基于構件的軟件開發(fā)

1、軟件工程軟件工程 長期以來的軟件開發(fā)狀況長期以來的軟件開發(fā)狀況 多數(shù)軟件都是針對某個具體的應用系統(tǒng)從頭進行開發(fā)的 導致：出現(xiàn)了大量的同類軟件重復開發(fā)，造成大量人力、財力的 浪費，而且軟件的質(zhì)量也不高 對比：汽車工業(yè)的生產(chǎn)模式對比：汽車工業(yè)的生產(chǎn)模式 在已有的部件基礎上通過組裝進行生產(chǎn)：有專門的部件生產(chǎn)工廠， 汽車設計者在設計中選擇市場上已有的合適的部件 避免了大量的重復勞動，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，促進分工 合作 我們的目標：將制造業(yè)中的組裝式生產(chǎn)模我們的目標：將制造業(yè)中的組裝式生產(chǎn)模 式引入到軟件開發(fā)中式引入到軟件開發(fā)中 2/41 基于構件的軟件開發(fā)概述基于構件的軟件開發(fā)概述 建造可復用構

2、件建造可復用構件 應用系統(tǒng)工程應用系統(tǒng)工程 構件的管理構件的管理 小結小結 3/41 建造可復用構件建造可復用構件 應用系統(tǒng)工程應用系統(tǒng)工程 構件的管理構件的管理 小結小結 4/41 基于構件的軟件開發(fā)基于構件的軟件開發(fā) Component-Based Software Development 簡稱CBSD 是指使用可復用構件來開發(fā)應用軟件 基于構件的軟件工程基于構件的軟件工程 Component-Based Software Engineering 簡稱CBSE 5/41 Pressman書中的定義：構件是某系統(tǒng)中有價值書中的定義：構件是某系統(tǒng)中有價值 的、幾乎獨立的并可替換的一個部分，它在

3、良的、幾乎獨立的并可替換的一個部分，它在良 好定義的體系結構語境內(nèi)滿足某清晰的功能好定義的體系結構語境內(nèi)滿足某清晰的功能 Brown的定義：構件是一個獨立發(fā)布的功能部的定義：構件是一個獨立發(fā)布的功能部 分，可以通過其接口訪問它的服務分，可以通過其接口訪問它的服務 “計算機科學技術百科全書計算機科學技術百科全書”的定義：軟件構的定義：軟件構 件是軟件系統(tǒng)中具有相對獨立功能，可以明確件是軟件系統(tǒng)中具有相對獨立功能，可以明確 標識，接口由規(guī)約指定，與語境有明顯依賴關標識，接口由規(guī)約指定，與語境有明顯依賴關 系，可獨立部署，且多由第三方提供的可組裝系，可獨立部署，且多由第三方提供的可組裝 軟件實體；軟

4、件構件須承載有用的功能，并遵軟件實體；軟件構件須承載有用的功能，并遵 循某種構件模型；可復用構件是指具有可復用循某種構件模型；可復用構件是指具有可復用 價值的構件價值的構件 6/41 Commercial off-the-shelf 簡稱簡稱COTS 指由第三方開發(fā)的滿足一定構件標準的，指由第三方開發(fā)的滿足一定構件標準的， 可組裝的軟件構件可組裝的軟件構件 7/41 規(guī)格說明：建立在接口概念之上，作為服規(guī)格說明：建立在接口概念之上，作為服 務提供方與客戶方之間的契約務提供方與客戶方之間的契約 一個或多個實現(xiàn)一個或多個實現(xiàn) 受約束的構件標準受約束的構件標準 包裝方法包裝方法 部署方法部署方法 8

5、/41 關于構件的一個指導性模型關于構件的一個指導性模型 由構件的三個不同方面的描述組成由構件的三個不同方面的描述組成 概念(concept)：關于“構件做什么”的抽象描述，可以 通過概念去理解構件的功能。概念包括接口規(guī)約和語義描 述兩部分，語義描述和每個操作相關聯(lián)(至少表示為前后 置謂詞形式) 內(nèi)容(content)：概念的具體實現(xiàn)，描述構件如何完成概 念所刻畫的功能 周境(context)：描述構件和外圍環(huán)境在概念級和內(nèi)容級 的關系，刻畫構件的應用環(huán)境，為構件的選用和適應性修 改提供指導 9/41 REBOOT(Reuse Based on Object_Oriented Technolo

6、gy)：基于面向?qū)ο蠹夹g的復用：基于面向?qū)ο蠹夹g的復用 一種基于刻面一種基于刻面(facet)的模型的模型 刻面：對領域進行分析，所得到的一組基本的描述特征 刻面可以描述構件執(zhí)行的功能、所操作的數(shù)據(jù)、構件應用的周 境或任何其它特征 通常的刻面描述限制在不超過7或8個刻面 一個構件通常包括以下刻面：一個構件通常包括以下刻面： 抽象(abstraction)：它是構件概念的抽象性描述 操作(operation)：它是構件所提供的操作的描述 操作對象(operand)：它描述操作的對象 依賴(dependency)：它描述構件與外界的依賴關系 10/41 CORBA(公共對象請求代理體系結構公共對象

7、請求代理體系結構) Common Object Request Broker Architecture OMG發(fā)布的構件標準 核心是ORB(Object Request Broker)，定義了異構環(huán)境下對 象透明地發(fā)送請求和接收響應的基本機制 COM+ 微軟開發(fā)的一個構件對象模型，提供了在運行于Windows操作 系統(tǒng)之上的單個應用中使用不同廠商生產(chǎn)的對象的規(guī)約 EJB：一種基于：一種基于Java的構件標準的構件標準 提供了讓客戶端使用遠程的分布式對象的框架 EJB規(guī)約規(guī)定了EJB構件如何與EJB容器進行行交互 11/41 12/41 領域分析：首先要進行領域分析，收集領域中有代表性領域分析：

8、首先要進行領域分析，收集領域中有代表性 的應用樣本，分析應用中的公共部分或相似部分，抽取的應用樣本，分析應用中的公共部分或相似部分，抽取 該領域的應用體系結構該領域的應用體系結構 建立領域特定的基準體系結構模型：在領域分析的基礎建立領域特定的基準體系結構模型：在領域分析的基礎 上，構造該領域的基準體系結構，這個基準體系結構應上，構造該領域的基準體系結構，這個基準體系結構應 是可以裁剪和擴充的，并可供該領域的應用復用是可以裁剪和擴充的，并可供該領域的應用復用 標識候選構件：在領域分析和領域基準體系結構模型的標識候選構件：在領域分析和領域基準體系結構模型的 基礎上標識該領域的候選構件基礎上標識該領

9、域的候選構件 泛化泛化(generalization)和可變性和可變性(variability)分析：提高分析：提高 其通用性，同時尋找候選構件在不同應用中的變化點其通用性，同時尋找候選構件在不同應用中的變化點 (variation point)，通過設置參數(shù)、繼承或其它手段，通過設置參數(shù)、繼承或其它手段， 使可變部分局部化使可變部分局部化 13/41 重建構件：在泛化和可變性分析的基礎上，重建構件：在泛化和可變性分析的基礎上， 重建構件，使它成為可復用構件重建構件，使它成為可復用構件 構件的測試：對重建的可復用的構件要嚴構件的測試：對重建的可復用的構件要嚴 格測試，以提高其可靠性格測試，以提

10、高其可靠性 構件的包裝：經(jīng)測試的構件應根據(jù)構件庫構件的包裝：經(jīng)測試的構件應根據(jù)構件庫 的要求，對它進行包裝，以便構件庫對它的要求，對它進行包裝，以便構件庫對它 分類儲存和檢索分類儲存和檢索 構件入庫：包裝后的構件即可存入構件庫構件入庫：包裝后的構件即可存入構件庫 14/41 建立應用系統(tǒng)的體系結構模型：可以使用構件建立應用系統(tǒng)的體系結構模型：可以使用構件 生產(chǎn)者提供的領域特定的基準體系結構經(jīng)裁剪生產(chǎn)者提供的領域特定的基準體系結構經(jīng)裁剪 和和/或擴充而獲得或擴充而獲得 尋找候選構件：根據(jù)應用系統(tǒng)的體系結構模型，尋找候選構件：根據(jù)應用系統(tǒng)的體系結構模型， 從構件庫或其它可利用的構件源中尋找候選構從

11、構件庫或其它可利用的構件源中尋找候選構 件件 評價和選擇合適的構件：評價候選構件以判斷評價和選擇合適的構件：評價候選構件以判斷 是否適合于待開發(fā)的軟件是否適合于待開發(fā)的軟件 構件的修改構件的修改(modify)和特化和特化(specialize)：在復：在復 用時對構件進行特化以滿足特定應用的需要用時對構件進行特化以滿足特定應用的需要 15/41 開發(fā)未被復用的部分：對新系統(tǒng)中未復用開發(fā)未被復用的部分：對新系統(tǒng)中未復用 的部分進行開發(fā)的部分進行開發(fā) 構件的組裝：將特化和修改后的可復用構構件的組裝：將特化和修改后的可復用構 件和新開發(fā)的部分組裝成一個新的軟件系件和新開發(fā)的部分組裝成一個新的軟件系

12、 統(tǒng)統(tǒng) 集成測試：對組裝后的軟件系統(tǒng)進行集成集成測試：對組裝后的軟件系統(tǒng)進行集成 測試測試 評價被復用的構件，并推薦可能的新構件評價被復用的構件，并推薦可能的新構件 16/41 對質(zhì)量的影響：隨著長期的測試和使用，對質(zhì)量的影響：隨著長期的測試和使用， 構件能夠保證很高的質(zhì)量，因此可以使系構件能夠保證很高的質(zhì)量，因此可以使系 統(tǒng)開發(fā)的質(zhì)量得到保證統(tǒng)開發(fā)的質(zhì)量得到保證 對生產(chǎn)率的影響：一般來說，大約對生產(chǎn)率的影響：一般來說，大約30% 50%的復用可使生產(chǎn)率提高的復用可使生產(chǎn)率提高25%40% 對成本的影響對成本的影響 與復用相關的成本應由多個采用復用技術的項目來分擔 通常要經(jīng)過23個采用復用的生

13、產(chǎn)周期(大約3年左右)復 用才能帶來顯著的效益 17/41 基于構件的軟件開發(fā)概述基于構件的軟件開發(fā)概述 應用系統(tǒng)工程應用系統(tǒng)工程 構件的管理構件的管理 小結小結 18/41 建造構件的目的是為了以后復用構件，即建造構件的目的是為了以后復用構件，即 為復用而建造構件為復用而建造構件 在建造構件時仍應遵循抽象、逐步求精、在建造構件時仍應遵循抽象、逐步求精、 信息隱蔽、功能獨立、結構化程序設計等信息隱蔽、功能獨立、結構化程序設計等 思想和原則思想和原則 由于面向?qū)ο蠓椒ň哂蟹庋b性、繼承等特由于面向?qū)ο蠓椒ň哂蟹庋b性、繼承等特 點，能有力地支持復用，所以應盡可能考點，能有力地支持復用，所以應盡可能考

14、 慮采用面向?qū)ο蠓椒☉]采用面向?qū)ο蠓椒?19/41 構件的設計應具有較高的通用程度構件的設計應具有較高的通用程度 構件應易于調(diào)整構件應易于調(diào)整 構件應易于組裝構件應易于組裝 構件必須具有可檢索性構件必須具有可檢索性 構件必須經(jīng)過充分的測試構件必須經(jīng)過充分的測試 20/41 除應遵循已有的設計概念和原則外，除應遵循已有的設計概念和原則外， 還必須考慮應用領域的特征，例如：還必須考慮應用領域的特征，例如： 標準數(shù)據(jù)：應該研究應用領域，并標識出標準的全局 數(shù)據(jù)結構(如文件結構或完整的數(shù)據(jù)庫)。于是所有設 計的構件都可以用這些標準數(shù)據(jù)結構來刻畫 標準接口協(xié)議：應該建立三個層次的接口協(xié)議：構件 內(nèi)(in

15、tramodular)接口、構件外接口以及人機接口 程序模板：程序的結構模型可以作為新程序的體系結 構設計的模板 21/41 構件應具有較強的通用性和可變性構件應具有較強的通用性和可變性 為了滿足不同的復用需求，需要在構件復用時為了滿足不同的復用需求，需要在構件復用時 可能發(fā)生變化的一個或多個位置上標識變化點可能發(fā)生變化的一個或多個位置上標識變化點 (variation point)，同時為變化點附加一個或多，同時為變化點附加一個或多 個變體個變體(variant) 例如例如Account構件的帳號編碼規(guī)則以及透支規(guī)構件的帳號編碼規(guī)則以及透支規(guī) 則在不同的國家可能不一樣則在不同的國家可能不一樣

16、 VP1 VP2 C VP1 description context 22/41 23/41 繼承：在變化點上創(chuàng)建指定抽象類型或抽繼承：在變化點上創(chuàng)建指定抽象類型或抽 象類的子類型或子類。象類的子類型或子類。 擴展和擴展點：可以在用況和對象構件中擴展和擴展點：可以在用況和對象構件中 的變化點的變化點(或擴展點或擴展點)上附加變體上附加變體(或擴展或擴展) 參數(shù)化：用于模板、框架和宏的類型和類參數(shù)化：用于模板、框架和宏的類型和類 適用于變體較小時(經(jīng)常是一個數(shù)值、短語或表達式) 24/41 基于構件的軟件開發(fā)概述基于構件的軟件開發(fā)概述 建造可復用構件建造可復用構件 構件的管理構件的管理 小結小結

17、 25/41 任務：通過組裝可復用構件得到應用系統(tǒng)任務：通過組裝可復用構件得到應用系統(tǒng) CBSD中構件是組成應用系統(tǒng)的基本單元中構件是組成應用系統(tǒng)的基本單元 注重體系結構和構件接口的分析和設計，注重體系結構和構件接口的分析和設計， 忽略構件內(nèi)部實現(xiàn)的設計忽略構件內(nèi)部實現(xiàn)的設計 26/41 接口是構件行為的描述機制，并提供了對其服接口是構件行為的描述機制，并提供了對其服 務的訪問務的訪問 供應接口(Provided interface)：描述構件所提供的服務，可以 被其它構件訪問 請求接口(requived interface)：請求接口描述構件為完成其功 能(服務)需請求其它構件為其提供的服務

18、 一個接口可以有多種實現(xiàn)，并且對使用者隱蔽一個接口可以有多種實現(xiàn)，并且對使用者隱蔽 接口描述是構件使用者能依賴的所有信息，因接口描述是構件使用者能依賴的所有信息，因 此構件接口描述的表達能力和完整性是此構件接口描述的表達能力和完整性是CBSD方方 法主要關注的問題之一法主要關注的問題之一 27/41 基于構件的應用系統(tǒng)體系結構基于構件的應用系統(tǒng)體系結構 描述了組成應用系統(tǒng)的構件，構件之間的組織結構、交互、約 束和關系 對系統(tǒng)的組成、結構以及系統(tǒng)如何工作的較為宏觀的描述 如果在領域工程中已開發(fā)了領域基準體系如果在領域工程中已開發(fā)了領域基準體系 結構結構(reference architectur

19、e)，則可以，則可以 通過對基準體系結構的剪裁和通過對基準體系結構的剪裁和/或擴充獲或擴充獲 得應用系統(tǒng)的體系結構得應用系統(tǒng)的體系結構 28/41 邏輯體系結構邏輯體系結構 以接口形式對每組服務進行描述，并描述那些包怎樣交互來滿 足通常的用戶使用場景 展示了系統(tǒng)設計的藍圖，可用于驗證系統(tǒng)是否提供了適當?shù)墓?能，并能在系統(tǒng)功能需求變化時方便地改變系統(tǒng)的設計 物理體系結構物理體系結構 描述系統(tǒng)的物理設計，包括硬件及其拓撲結構、網(wǎng)絡和通信協(xié) 議、基礎設施(如運行平臺、中間件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等)，以 及軟件系統(tǒng)的部署 展示了系統(tǒng)的實現(xiàn)構架，有助于理解系統(tǒng)的許多非功能屬性， 如性能、吞吐量、服務的可用性

20、等 29/41 Rationel統(tǒng)一過程統(tǒng)一過程 Rationals Unified Process，簡稱RUP 一個關于軟件開發(fā)的廣泛的過程框架，覆蓋了整個軟件生命周期 使用UML進行分析和設計建模，鼓勵使用CBSD方法 The Select Perspective Method 支持通用的構件設計方法，并以Select Component Manager為目標 通用構件設計準則使用UML作為構件設計符號 Sterling Software的的Enterprise-CBD方法方法 鼓勵使用UML的擴展形式把構件的規(guī)格說明和實現(xiàn)分離 允許制作技術中立的規(guī)格說明，然后再使用不同的實現(xiàn)技術來實現(xiàn)規(guī)

21、 格說明 共同點：關注構件庫中的構件、接口的設計和基于構件共同點：關注構件庫中的構件、接口的設計和基于構件 構架的應用程序組裝構架的應用程序組裝 30/41 構構 件件 鑒鑒 定定 ( q u a l i f i c a t i o 目的：確保獲得的構件可以完成所需的功目的：確保獲得的構件可以完成所需的功 能并能被集成在系統(tǒng)中與系統(tǒng)的其它構件能并能被集成在系統(tǒng)中與系統(tǒng)的其它構件 正確交互正確交互 主要依據(jù)是構件的接口描述和相關的規(guī)格主要依據(jù)是構件的接口描述和相關的規(guī)格 說明，但這些信息往往還不足以確保構件說明，但這些信息往往還不足以確保構件 能成功地集成到系統(tǒng)中能成功地集成到系統(tǒng)中 對于外部提

22、供的成品構件對于外部提供的成品構件(COTS)可通過可通過 運行構件測試版進行鑒定運行構件測試版進行鑒定 31/41 應用編程接口應用編程接口(API) 該構件所需的開發(fā)和集成工具該構件所需的開發(fā)和集成工具 運行時需求，包括使用的資源運行時需求，包括使用的資源(如內(nèi)存或存儲如內(nèi)存或存儲 器器)、時間或速度以及網(wǎng)絡協(xié)議、時間或速度以及網(wǎng)絡協(xié)議 服務需求，包括操作系統(tǒng)接口和來自其他構件服務需求，包括操作系統(tǒng)接口和來自其他構件 的支持的支持 安全特征，包括訪問控制和身份驗證協(xié)議安全特征，包括訪問控制和身份驗證協(xié)議 嵌入式設計假定，包括特定的數(shù)值或非數(shù)值算嵌入式設計假定，包括特定的數(shù)值或非數(shù)值算 法的

23、使用法的使用 異常處理異常處理 32/41 構件特化構件特化 根據(jù)應用系統(tǒng)的具體情況對其進行特化，對變化點配置特定的 變體，必要時要自行開發(fā)變體 如果所選的構件不能完全滿足應用系統(tǒng)的功能需求，還需對構 件作適當?shù)男薷?如果所選的構件未按構件標準開發(fā)(如遺產(chǎn)系統(tǒng)中抽取的構件) 時，還需按某種構件標準對其進行包裝 構件組裝構件組裝 將經(jīng)過鑒定和特化后的構件組裝成應用系統(tǒng) 提倡使用構件組裝工具來組裝應用系統(tǒng)(能檢查接口匹配中的錯 誤，實現(xiàn)組裝的自動化或半自動化) 33/41 基于構件的軟件開發(fā)概述基于構件的軟件開發(fā)概述 建造可復用構件建造可復用構件 應用系統(tǒng)工程應用系統(tǒng)工程 小結小結 34/41 構

24、件的分類描述構件的分類描述 對構件庫中的構件進行合理的分類和組織，幫助軟件開發(fā)人員 方便地找到所需要的構件 大多數(shù)的研究都建議使用圖書館科學索引方法進行構件分類 構件庫管理系統(tǒng)：主要用于構件的儲存、構件庫管理系統(tǒng)：主要用于構件的儲存、 檢索、瀏覽和管理檢索、瀏覽和管理 35/41 枚舉分類枚舉分類(Enumerated Classification) 將構件組織成分類層次結構，構件庫中的構件按某些性質(zhì)分成 若干大類，每個大類又分成若干較小的類，經(jīng)過若干次分解， 形成構件分類的層次結構，實際的構件位于層次結構的最低層， 其它層次則表示構件的類或子類 枚舉分類模式的分層結構易于理解和檢索，但是，在

25、建立層次 結構之前，必須進行領域分析，尋找合適的供分類的性質(zhì)。 屬性屬性值分類值分類(Attribute_Value Classification) 為所有構件定義一組屬性，每個構件都具有一組屬性值，開發(fā) 人員通過指定一組屬性值對構件庫檢索 與刻面分類方法非常類似，不同點在于：屬性值分類法對可 使用的屬性數(shù)量沒有限制；屬性沒有優(yōu)先級；不使用同義詞 36/41 刻面分類刻面分類(Faceted Classification) 根據(jù)一組刻面對構件分類，每個刻面從不同的側(cè)面對構件 庫中的構件進行分類，并根據(jù)重要性設置刻面的優(yōu)先級 每個刻面由一組術語(term)構成,稱之為術語空間(term space)，這些術語通常是描述性的關鍵詞 檢索：用戶通過指定一組刻面的術語值尋找匹配的構件 使用同義詞詞典(thesaurus)解決用戶指定的術語值與庫 中構件所對應的術語值之間的不一致問題 評價：具有較好的靈活性，易于加入新的刻面值，比枚舉 分類模式易于擴展和修改 37/41 構件的分類存儲構件的分類存儲(即添加構件即添加構件)：根據(jù)構件庫的：根據(jù)構件庫的 分類模型將入庫的構件儲存在構件庫中分類模型將入庫的構件儲存在構件庫中 構件檢索：從構件庫中檢索出滿足用戶要求或構件檢索：從構件庫中檢索出滿足用戶要求或 接近用戶