系统建模-结构化分析与设计

导读

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       本篇开头介绍系统建模的定义、目的和分类，然后以分析、设计两个阶段重点阐述结构化分析的过程和工具，最后对结构化建模进行总结。

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建模定义

       系统建模，即建立系统模型，对系统做出抽象、无歧义的表达。通过一些工具、方法对业务（组织）进行抽象、分解、分析和设计，最终转化为系统的模型化表达（各种图形、表格和文字描述）。

建模目的

       本质上来说，每个软件系统都会建模，即便是几行代码实现的小工具也会建模，只是模型可能只停留在程序员的大脑中。当系统达到一定规模时，需要分析师、设计师、程序员进行协作，成体系的模型化分析设计方法，尤为重要。模型化分析，促进系统化思考。模型化表达，直观准确，易于理解。

建模分类

       一般采用结构化分析设计和面向对象分析设计两种建模方式。

结构化分析设计

       结构化分析设计包含分析和设计两个阶段，分析阶段以数据流为中心，对业务（组织）进行系统分析，形成分析模型。设计阶段以分析模型作为输入，进行系统设计（包括架构设计、概要设计和详细设计），形成设计模型。

分析阶段

       分析阶段采用的主要工具：数据流图（DFD）、数据字典(DD)、状态变迁图(STD)和实体关系图(ERD)。

• 数据流图：以数据传递和处理的角度，表达系统的功能逻辑，具有抽象性、概括性和层次性等特点，属于功能建模范畴。
• 数据字典：对数据流图中的所有元素进行阐述。
• 状态迁移图：指明有外部事件发生时，系统将有什么动作，属于行为建模范畴。
• 实体关系图(ERD)：即概念数据模型，用实体和实体关系来描述业务（组织），属于数据建模范畴。

       结合功能建模、行为建模和数据建模，形成结构化分析模型，如图：

结构化分析模型.png

自顶向下数据流分析

       分析模型并非一蹴而就，需要自顶向下，从抽象到具体的模型细化过程。细化过程依托数据流程图的抽象性、概括性、层次性。

数据流层次结构.png

数据流层次结构中的顶层数据流，对业务进行系统级抽象表达。

数据流图-顶层.jpg

对顶层数据流进行分解，形成第一层数据流图。示例：

数据流图-1层.jpg

继续对第一层数据流进行细化，可形成第二层、三层等数据流图，同时制作数据字典，对数据流图的细节进行详细阐述。数据字典示例：

名称	使用方式	内容描述
购物人	数据：注册信息、商品
注册信息	加工：注册	姓名+账号+密码+邮件+电话
注册	数据流：注册信息
商品		编码+名称+规格+计量单位
订单信息	加工：购买	购物人+收货地址+{商品+数量}n

其中+、{}n等写法可以查阅数据字典表示法。

自底向上的概念数据模型

       从数据流图和数据字典中获取实体和关系关键信息，形成局部实体关系图，再经过层层汇聚，自底而上构建全局概念数据模型。构建过程如下图：

image.png

       生成的概念数据模型，包含实体、属性和关系三种元素。数据模型可按照不同的用途决定细化程度，作为概要设计的输入时，尽可能细化所有元素，确保设计的准确性。作为系统数据草图时，以核心实体+核心属性（也可不体现）+核心关系即可。以下是系统数据草图示例：

概念模型.jpg

设计阶段

       设计阶段以分析阶段的成果（数据流图、数据字典、状态迁移图、ER图）作为输入，进行系统设计。包括架构设计、概要设计和详细设计。
       架构设计充分考虑设计约束、制定设计原则，使用应用架构、数据架构、技术架构（含系统集成、分层架构、事务支持、错误处理机制、日志等）、部署架构，对系统进行分解、集成、复用，形成功能、数据、开发、部署等多维度系统草图，指导概要设计、详细设计和开发。
       概要设计在架构设计的基础上，深入到子模块层级进一步分解。主要包括系统结构设计、数据设计、接口设计、出错设计等。

• 系统结构设计：基于应用架构，包括系统结构图、模块设计。

• 数据设计：基于数据架构，包括数据逻辑模型和其他数据设计（如文件）。

• 接口设计：基于系统集成，包括界面接入、内部接口设计、外部接口设计等。

• 出错设计：基于错误处理机制，细化描述错误处理的细节。
  以下是概要设计的工具示例：

• 系统结构图：

  
  
  系统结构图

• 逻辑数据模型：
  

  逻辑数据模型.jpg
  
         详细设计，在系统架构的规范下，对概要设计进行实现设计，使用物理数据模型、程序流程图、伪代码等工具。以下为详细设计工具示例：

• 物理数据模型：较常用，图略。

• 程序流程图：

  
  
  程序流程图.jpg

• 伪代码：

Begin transaction
     Queue  message   callserviceA
     Queue  message   callserviceB
End transaction
For each message in queue
     peek message
     consume message ：callservice 
     remove message 
End For

总结

       面对一个新的领域，系统化的分析和设计，能帮助我们梳理业务，获取领域知识，形成系统的分析模型和设计模型。在部分项目中，可能我们没经过分析和设计，就能快速发掘订单、出库单、物流单等实体，甚至包含实体关系和模块分解结构，只是因为我们长期累积了某方面的领域知识。

参考文章：
http://www.iigrowing.cn/shu_ju_liu_tu_dfd_jian_jie.html
https://www.cnblogs.com/huhaibo/p/3409664.html
https://blog.csdn.net/hu19930613/article/details/82708292