武汉理工大学，软件设计与体系结构2021年真题

### 武汉理工大学《软件设计与体系结构》2021年真题解析 #### 一、简答题 1. **软件架构定义** - **概念**：软件架构是指软件系统的高级别结构，包括系统的基本组织、重要的抽象构件以及这些构件之间的关系。它是软件系统的基础框架，用于指导软件开发过程中的设计决策。 - **作用**：软件架构决定了系统的主要性能特征，如可维护性、可扩展性和安全性等。 2. **软件架构风格** - **概念**：软件架构风格描述了特定类型的系统组织方式和交互方式。它定义了一组抽象构件和连接器的集合，这些构件和连接器构成了一类系统的典型结构。 - **例子**：客户-服务器、管道-过滤器、事件驱动等都是常见的软件架构风格。 3. **面向对象设计风格中的组件和连接器** - **组件**：在面向对象设计中，组件通常指的是类或对象。 - **连接器**：连接器可以理解为接口或方法调用，它们使得不同组件之间能够通信和交互。 4. **MVC架构的组成元素** - **模型(Model)**：负责管理应用程序的业务逻辑和数据。 - **视图(View)**：负责展示数据给用户。 - **控制器(Controller)**：处理用户的输入并调用模型和视图完成相应的操作。 5. **软件架构视图** - **概念**：软件架构视图是从不同的角度来观察系统，以便更好地理解和分析系统的特性。常见的视图包括逻辑视图、进程视图、开发视图和物理视图等。 - **目的**：每个视图都关注于软件系统的一个方面，有助于团队成员更好地协作和理解整个系统。 6. **软件的伸缩性** - **定义**：指软件系统能够适应负载增加或减少的能力。 - **重要性**：良好的伸缩性意味着系统可以在不影响性能的情况下应对变化的工作负载需求。 7. **软件伸缩性考虑的四个方面** - **水平伸缩**：通过增加更多的硬件资源来提升系统性能。 - **垂直伸缩**：通过增强单个节点的计算能力来提高系统性能。 - **动态伸缩**：自动调整资源分配以适应负载变化。 - **空间分布**：在多个地理位置部署系统以提高性能。 8. **软件架构设计的层次** - **高层次架构**：关注整体结构和主要组件。 - **中层次架构**：细化到具体的模块及其交互方式。 - **低层次架构**：深入到内部实现细节和技术栈选择。 9. **软件可用性取决于的时间** - **响应时间**：系统对用户请求作出反应所需的时间。 - **恢复时间**：系统在故障发生后恢复正常运行所需的时间。 - **正常运行时间**：系统处于正常工作状态的时间比例。 10. **实现高可用性的策略** - **冗余**：提供备份组件以确保在主组件失效时可以立即切换。 - **容错**：设计能够容忍故障的系统架构。 - **负载均衡**：合理分配请求以避免单点过载。 11. **面向对象设计的五个基本原则** - **单一职责原则(SRP)**：一个类应该只有一个引起它改变的原因。 - **开放封闭原则(OCP)**：软件实体应该是可扩展的而不可修改的。 - **里氏替换原则(LSP)**：子类型必须能够替换其基类型。 - **依赖倒置原则(DIP)**：高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。 - **接口隔离原则(ISP)**：客户端不应该被强迫依赖于它不使用的方法。 12. **开闭原则** - **定义**：软件实体应该是可扩展的而不可修改的。 - **实践**：通过继承和多态机制实现新功能的添加，而不是修改现有代码。 13. **依赖倒置原则的内容** - **核心思想**：高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。 - **好处**：降低耦合度，提高系统的灵活性。 14. **防止变异模式** - **定义**：一种设计模式，用于保护对象的状态不被意外更改。 - **应用场景**：在需要保证对象状态一致性的情况下使用。 15. **关注点的两种类型** - **横切关注点**：跨越多个组件的功能，如日志记录、事务管理等。 - **核心关注点**：直接与业务逻辑相关的功能。 #### 二、详答题 1. **常见的软件架构设计模式** - **分层架构**：将系统划分为多个层级，每一层只与相邻层交互。 - **微服务架构**：将一个应用程序拆分成一组小的服务，每个服务运行在其独立的进程中。 - **事件驱动架构**：系统基于事件流进行设计，组件之间通过事件进行通信。 2. **管道过滤器设计模式** - **定义**：该模式是一种数据处理架构模式，其中数据顺序通过一系列处理步骤。 - **示例**：在操作系统命令行中，用户可以通过管道将命令的输出作为另一个命令的输入。 3. **消除循环依赖的设计重构** - **问题描述**：原设计中 Image 类和 Encryption 类之间存在循环依赖。 - **解决方案**：通过引入一个中介类来打破循环依赖，例如可以创建一个 SecurityManager 类，由它持有 Image 和 Encryption 类的实例。 4. **GRASP模式的9个具体模式** - **信息专家**：确定一个类是否应该拥有某个行为或知识。 - **创造者**：确定哪个类应该创建另一个类的实例。 - **纯虚构**：将一个复杂的类分解成多个更简单的类。 - **控制器**：接收来自外部的请求并将其转化为内部的操作。 - **低耦合**：确保类之间的关系尽可能简单。 - **多态**：允许子类型替换其父类型。 - **保护变化**：识别系统中可能发生变化的部分并将其封装起来。 - **间接**：通过引入中间件来减少类之间的直接交互。 - **高内聚**：确保类具有高度的相关性和聚焦性。 5. **企业应用在领域层和数据层的架构模式** - **领域驱动设计(DDD)**：强调围绕业务领域来构建软件系统。 - **数据访问对象(DAO)**：提供了一种访问数据库的方式，隔离了业务逻辑和数据访问层。 - **实体-关联-属性(E-R)**：一种用于描述数据库模型的概念化方式。 #### 三、应用题 1. **观察者模式的UML类图** - **概念**：观察者模式允许一个对象（主题）在状态发生变化时通知所有注册的观察者对象。 - **类图示例**：包括 Subject（主题）、Observer（观察者）两个主要接口，以及 ConcreteSubject（具体主题）、ConcreteObserver（具体观察者）两个具体实现类。 - **伪代码示例**： ```plaintext interface Observer { void update(); } interface Subject { void registerObserver(Observer observer); void removeObserver(Observer observer); void notifyObservers(); } class ConcreteSubject implements Subject { private List observers = new ArrayList<>(); private int state; public void registerObserver(Observer observer) { observers.add(observer); } public void removeObserver(Observer observer) { observers.remove(observer); } public void notifyObservers() { for (Observer observer : observers) { observer.update(); } } public void setState(int state) { this.state = state; notifyObservers(); } } class ConcreteObserver implements Observer { @Override public void update() { // 更新观察者的状态 } } ``` 2. **面向对象设计的排序算法** - **设计思路**：采用策略模式，根据不同条件选择不同的排序算法。 - **伪代码示例**： ```plaintext interface SortStrategy { void sort(File file); } class QuickSort implements SortStrategy { @Override public void sort(File file) { // 实现快速排序 } } class ExternalSort implements SortStrategy { @Override public void sort(File file) { // 实现外部排序 } } class ConcurrentExternalSort implements SortStrategy { @Override public void sort(File file) { // 实现并发外部排序 } } class MapReduceSort implements SortStrategy { @Override public void sort(File file) { // 实现MapReduce排序 } } class FileSorter { private SortStrategy strategy; public void setStrategy(SortStrategy strategy) { this.strategy = strategy; } public void sortFile(File file) { strategy.sort(file); } } public class Main { public static void main(String[] args) { File file = new File("path/to/file"); long fileSize = file.length(); FileSorter sorter = new FileSorter(); if (fileSize < 400 * 1024 * 1024) { sorter.setStrategy(new QuickSort()); } else if (fileSize < 4 * 1024 * 1024 * 1024) { sorter.setStrategy(new ExternalSort()); } else if (fileSize < 16 * 1024 * 1024 * 1024) { sorter.setStrategy(new ConcurrentExternalSort()); } else { sorter.setStrategy(new MapReduceSort()); } sorter.sortFile(file); } } ``` 通过对武汉理工大学《软件设计与体系结构》课程2021年的真题进行解析，我们可以看到这门课程涵盖了软件架构的基本概念、设计模式、面向对象设计原则等多个方面的内容。通过学习这些知识点，学生能够更好地理解和掌握软件设计与体系结构的核心理念，为将来从事软件开发工作打下坚实的基础。