《软件架构理论与实践》 —3.2　软件架构的可视化建模方法

3.2　软件架构的可视化建模方法

3.2.1　基于图形可视化的建模方法

图形可视化是将软件架构按照图形的方式进行表达，强调便于利益相关者阅读、理解和交流，使之不会因图形过于复杂而难以把握软件架构的概况。

图形可视化方法可分为两类：正式图形表示和非正式图形表示。后者包括盒线图（Box-Line Diagram）、PowerPoint风格图形等，不具有严格的标准，较为随意，有一定的方便交流的作用。而正式图形表示需要有严格定义的结构，下面我们就从架构的三个基本要素（层次结构、组件关系和特性）来简单阐述软件架构的各种正式图形表示。

树形结构：树形结构是显示层次性软件架构的理想方式，简单易行。如图3-1所示的节点连接（node-link）表示。但是这种结构难以处理复杂的问题，鉴于当今软件的复杂层次关系，需要更完善的模型[4]。

树地图（TreeMap）：这种结构是由Johnson和Schneiderman提出的[5]，是展示整个软件层次架构的有效方法。这种技术的实质是一种空间填充方法，将层次信息作为嵌套的矩形集合显示。通常使用的是“花砖算法”（tiling algorithm），即对于每个层次，将相应的大盒子（box）分割为数个小盒子，这样迭代地进行水平和垂直分割，直至结束。在架构可视化方面，底层盒子往往用于表示方法，而组合盒子往往用于表示类。

改进的树地图：在树地图的基础上，有数种改进的架构可视化模型。文献[7]引入非正则形状（如泰森多边形、Voronoi）来代替矩形，以支持更多信息的显示。文献[8]研究了树地图中矩形的染色问题，以提高其表达能力。针对树地图主要显示的是软件架构的末端信息问题，文献[9]提出了圆形树地图，使用环来实现架构可视化，但是空间利用率不高。

冰块图（Icicle Plot）：冰块图中每一行代表树的一个层次，并且按照其子节点的数量进行分割[10]。冰块图有助于理解结构化的关系，如包可以用树根表示，而类和方法可以用树元素表示。但是对于大型系统的层次化架构，这种可视化技术的扩展性和导航性存在问题[8]。

旭日图（Sunburst）：这种模型最初由Stasko和Zhang提出，他们使用一个圆形或径向显示（而非矩形显示）来描述层次结构[11]。在这种图中层次结构呈放射状地与根铺设在中心，而更深层次则一步步远离这个中心。

与树地图相反但是与冰块图类似的是，旭日图的设计具有较好的弹性：图中元素的角度和颜色。研究结果表明，旭日图与树地图相比更易学习且更令人舒适[12]。

双曲树（Hyperbolic Tree）：在本质上，使用双曲空间比使用欧几里得空间有更多的显示空间，这种技术就称为双曲树显示。这种结构最初是在文献[13]中提出的，从本质上讲，它在双曲平面上列出了统一的层次结构，并将结构映射到欧几里得空间。由此产生的层次结构平铺在一个圆形的显示区域，可能会辅以焦点和上下文技术（如鱼眼变形[14]）。

双曲树能够带来一个更大的表示中心或集中区域，同时依然能够显示树的整体结构。当图过于庞大而无法有效呈现时，图中的节点可以聚在一起，并能够通过扩展来显示子树的结构。

在学术界和工业界都有许多可用的工具，以迎合利益相关者的各种需求[15-28]。在工业界，供应商开发了很多软件架构可视化商业工具，如Lattix、Enterprise Architect、NDepend、Klockwork Architect、IBM Rational Architect、Bauhaus 等。在学术界，研究团体也开发了大量的工具，如SHriMP、BugCrawler、DiffArchViz等。商业工具通常旨在被直接使用，而研究工具都是开源的，允许用户定制。