系统分析与设计：从"搞清问题"到"画出蓝图"

🔍 8.1.1 问题分析：搞清"到底要解决什么"

目标：在开发之前对要解决的问题有更透彻的理解。五步走：

因果鱼骨图：把问题写在右边方框，确定潜在原因大类连到脊骨，头脑风暴找原因归类。帕累托图：直方图按频率从高到低排列，帮找"关键的20%原因造成80%问题"。

📋 8.1.2 问题定义：目标+功能需求+非功能需求

问题分析完，综合定义三方面：

1. 目标：构建系统的原因，最高层次的用户需求。描述注意：优势（不只解决问题还提供业务优势）、度量（有衡量标准）、合理性（工作量<业务优势）、可行性、可达成性。

2. 功能需求：系统必须做的事，源于业务需求，只与问题域相关。注意详细程度和二义性——同名异义词、代词指代不明。检查二义性的有效方法：大声朗读出来，大家一起边听边讨论。

3. 非功能需求：系统必须具备的属性，不改变功能而是为工作赋予特征。思维模式：功能需求以动词为特征，非功能需求以副词为特征。

📊 8.2.1 需求分析：74%的失败项目的一半栽在这

Standish Group调研23000个项目：28%彻底失败，46%超预算或超工期，仅26%成功。失败项目中约60%源于需求问题——差不多一半的项目都遇到了需求问题。

需求分析四方面工作：

• 🔍 问题识别：发现描述需求（功能/性能/环境/可靠性/安全保密/用户界面/资源/成本进度）
• 🔀 分析与综合：反复分析整合解决方案。方法：SA(结构化分析)、Jackson、OOA、状态迁移图、Petri网
• 📄 编制文档：需求规格说明书
• ✅ 评审：正确性/完整性/清晰性

需求分类：功能需求（必须做的事）+ 非功能需求（必须具备的属性）+ 设计约束（限制条件，如必须用国产数据库、必须UNIX下运行）。另外三个层次：业务需求（组织高层目标）→ 用户需求（用户要完成的任务）→ 系统需求（系统角度的功能/质量/约束）。

需求工程=需求开发（捕获→分析→编写规格→验证4阶段）+ 需求管理（基线/变更/跟踪）。开发是主线是目标，管理是支持是保障。

需求分析方法演进：结构化分析(SA, Tom DeMarco)→软系统方法(Checkland, 过渡性)→面向对象分析(OOA)→面向问题域分析(PDOA)。

🎨 8.2.2-8.2.3 系统设计：选择与妥协的艺术

需求分析解决"做什么"，系统设计解决"怎么做"。设计者的难题：在功能、性能、健壮性、开发周期、交付日期等矛盾目标间找到平衡点。

设计分两阶段：概要设计（高层设计，需求→数据结构和系统结构，划分模块确定关系）+ 详细设计（低层设计，细化结构表示，数据结构与算法）。

设计方法比较：结构化方法侧重"模块相对独立且功能单一"；Jackson方法从数据结构导出模块结构；Parnas方法将可能变化因素隐藏在模块内部。现代主流=对象技术（高内聚低耦合）。

📐 8.3.1 结构化分析：数据流图的天下

结构化分析(SA)=面向数据流的需求分析方法。核心思想：自顶向下逐层分解。把大问题分解成小问题，小问题再分解，直到最底层足够简单。

SA工具箱：数据流图(DFD) + 数据字典(DD) + 结构化语言 + 判定表 + 判定树。

SA工作三步：① 研究"物质环境"（画当前系统DFD，含部门名/岗位名/报表名）→ ② 建立逻辑模型（转成等价逻辑流）→ ③ 划清人机界限（确定哪些自动化哪些手工）。

DFD五元素：

• ⚙️ 过程(加工)：输入到输出的转换
• 👤 外部实体(源/宿)：系统外的数据源或目的
• 💾 数据存储(文件)：存放数据的地方
• ➡️ 数据流：从一处到另一处的流向
• 🔗 实时连接：过程执行时外部实体与过程的来回通信

DFD层次：Context图（最高层，整个系统=一个过程，所有外部实体和数据流）→ DFD 0层图（分解过程0）→ DFD 1层图（分解1/2/3号过程，编号1.1/1.2...）→ 逐级分解。关键：0层图的输入输出必须与Context图完全一致。

数据字典：对DFD部件的精确描述。符号：=(由…构成)、+(和)、[ | ](或)、{ }(n次重复)、( )(可选)、*…*(注释)。

🏗️ 8.3.2 结构化设计：从DFD到结构图

结构化设计(SD)=面向数据流的设计，以SA成果为基础，自顶而下、逐步求精、模块化。包括架构设计、接口设计、数据设计和过程设计。

结构图三成分：模块、调用（模块间调用关系）、数据（传递及处理的数据信息）。

DFD中信息流分两种：

• 🔄 变换流：信息经输入通路→变换中心处理→输出通路离开
• 🔀 事务流：信息进入后，事务中心根据类型选若干动作序列之一执行

详细设计工具：程序流程图（简单直观但随意性大，容易画成非结构化）、盒图（符合结构化原则，功能域明确，无法任意转移控制，但修改困难）、PAD（符合自顶向下逐步求精，最大特点=方便转为源代码）、PDL/伪码（形式化语言，控制结构确定但内部描述语法不确定，不可执行）。

🧩 8.3.3 模块设计：高内聚低耦合

模块化=分而治之，使程序结构清晰、易于测试与修改。两大原则：信息隐蔽 + 模块独立。

信息隐蔽：每个成分封装在单一模块中，尽可能少暴露内部处理。将难的决策、可能修改的决策、数据结构内部连接、硬件有关细节等隐蔽起来。提高可修改性、可测试性、可移植性。

模块独立用耦合（模块间联系紧密程度，越低越好）和内聚（模块内元素联系紧密程度，越高越好）衡量：

其他模块设计注意：大小适中、减少调用深度、单入口单出口、作用域在控制域之内、功能可预测。

🎯 8.4.1 面向对象基本概念：对象、类、继承、多态

对象=标识(名称)+属性(状态)+服务(操作)，封装为整体以接口对外提供服务。类=对具有相同属性和服务的一组对象的抽象。类分三种：

• 📦 实体类：映射需求中的实体，保存持久信息。一定有属性，不一定有操作。如学员类、课程类。参与者一般对应实体类。
• ⚙️ 控制类：控制用例工作的类，动宾短语转化来的名词。没有属性，一定有方法。如"身份验证器"。
• 🔌 边界类：封装用例内外流动的信息，位于系统与外界交接处（窗体/报表/接口/协议）。可既有属性又有方法。

继承与泛化：子类从父类继承，泛化是父类对子类的关系（一对多）。

多态：一般类定义的属性/服务被特殊类继承后可表现不同行为。4种形式：参数多态、包含多态（通用多态）+ 重载多态、强制多态（特定多态）。重载=编译时执行(静态绑定)，改写=运行时选择(动态绑定)。

模板类（类属类）：实现参数多态，抽象与类型无关部分，用变元表示与类型有关部分。

消息通信：对象间唯一合法的动态联系途径，与封装原则密不可分。

📖 8.4.2 面向对象分析方法：四大流派

OMT、OOSE、Booch最终统一成为UML。

📐 8.4.3 UML：统一建模语言

UML将OMT、OOSE和Booch融合，是国际统一的软件建模标准。不仅是OO建模，还可用于工作流、业务领域。

UML结构三部分：

• 构造块：建模元素（结构事物:类/接口/协作/用例/活动类/组件/节点；行为事物:交互/状态机；分组事物:包；注释事物）+ 关系（关联/依赖/泛化/实现）+ 图（UML 2.0共14种图）
• 公共机制：规格说明、修饰、公共分类（类元与实体/接口与实现）、扩展机制（约束/构造型/标记值）
• 架构：5个系统视图——逻辑视图、进程视图、实现视图、部署视图、用例视图

14种图分两类：静态模型（类图/对象图/包图/构件图/部署图/制品图）+ 动态模型（用例图/顺序图/通信图/定时图/状态图/活动图/交互概览图，对象图跨两类）。

用例图核心概念：参与者（与系统接口的任何事物或人，虚拟角色）、用例（系统行为的动态描述，给参与者可见价值）、包含关系<<include>>（提取公共行为=抽象用例）、扩展关系<<extend>>（分离不同场景）。

类图——OO方法的核心。类的三格表示：类名/属性/操作。属性语法：可见性 属性名:类型=默认值{约束}，可见性 +(public)/-(private)/#(protected)。

类间4种关系：

聚合 vs 组合（都是特殊的关联）：聚合=整体与部分，生命周期可不同（车和车轮），空心菱形→整体；组合=整体与部分生命周期相同（公司和部门），实心菱形→整体。

多重性：n…m，n=最少，m=最多(不确切用*)。常见：0…1、0…*、1…1、1…*、*。

交互图三兄弟：顺序图（强调时间顺序）、通信图（协作图，强调静态链接关系）、定时图（强调时间约束，UML 2.0新增，坐标轴交换、生命线凹凸表示状态、有时间刻度标尺）。

状态图：描述特定对象所有可能状态及转移。初始状态(实心圆，只一个)、结束状态(实心圆外套空心圆，可多个)、状态转移(箭头+事件)。

活动图：由状态图变化而来，一个活动结束立即进入下一个。引入判定(菱形)、分支与组合(粗线)、泳道(活动由谁完成)、对象流、信号。

构件图：源代码/二进制/可执行文件间的依赖关系。部署图：硬件物理拓扑结构+软件部署。节点(立方体)、连接(通信路径)、构件(可执行代码模块)、接口(小圆圈直线)。

🖥️ 8.5 用户界面设计：三个黄金法则

Theo Mandel总结三大黄金法则：

• 👤 置用户于控制之下：不强迫进入不必要动作、提供灵活交互、允许中断和撤销、随技能增长流水化、隔离技术细节、允许直接交互
• 🧠 减少用户记忆负担：减少短期记忆要求、建立有意义的默认、直觉性捷径、基于真实世界隐喻、渐进式提示
• 🔄 保持界面一致：允许放入有意义语境、应用系列内保持一致、不要随意改变已建立的用户期望

界面设计4个框架活动：用户/任务/环境分析→界面设计→实现→界面确认（迭代）。

🔄 8.6 工作流设计：让流程跑起来

工作流=能完全或部分自动执行的经营过程，根据过程规则在执行者间传递文档/信息/任务。流程设计的主要困难=现实复杂性——所有流程模型都是对现实的简化，计算机只根据确定信息判断，现实中有大量不确定性。

核心概念：工作流（现实过程的抽象）、流程定义（形式化表示）、流程实例（运行实例）、工作流管理系统（存储定义+触发状态改变+推动流程）、流程定义工具、参与者（谁）、活动（做什么）、活动所有者（谁决定结束）、工作所有者（谁控制整体）、工作项。

WFMC参考模型=6个基本模块：

• 🖌️ 流程定义工具：设计者抽象流程→转为形式化语言
• ⚙️ 工作流执行服务：核心，解释流程定义、激活实例、推动运转、维护活动列表、可邮件/短信提醒
• 🔗 其他工作流执行服务：多个系统间有效交互，避免信息孤岛
• 👤 客户应用程序：给最终用户的界面，处理数据、推动活动
• 📞 被调用应用程序：处理工作流所携带数据（如电子文档处理）
• 📊 管理和监控工具：状态查询、挂起、恢复、销毁、运行统计

🌐 8.7 分布式计算机应用系统设计

单台计算机功能有限，联网协同可完成更复杂任务。分布式协作两种方式：

分布式系统倾向大粒度设计——一个方法包含多参数、代表独立功能，减少网络调用次数。单系统内细粒度无所谓，但分布式每次方法调用都是网络通信。

💻 8.8 系统运行环境集成与设计

软件运行环境=设备+操作系统+网络配置。几种典型环境：

• 🏛️ 集中式系统：所有操作集中于一台主机。组成：单计算机结构（简单但受限）、集群结构（类似平台负载均衡）、多计算机结构（不同环境，适合可分解子系统）。银行/保险/证券常用，现代通常是分布式的一个环节。
• 🌐 分布式系统：基于网络（局域网/广域网），多种形式
• 🔗 C/S结构：服务器提供服务+客户机请求接受结果
• 🏗️ 多层结构：数据层+逻辑层+视图层（三层），复杂可增层。需要中间件（管件）实现层间通信
• 🌍 Internet/Intranet/Extranet：Internet=全球TCP/IP网络；Intranet=私有内部网；Extranet=扩展的Intranet含合作企业。Web基于C/S结构，优势=标准+广泛存在+费用低，劣势=安全性+可靠性

🔀 8.9 系统过渡计划：新旧系统怎么交接

新系统取代旧系统时的三种过渡方式：