117

6.3.1风格与模式117

6.3.2基本体系结构118

6.3.3组织和求精119

6.4典型的体系结构模式119

6.4.1管道—过滤器120

6.4.2分层系统121

6.4.3知识库（容器）123

6.4.4客户机—服务器126

6.4.5数据抽象和面向对象组织127

6.4.6事件驱动与隐式调用128

6.4.7解释器129

6.4.8过程控制129

6.4.9主程序／子程序组织130

6.5应用框架131

6.6应用体系结构131

6.6.1体系结构的应用方式132

6.6.2事务处理系统132

6.6.3信息系统133

6.6.4语言处理系统134

6.7习题136

6.8实验与思考：“上下文关键字”138

6.8.1实验目的138

6.8.2工具/准备工作138

6.8.3实验内容与步骤139

6.8.4实验总结144

6.8.5实验评价（教师）144

6.9阅读与分析：盘点你所不知道的十大Intel技术成果144

第7章 体系结构的设计与实现149

7.1系统环境的表示149

7.2体系结构设计决策151

7.3定义原型152

7.4将体系结构精化为构件153

7.5利用UML进行面向对象设计155

7.5.1系统上下文与交互156

7.5.2设计体系结构157

7.5.3识别对象类158

7.5.4设计模型159

7.5.5描述接口162

7.6设计模式163

7.7实现问题164

7.7.1复用164

7.7.2配置管理165

7.7.3宿主机—目标机开发166

7.8开源开发166

7.8.1开源软件167

7.8.2开源使用许可168

7.9习题169

7.10实验与思考：仪器软件设计171

7.10.1实验目的171

7.10.2工具／准备工作171

7.10.3实验内容与步骤171

7.10.4实验总结178

7.10.5实验评价（教师）178

7.11阅读与分析：谷歌盲人工程师讲述软件设计之路178

第8章 构件级设计182

8.1什么是构件182

8.1.1面向对象的观点182

8.1.2传统观点184

8.1.3过程相关的观点185

8.2设计基于类的构件186

8.2.1基本设计原则186

8.2.2构件级设计指导方针188

8.2.3内聚性188

8.2.4耦合性189

8.3实施构件级设计190

8.4 WebApp的构件级设计193

8.4.1构件级内容设计193

8.4.2构件级功能设计193

8.5基于构件的开发194

8.5.1领域工程194

8.5.2构件合格性检验、适应性修改与组合194

8.5.3复用的分析与设计196

8.5.4构件分类与检索197

8.6习题197

8.7实验与思考：移动机器人的体系结构199

8.7.1实验目的199

8.7.2工具／准备工作199

8.7.3实验内容与步骤200

8.7.4实验总结207

8.7.5实验评价（教师）207

8.8阅读与分析：Android厂商面临的11项专利指控207

第9章 基于模式的设计212

9.1模式设计212

9.1.1模式的种类213

9.1.2框架214

9.1.3描述模式214

9.1.4模式语言和存储库215

9.2基于模式的软件设计216

9.2.1不同环境下基于模式的设计216

9.2.2在模式中思考217

9.2.3设计任务217

9.2.4建立模式组织表218

9.3体系结构模式219

9.4构件级设计模式220

9.5用户界面设计模式221

9.6 WebApp设计模式223

9.6.1设计焦点224

9.6.2设计粒度224

9.7习题225

9.8实验与思考：信息系统的可靠性、安全性226

9.8.1实验目的226

9.8.2工具／准备工作226

9.8.3实验内容与步骤227

9.8.4实验总结229

9.8.5实验评价（教师）230

9.9阅读与分析：希望开发者不要再重复发明轮子230

第10章WebApp设计232

10.1 WebApp设计质量232

10.2设计目标234

10.3界面设计235

10.4美学设计235

10.5内容设计236

10.5.1内容对象237

10.5.2设计问题238

10.6体系结构设计238

10.6.1内容体系结构238

10.6.2 WebApp体系结构240

10.7导航设计241

10.7.1导航语义241

10.7.2导航语法241

10.8构件级设计242

10.9面向对象的超媒体设计方法242

10.9.1 OOHDM的概念设计243

10.9.2 OOHDM的导航设计243

10.9.3抽象界面设计与实现244

10.10习题244

10.11实验与思考：Web应用开发246

10.11.1实验目的246

10.11.2工具／准备工作246

10.11.3实验内容与步骤246

10.11.4实验总结249

10.11.5实验评价（教师）249

10.12阅读与分析：微软“云+端”推进产业创新249

第11章 嵌入式软件设计254

11.1实时系统的概念254

11.2嵌入式系统设计255

11.2.1实时系统建模258

11.2.2实时编程258

11.3体系结构模式259

11.3.1观察和反应260

11.3.2环境控制262

11.3.3处理管道263

11.4时序分析264

11.5实时操作系统267

11.6习题269

11.7实验与思考：嵌入式软件体系架构271

11.7.1实验目的271

11.7.2工具／准备工作271

11.7.3实验内容与步骤272

11.7.4实验总结275

11.7.5实验评价（教师）275

11.8阅读与分析：Windows奋斗史：崛起与衰败276

第12章 分布式系统体系结构278

12.1分布式系统的概念278

12.2分布式系统的问题279

12.2.1透明性279

12.2.2开放性279

12.2.3可扩展性280

12.2.4信息安全性280

12.2.5服务质量281

12.2.6失败管理281

12.3交互模型281

12.4中间件282

12.5客户机—服务器计算283

12.6分布式系统的体系结构模式284

12.6.1主从体系结构284

12.6.2两层客户机—服务器结构285

12.6.3多层客户机—服务器结构286

12.6.4分布式组件体系结构287

12.6.5对等体系结构289

12.7软件作为服务291

12.8习题294

12.9实验与思考：外包管理与数据库备份296

12.9.1实验目的296

12.9.2工具／准备工作296

12.9.3实验内容与步骤296

12.9.4实验总结298

12.9.5实验评价（教师）299

12.10阅读与分析：BigInsights：解读IBM基于Hadoop的数据分析平台299

第13章 面向服务的体系结构302

13.1面向服务的体系结构的概念302

13.2服务作为可复用的组件305

13.3服务工程306

13.3.1可选服务的识别307

13.3.2服务接口设计309

13.3.3服务实现和部署310

13.3.4遗留系统服务311

13.4使用服务的软件开发311

13.4.1工作流设计和实现313

13.4.2服务测试315

13.5习题316

13.6实验与思考：软件架构评估与Web应用318

13.6.1实验目的318

13.6.2工具／准备工作318

13.6.3实验内容与步骤319

13.6.4实验总结321

13.6.5实验评价（教师）321

13.7阅读与分析：中小企业推动SaaS模式软件平台成熟322

第14章 体系结构的描述与评估326

14.1体系结构研究的发展326

14.2体系结构的描述327

14.2.1 IEEE软件体系结构描述框架标准327

14.2.2体系结构描述语言（ADL） 328

14.2.3体系结构的形式化模型332

14.2.4使用UML描述体系结构332

14.3体系结构评估的组织与结果333

14.4体系结构评估方法334

14.4.1体系结构分析方法（SAAM） 334

14.4.2体系结构权衡分析方法（ATAM） 335

14.4.3评估体系结构的复杂性336

14.5习题336

14.6课程实验总结338

14.6.1实验的基本内容338

14.6.2实验的基本评价340

14.6.3课程学习能力测评341

14.6.4课程实验总结342

14.6.5实验评价（教师）342

14.7阅读与分析：雅虎与Facebook和解专利诉讼并扩大战略合作342

附录 部分习题与实验参考答案344

主要参考文献371