第六章_軟件演化技術(shù)

1、第六章 軟件演化技術(shù)本章內(nèi)容o 6.1 軟件演化概述o 6.2 軟件需求演化o 6.3 軟件演化的分類n 6.3.1 基于過程和函數(shù)的軟件演化n 6.3.2 面向?qū)ο蟮能浖莼痭 6.3.3 基于構(gòu)件的軟件演化n 6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化o 6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)本章內(nèi)容o 6.5 軟件動態(tài)演化技術(shù)n 6.5.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)o 6.5.1.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的概念o 6.5.1.2 動態(tài)更新的原則o 6.5.1.3 基于構(gòu)件的動態(tài)體系結(jié)構(gòu)模型n 6.5.2 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的意義n 6.5.3 動態(tài)體系結(jié)構(gòu)描述語言n 6.5.4 動態(tài)演化工具o 6.6 可演化軟件的設(shè)計6.

2、1 軟件演化概述o 軟件的開發(fā)、發(fā)布和維護是一個漸進變化并要達到預(yù)期目標的過程，是一種演化過程o 在軟件系統(tǒng)開發(fā)完畢正式投入使用之后，用戶需求發(fā)生了改變，或者要將該系統(tǒng)移植到另一個運行環(huán)境中，或者在新環(huán)境中需求發(fā)生變化，都需要對軟件系統(tǒng)進行修改和完善o 軟件系統(tǒng)進行漸進完善并達到所希望的目標的過程就是軟件演化(Software Evolution)6.1 軟件演化概述o 軟件演化過程是由一系列復(fù)雜的變化活動組成的，控制系統(tǒng)按照預(yù)期目標進行變化是開發(fā)者所追求的目標6.1 軟件演化概述o 軟件演化是指在軟件生命周期內(nèi)進行系統(tǒng)維護和系統(tǒng)更新的動態(tài)行為o 軟件演化的核心問題是：如何使軟件系統(tǒng)適應(yīng)外界的

3、改變，軟件演化過程是軟件演化和軟件過程的統(tǒng)一o 軟件演化過程應(yīng)該具有以下幾個特征：n 迭代性：在軟件演化過程中，必須不斷地對系統(tǒng)進行變更，許多活動要比在傳統(tǒng)模式中具有更高的重復(fù)執(zhí)行頻率6.1 軟件演化概述n 并行性：為了提高軟件演化的效率，必須對軟件演化過程進行并行處理n 反饋性：用戶需求和軟件系統(tǒng)所處的工作環(huán)境總是在不斷地發(fā)生該變，一旦環(huán)境發(fā)生變化后，就必須作出反饋，啟動軟件演化過程n 多層次性：軟件演化是一項多層次的工作，它是多方面因素共同作用的結(jié)果n 交錯性：軟件演化既具有連續(xù)性有具有間斷性，二者是交錯進行的6.2 軟件需求演化o 軟件演化是不斷調(diào)節(jié)應(yīng)用系統(tǒng)以滿足用戶需求的過程，是對已有

4、系統(tǒng)不斷進行修改、補充和完善，以適應(yīng)外界環(huán)境變化的過程o 隨著新需求和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，幾乎所有的系統(tǒng)都要不斷地進行升級和更新，這種變化的起因更多地歸結(jié)為軟件需求的演化o 在軟件生命周期的各個階段，軟件需求都可能發(fā)生改變6.2 軟件需求演化o 系統(tǒng)需求主要包括非功能性需求和功能需求兩部分，非功能性需求往往具有全局性，在框架結(jié)構(gòu)級別上，比較容易體現(xiàn)出來o 軟件體系結(jié)構(gòu)、非功能性需求和功能需求之間的關(guān)系6.2 軟件需求演化n 首先，必須在功能需求中體現(xiàn)非功能性需求，在軟件體系結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)功能需求和非功能性需求n 其次，非功能性需求對軟件體系結(jié)構(gòu)和功能需求具有約束n 此外，軟件體系結(jié)構(gòu)也進一步約束了功

5、能需求o 需求分析往往具有無法避免的不徹底性和不完備性，一些無法預(yù)料的外部條件變化也總是在所難免的o 軟件需求演化主要分為以下三類：6.2 軟件需求演化n 需求增加：軟件工程師檢查用戶提出的新需求是否與原有功能沖突，如果產(chǎn)生沖突則向開發(fā)小組報告，否則將新需求加入到系統(tǒng)需求規(guī)格說明中，啟動軟件演化過程n 需求刪除：在開發(fā)和運行階段，系統(tǒng)往往存在著某些不必要的或重復(fù)功能，必須刪除這些功能所對應(yīng)的需求描述n 需求改寫：經(jīng)過與客戶的商討之后，軟件工程師對功能定義、數(shù)據(jù)定義和實現(xiàn)方法進行修改，然后通知相關(guān)人員按照新需求重新啟動軟件演化過程6.2 軟件需求演化o 在軟件需求演化過程中，應(yīng)該注意以下幾個問題

6、：n 如何預(yù)先推導(dǎo)變更的結(jié)果和影響的范圍n 在更替軟件元素時，需要保證替換前后元素的外部行為是一致的n 在軟件需求演化過程中，應(yīng)該具備控制變更過程的手段，以保持其完整性6.3 軟件演化的分類o 軟件演化指的是系統(tǒng)進行變化并達到預(yù)期目標的過程，可以分為靜態(tài)演化和動態(tài)演化兩種類型n 靜態(tài)演化是指系統(tǒng)在停機狀態(tài)下所進行的修改n 動態(tài)演化則是指軟件在運行期間所進行的更新o 在靜態(tài)演化中，先對需求變化進行分析，鎖定軟件更新的范圍，然后實施系統(tǒng)升級n 在停機狀態(tài)下，系統(tǒng)的維護和二次開發(fā)就是一種典型的軟件靜態(tài)演化6.3 軟件演化的分類o 對于執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)的一些軟件系統(tǒng)而言，通過停止、更新和重啟來實現(xiàn)維護演化

7、任務(wù)將會導(dǎo)致不可接受的延遲、代價和危險n 例如：當對航班調(diào)度系統(tǒng)和某些實時監(jiān)控系統(tǒng)進行演化時，不能進行停機更新，而必須切換到備用系統(tǒng)上，以確保相關(guān)服務(wù)仍舊可用o 條件發(fā)生改變時，移動計算系統(tǒng)需要調(diào)整對應(yīng)的計算構(gòu)件，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化6.3 軟件演化的分類n 諸如：交通控制軟件、電信交換軟件、Internet服務(wù)應(yīng)用軟件以及高可用性的公共信息軟件o 軟件動態(tài)演化可以分為兩種類型：預(yù)設(shè)的和非預(yù)設(shè)的n 動態(tài)變化的因素是軟件設(shè)計者能夠預(yù)先設(shè)想到的，可實現(xiàn)為系統(tǒng)的固有功能，這就是預(yù)設(shè)的軟件動態(tài)演化6.3 軟件演化的分類n 對系統(tǒng)配置進行修改和調(diào)整是直到軟件投入運行以后才能確定的，這就要求系統(tǒng)能夠處理在

8、原始設(shè)計中沒有完全預(yù)料到的新需求，這就是非預(yù)設(shè)的軟件動態(tài)演化o 從實現(xiàn)方式和粒度上看，演化主要包括：基于過程和函數(shù)的軟件演化、面向?qū)ο蟮能浖莼⒒跇?gòu)件的軟件演化和基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化6.3.1 基于過程和函數(shù)的軟件演化o 早期的動態(tài)鏈接庫DLL的動態(tài)加載就是以DLL為基礎(chǔ)的函數(shù)層的軟件演化o DLL的調(diào)用方式可以分為加載時刻的隱含調(diào)用和運行時刻的顯式調(diào)用n 加載時的隱含調(diào)用由編譯系統(tǒng)來完成對DLL的加載和卸載工作，屬于軟件靜態(tài)演化n 運行時的顯式調(diào)用則是由編程者使用API函數(shù)來加載DLL和卸載DLL，以實現(xiàn)調(diào)用DLL的目的6.3.1 基于過程和函數(shù)的軟件演化o Mark給出了一個名為PO

9、DUS(Procedure-Oriented Dynamic Updating System)的原型系統(tǒng)n 程序的更新是通過載入新版本的程序，用過程的新版本來替換舊版本，同時，在運行時將當前的捆綁改為新版本的捆綁來實現(xiàn)的6.3.2 面向?qū)ο蟮能浖莼痮 在面向?qū)ο笳Z言出現(xiàn)之后，許多研究者開始考慮利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)來提高軟件系統(tǒng)的演化能力o 利用對象和類的相關(guān)特性，在軟件升級時，可以將系統(tǒng)修改局限于某個或某幾個類中，以提高演化的效率o 可動態(tài)演化的對象應(yīng)該具備以下幾個特征：n 在系統(tǒng)運行時，允許進行重新配置6.3.2 面向?qū)ο蟮能浖莼痭 動態(tài)調(diào)整不涉及實現(xiàn)代碼，可直接在運行實例中修改應(yīng)用系統(tǒng)n

10、使用反射、元數(shù)據(jù)及元對象協(xié)議來實現(xiàn)對象的動態(tài)更新n 參照透明，即被替換的對象無需告訴它的使用者，在客戶機-服務(wù)器(Client-Server)模式中，服務(wù)器Server的更新對客戶機Client保持透明n 狀態(tài)遷移，在對象動態(tài)演化中，被替換對象的相關(guān)狀態(tài)信息，例如：屬性和當前運行狀態(tài)，應(yīng)該遷移到新對象上6.3.2 面向?qū)ο蟮能浖莼痭 相互引用問題，對象之間往往存在著某種相互依賴的關(guān)系o 在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，類層次的動態(tài)演化是最具代表性的方法，其原理是：在代理機制下，實現(xiàn)類的動態(tài)替換o Java語言使用了動態(tài)類的概念，并通過修改標準Java虛擬機，增加相應(yīng)動態(tài)類載入器，在升級前先檢查類型的正確性

11、6.3.3 基于構(gòu)件的軟件演化o 從復(fù)用的粒度來講，軟件構(gòu)件要比對象大得多，更易于復(fù)用，而且也更易于演化o 構(gòu)件演化是在現(xiàn)有構(gòu)件的基礎(chǔ)上，對其進行修改，以滿足用戶的新需求o 從構(gòu)件組成的角度來看，構(gòu)件演化主要包括三種類型：n 信息演化是給構(gòu)件增加新的內(nèi)部狀態(tài)n 行為演化是在保持構(gòu)件對外接口不變的情況下，修改構(gòu)件的具體功能，重新實現(xiàn)構(gòu)件的內(nèi)部邏輯6.3.3 基于構(gòu)件的軟件演化n 接口演化則是要對構(gòu)件的接口進行修改，包括：增加、減少和替換原構(gòu)件的接口o 反射式中間件(Reflective Middleware)是一種通過開放內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)以獲取更高靈活性的中間件o 通過引入反射技術(shù)，以一種受限的方式

12、來操縱中間件運行時的內(nèi)部狀態(tài)和行為，使系統(tǒng)具有反射性6.3.3 基于構(gòu)件的軟件演化o 系統(tǒng)的反射性是指系統(tǒng)能夠提供對自身狀態(tài)和行為的自我描述，并且系統(tǒng)的實際狀態(tài)和行為始終與自我描述保持一致o 自我描述的改變能夠立即反映到系統(tǒng)的實際狀態(tài)和行為中，而系統(tǒng)的實際狀態(tài)和行為改變也能夠立即在自我描述中得到反映o 反射系統(tǒng)定義了一個層次化的反射體系，包括一個基層和一個或多個元層6.3.3 基于構(gòu)件的軟件演化n 工作在基層中的實體執(zhí)行系統(tǒng)正常的業(yè)務(wù)功能，而工作在元層中的實體負責(zé)建立和維護系統(tǒng)的自我描述o 軟件構(gòu)件之間的交互是通過連接件中相關(guān)信息的變化來實現(xiàn)的，同時，這種信息的變化可以觸發(fā)和驅(qū)動系統(tǒng)自身的調(diào)整

13、o 演化平臺可以截獲構(gòu)件之間的調(diào)用請求和構(gòu)件狀態(tài)6.3.3 基于構(gòu)件的軟件演化n 當接收到演化命令時，演化平臺將調(diào)用請求阻塞，根據(jù)體系結(jié)構(gòu)配置信息對構(gòu)件進行重新組裝和部署n 完成連接件的重定向并釋放構(gòu)件的調(diào)用請求o 基于構(gòu)件的演化與面向?qū)ο蟮难莼扔幸欢ǖ膮^(qū)別，又有一定的聯(lián)系n 軟件構(gòu)件的實例是一種更為復(fù)雜的對象，在更新時仍然需要借助面向?qū)ο蟮难莼椒?.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化o 從宏觀的角度來刻畫軟件演化問題，一種行之有效的手段就是從軟件體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，來把握整個系統(tǒng)的更新問題o 由于系統(tǒng)需求、技術(shù)、環(huán)境和分布等因素的變化，最終將導(dǎo)致系統(tǒng)框架按照一定的方式來變動，這就是軟件體系結(jié)構(gòu)演化

14、o 如果單純從系統(tǒng)是否運行的角度出發(fā)，軟件體系結(jié)構(gòu)演化包括：靜態(tài)演化和動態(tài)演化6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化n 在非運行時刻，系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的修改和變更被稱為軟件體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)演化n 在運行時刻，系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的變更被稱為軟件體系結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化o 軟件體系結(jié)構(gòu)靜態(tài)演化n 在停止運行的狀態(tài)下，體系結(jié)構(gòu)演化的基本活動包括：刪除構(gòu)件、增加構(gòu)件、修改構(gòu)件、合并構(gòu)件和分解構(gòu)件6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化n 在體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)演化中，表面上看是對構(gòu)件進行增加、替換和刪除操作，但是，實質(zhì)上這種變化蘊涵著一系列的連帶和波及效應(yīng)，更多的表現(xiàn)為變化的構(gòu)件和連接件與其它相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件和連接件的重新組合與調(diào)整n 在

15、靜態(tài)演化階段，對軟件的任何擴充和修改都需要在體系結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)下來完成，以維持整體設(shè)計的合理性和性能的可分析性，為維護的復(fù)雜性和代價分析提供依據(jù)6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化o 軟件體系結(jié)構(gòu)動態(tài)演化n 在軟件體系結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化中，要求框架結(jié)構(gòu)模型不僅具有刻畫靜態(tài)結(jié)構(gòu)特性的能力，而且還應(yīng)該具有描述構(gòu)件狀態(tài)變化和構(gòu)件之間通過連接件的相互作用等動態(tài)特性的能力n 需要將構(gòu)件之間的相互作用與約束細化為構(gòu)件與連接件之間的相互作用與約束n 從不動點轉(zhuǎn)移的角度來看，軟件體系結(jié)構(gòu)靜態(tài)演化實質(zhì)上是動態(tài)演化的一個子過程6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化o 軟件體系結(jié)構(gòu)演化可以分為以下四個階段：n 設(shè)計時的體系結(jié)構(gòu)演

16、化，隨著對系統(tǒng)理解的不斷深入，系統(tǒng)的整體框架會越來越清晰，這本身就是一個體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不斷完善的過程n 運行前的體系結(jié)構(gòu)演化，此時，框架各部分所對應(yīng)的代碼已經(jīng)被編譯到軟件系統(tǒng)中，但系統(tǒng)還沒有開始運行n 安全運行模式下的體系結(jié)構(gòu)演化，這種演化方式又稱受限運行演化，系統(tǒng)運行在安全模式下，即系統(tǒng)的運行要受到一定條件的約束和限制6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化n 運行時刻的體系結(jié)構(gòu)演化，在系統(tǒng)運行過程中，框架演化通常與構(gòu)件演化密切相關(guān)o 軟件體系結(jié)構(gòu)對于系統(tǒng)演化的意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面：n 對系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)進行形式化表示，提高軟件的可構(gòu)造性，從而更加易于軟件的演化n 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方案將有助于開

17、發(fā)人員充分地考慮將來可能出現(xiàn)的各種演化問題、演化情況和演化環(huán)境6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化n 在應(yīng)用系統(tǒng)中，軟件體系結(jié)構(gòu)以一類實體顯性地被表示出來，被整個運行環(huán)境所共享，可以作為整個系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)n 體系結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的整體框架進行了充分地描述，說明了構(gòu)件與構(gòu)件之間的對應(yīng)關(guān)系、構(gòu)件與連接件之間的連接關(guān)系、以及系統(tǒng)架構(gòu)的配置狀況，在系統(tǒng)演化階段，可以充分地利用這些信息n 在設(shè)計系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)時，通常將相關(guān)協(xié)同邏輯從計算部件中分離出來，進行顯式地、集中地表示，同時，解除系統(tǒng)部件之間的直接耦合，這會有助于系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)整6.3.4 基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化o 從軟件更新的角度來看，軟件演化和軟件維護有

18、著非常密切的聯(lián)系n 軟件維護是對已交付的系統(tǒng)進行修改，使目標系統(tǒng)能夠完成新任務(wù)，或是在新環(huán)境中完成同樣的功能，主要指在維護期間對現(xiàn)有系統(tǒng)的修改活動n 軟件演化則著眼于整個軟件生命周期，從功能行為角度來觀察系統(tǒng)的變化，是軟件的一種向前發(fā)展過程，主要體現(xiàn)在軟件功能的不斷完善n 在軟件維護期間，通過具體的維護活動可以使系統(tǒng)不斷地向前演化6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 靜態(tài)演化可以是一種更正代碼錯誤的簡單變更，也可以是更正設(shè)計方案的重大調(diào)整，可以是對描述錯誤所作的較大范圍的修改，還可以是針對新需求所作的重大完善o 在演化時，首先根據(jù)用戶的需求變動，開發(fā)新功能模塊或更新已有的功能模塊，然后編譯鏈接生成新應(yīng)用

19、系統(tǒng)，最后部署更新后的軟件系統(tǒng)6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 靜態(tài)演化技術(shù)的優(yōu)點是：在更新過程中，不需要考慮系統(tǒng)的狀態(tài)遷移和活動線程問題o 靜態(tài)演化技術(shù)的缺點是：停止應(yīng)用程序意味著停止系統(tǒng)所提供的相關(guān)服務(wù)，也就是使軟件暫時失效o 軟件靜態(tài)演化的步驟包括：n 軟件理解：查閱軟件文檔，分析系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，識別系統(tǒng)組成元素及其之間的相互關(guān)系，提取系統(tǒng)的抽象表示形式6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)n 需求變更分析：軟件的靜態(tài)演化往往是由于用戶需求變化、系統(tǒng)運行出錯和運行環(huán)境發(fā)生改變所導(dǎo)致的n 演化計劃：對原系統(tǒng)進行分析，確定更新范圍和所花費的代價，制定更新成本和演化計劃n 系統(tǒng)重構(gòu)：根據(jù)演化計劃對原軟件系統(tǒng)進行重構(gòu)

20、，使之能夠適應(yīng)當前的需求n 系統(tǒng)測試：對更新后的軟件元素和整個系統(tǒng)進行測試，以查出其中的錯誤和不足之處6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 軟件靜態(tài)演化的過程模型6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 在對系統(tǒng)功能進行更新時，最簡單的機制就是創(chuàng)建相關(guān)類的子類，然后重載需要變更的方法，利用多態(tài)性來調(diào)用新創(chuàng)建的方法o 在開發(fā)構(gòu)件時，通常采用接口和實現(xiàn)相分離的原則，構(gòu)件之間只能通過接口來進行通信o 具有兼容接口的不同構(gòu)件實現(xiàn)部分可以相互取代，在靜態(tài)演化過程中，這已經(jīng)成為一條非常有效的途徑6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 在基于構(gòu)件的開發(fā)模式中，經(jīng)常出現(xiàn)的構(gòu)件接口與系統(tǒng)設(shè)計接口不兼容的情況包括：接口方法名稱不一致和參數(shù)類型不一致

21、o 為了提高軟件演化的效率，通常使用構(gòu)件包裝器(Component Wrapper)來修改原構(gòu)件的接口，包裝器對構(gòu)件接口進行封裝以適應(yīng)新的需求環(huán)境o 在構(gòu)件包裝器中，封裝了原始構(gòu)件，同時提供了系統(tǒng)所需要的接口，這樣就解決了構(gòu)件接口不兼容的問題6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 包裝器的實質(zhì)是一個篩選器，將對原構(gòu)件的請求進行過濾并調(diào)用對應(yīng)的方法o 將一個或多個構(gòu)件作為復(fù)合構(gòu)件的組成部分，包裝允許構(gòu)件組合和聚集起來完成新的功能6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 繼承機制也可以實現(xiàn)構(gòu)件演化n 新創(chuàng)建的構(gòu)件是通過繼承原構(gòu)件而獲得的，是原構(gòu)件的子類型n 子類型化是通過加強原構(gòu)件創(chuàng)建一個新構(gòu)件，并重用其實現(xiàn)部分來完成的n

22、 在原構(gòu)件的基礎(chǔ)上，使用繼承機制來創(chuàng)建子構(gòu)件，并按照需求重新實現(xiàn)相關(guān)的虛函數(shù)，就可以完成構(gòu)件演化任務(wù)6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 軟件體系結(jié)構(gòu)給出了系統(tǒng)的整體框架，可以作為設(shè)計、實現(xiàn)和更新的基礎(chǔ)，承擔了“保證最經(jīng)常發(fā)生的變動是最容易進行的”這一重擔o 在軟件靜態(tài)演化過程中，對系統(tǒng)任何部分所作的擴充和修改都需要在體系結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)下來完成o 以軟件體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)需求變化進行整體把握，將有助于確定系統(tǒng)更新的最佳方案，更好地控制軟件質(zhì)量和演化成本6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 軟件體系結(jié)構(gòu)演化基本上可以歸結(jié)為3類n 局部更新是指修改單個軟件構(gòu)件，包括：構(gòu)件刪除、構(gòu)件增加和構(gòu)件修

23、改n 非局部更新則是指對幾個軟件構(gòu)件進行修改，但不影響整個體系結(jié)構(gòu)，包括：構(gòu)件合并、構(gòu)件分解和若干個構(gòu)件的修改n 體系結(jié)構(gòu)級更新則會影響到系統(tǒng)各組成元素之間的相互關(guān)系，甚至要改動整個框架結(jié)構(gòu)6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)o 局部更新是最經(jīng)常發(fā)生的，也是最容易實現(xiàn)的o 在系統(tǒng)功能發(fā)生調(diào)整時，會出現(xiàn)非局部更新，其處理過程要相對復(fù)雜一些o 當系統(tǒng)功能發(fā)生重大變化時，會發(fā)生體系結(jié)構(gòu)級更新o 在正交體系結(jié)構(gòu)中，因為線索是正交的，因此，每一個需求變動只影響一條線索，而不涉及其它線索6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)n 需求變動只對相關(guān)模塊起作用，不會影響到其它模塊，從而使系統(tǒng)的修改更加容易實現(xiàn)n 當應(yīng)用程序發(fā)生演化時，可

24、以在原軟件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，通過新增、修改和刪除線索來生成新系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)n 整個演化過程是以原結(jié)構(gòu)的線索和構(gòu)件為基礎(chǔ)，由左向右自頂向下來進行的o 正交軟件體系結(jié)構(gòu)的演化過程如下：n (1)需求變動歸類6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)n (2)制定體系結(jié)構(gòu)演化計劃n (3)修改、增加或刪除構(gòu)件n (4)更新構(gòu)件之間的相互作用n (5)產(chǎn)生演化后的軟件體系結(jié)構(gòu)n (6)迭代，如果第(5)步得到的體系結(jié)構(gòu)不夠詳細，還不能實現(xiàn)變化的需求，可以對(3)(5)步進行多次迭代n (7)對以上步驟進行確認，進行階段性技術(shù)評審6.4 軟件靜態(tài)演化技術(shù)6.5 軟件動態(tài)演化技術(shù)o 為了支持軟件的動態(tài)演化，人們在編程語言和工

25、作機制方面做了大量探索性的研究工作n 基于硬件的動態(tài)演化，使用多個冗余的硬件設(shè)備，用于軟件的動態(tài)升級服務(wù)n 動態(tài)裝載，在編程語言方面，引進相關(guān)機制來支持軟件系統(tǒng)的動態(tài)演化n 動態(tài)類：在軟件運行過程中，類的實現(xiàn)可以動態(tài)地變化o 凍結(jié)”策略，系統(tǒng)等待已存在的舊版本的對象被客戶釋放6.5 軟件動態(tài)演化技術(shù)o “重建”策略，系統(tǒng)使用動態(tài)類的新版本來創(chuàng)建相關(guān)對象，同時，將舊版本的對象的狀態(tài)信息拷貝到新對象中o “共存”策略，動態(tài)類新、舊版本的對象共存，但是，以后對象的創(chuàng)建使用動態(tài)類的新版本o 在實現(xiàn)動態(tài)類時，通常需要引入代理(Proxy)機制o 代理負責(zé)維護動態(tài)類的所有實現(xiàn)版本和實現(xiàn)版本的外部存儲o 代

26、理機制下的動態(tài)類是一種輕量級的動態(tài)演化技術(shù)，它不需要編譯器和底層運行環(huán)境(例如：操作系統(tǒng)和虛擬機)的支持，比較容易實現(xiàn)6.5 軟件動態(tài)演化技術(shù)6.5 軟件動態(tài)演化技術(shù)n 中間件為運行構(gòu)件的動態(tài)替換和升級提供了相關(guān)實現(xiàn)機制，主要包括：命名服務(wù)、反射技術(shù)和動態(tài)適配等o 在命名服務(wù)機制中，給構(gòu)件實例命名，以便客戶使用名字來獲取構(gòu)件實例o 反射技術(shù)是軟件的一種自我描述和自我推理，它提供了系統(tǒng)關(guān)于自身行為表示的一種有效手段o 動態(tài)調(diào)用接口支持客戶請求的動態(tài)調(diào)用，動態(tài)骨架接口支持將請求動態(tài)地指派給相對應(yīng)的構(gòu)件6.5 軟件動態(tài)演化技術(shù)n 基于構(gòu)件的動態(tài)演化o 按照功能劃分，將構(gòu)件的接口分為兩種：用于處理構(gòu)件

27、所提供的服務(wù)，即行為接口，用于處理構(gòu)件的演化，即演化接口，演化接口被設(shè)置成在特定的服務(wù)接口被調(diào)用時起作用o 在使用構(gòu)件時，可以通過訪問演化接口，為相關(guān)的動態(tài)插入點定義回調(diào)(CallBack)方法，增加或替換成用戶需要的代碼n 基于過程的動態(tài)演化6.5 軟件動態(tài)演化技術(shù)o 形式化描述系統(tǒng)在運行過程中的狀態(tài)，建立系統(tǒng)的狀態(tài)機模型o 在狀態(tài)機模型中，系統(tǒng)的演化可以對應(yīng)于狀態(tài)的遷移n 基于體系結(jié)構(gòu)描述語言的動態(tài)演化o 在體系結(jié)構(gòu)描述語言中，增加動態(tài)描述成份，通過語言來定義構(gòu)件之間是如何進行互操作的，構(gòu)件是如何被替換的，以實現(xiàn)動態(tài)演化n 基于體系結(jié)構(gòu)模型的動態(tài)演化o 這類方法是通過建立一個體系結(jié)構(gòu)模型，

28、并使用這個模型來控制構(gòu)件行為，控制結(jié)構(gòu)改變和行為演化6.5.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)o 目前，軟件體系結(jié)構(gòu)的研究主要集中在靜態(tài)體系結(jié)構(gòu)上，對系統(tǒng)設(shè)計方案和設(shè)計框架進行靜態(tài)描述o 軟件體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)描述方法缺乏動態(tài)更新機制，很難用它來分析和描述實時、不間斷運行的系統(tǒng)，更不能指導(dǎo)系統(tǒng)的動態(tài)演化o 軟件體系結(jié)構(gòu)靜態(tài)描述方法已經(jīng)不能適應(yīng)越來越多的運行時所發(fā)生的系統(tǒng)需求變更，動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)(Dynamic Software Architecture，DSA)應(yīng)運而生6.5.1.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的概念o DSA的特殊之處在于：隨著外界環(huán)境的變化，系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)可以進行動態(tài)調(diào)整o DSA的動態(tài)性指的是：在

29、運行時刻，由于需求、技術(shù)、環(huán)境和分布等因素的變化，框架結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變o DSA允許系統(tǒng)在運行過程中對其體系結(jié)構(gòu)進行修改，這主要是通過其框架結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化來實現(xiàn)的6.5.1.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的概念o 軟件體系結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化主要包括以下幾個方面：n 屬性改變n 行為變化n 拓撲結(jié)構(gòu)改變n 風(fēng)格變化o 在運行時刻，要全面地支持軟件體系結(jié)構(gòu)的演化，必須解決好以下幾個問題：n DSA的形式語義規(guī)約6.5.1.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的概念n 軟件框架和模型的定義n 在運行時刻，軟件體系結(jié)構(gòu)必須作為有狀態(tài)、有行為和可操作的實體形式存在，能夠準確地描述目標系統(tǒng)的真實狀態(tài)與行為n 靈活的演化計劃和處理機制，綜

30、合考慮和協(xié)調(diào)動態(tài)演化過程中的諸多因素，給出系統(tǒng)動態(tài)配置的完整方案n 在替換構(gòu)件時，不僅要使它們的接口保持兼容，而且要保證替換前后構(gòu)件的外部行為也一致n 良好的運行平臺支持6.5.1.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的概念o DSA的演化是研究的重點，主要包括：演化需求、演化階段和演化步驟等幾個問題o DSA的演化需求是指引起軟件框架在運行時刻發(fā)生改變的因素，分為內(nèi)、外兩種因素n 內(nèi)因，即軟件內(nèi)部執(zhí)行所導(dǎo)致的體系結(jié)構(gòu)改變n 外因，即系統(tǒng)的外部請求所引起的軟件重新配置o DSA的演化發(fā)生在四個時期，即設(shè)計時、預(yù)執(zhí)行時、受約束運行時和運行時6.5.1.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的概念n 設(shè)計時演化的對象是體系結(jié)構(gòu)模型

31、，發(fā)生在與之相關(guān)的代碼編譯之前n 預(yù)執(zhí)行時演化發(fā)生在編譯之后和系統(tǒng)執(zhí)行之前n 受約束運行演化只發(fā)生在某些特定的約束條件下n 運行時演化，即系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)在運行時不能滿足要求所作的修改o DSA實施動態(tài)演化的步驟如下：n 捕捉分析需求變化n 生成體系結(jié)構(gòu)演化策略6.5.1.1 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的概念n 根據(jù)演化策略，實施軟件體系結(jié)構(gòu)的演化n 演化后的評估與檢測o 動態(tài)更新的原則n 運行時軟件的演化過程應(yīng)該不破壞體系結(jié)構(gòu)的正確性、一致性和完整性，為了便于演化后的維護，還需要進一步考慮演化過程的可追溯性o 一致性：在動態(tài)更新之后，原系統(tǒng)中正在執(zhí)行的實例能夠成功地轉(zhuǎn)換到新系統(tǒng)中繼續(xù)執(zhí)行，并保證轉(zhuǎn)換后的執(zhí)

32、行過程不會出現(xiàn)錯誤o 正確性：更新后的系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的6.5.1.2 動態(tài)更新的原則o 完整性：動態(tài)演化不破壞體系結(jié)構(gòu)規(guī)約中的約束，演化前后的系統(tǒng)狀態(tài)不會丟失，否則系統(tǒng)將變得不安全，甚至是不能正確運行o 可追溯性：應(yīng)該被延伸到運行時刻，保證系統(tǒng)的任何一次修改都會被驗證o 設(shè)計過程應(yīng)該滿足以下要求：n 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述語法的完整性，描述語法的完整性可以讓設(shè)計者通過語法檢測來發(fā)現(xiàn)更新后的框架結(jié)構(gòu)中所存在的一些問題6.5.1.2 動態(tài)更新的原則n 數(shù)據(jù)的連貫性，刪除一個構(gòu)件，可能導(dǎo)致后續(xù)構(gòu)件的輸入不連貫，通過增加相關(guān)機制來提供后續(xù)構(gòu)件的輸入，或者刪除那些輸入數(shù)據(jù)不連貫的后續(xù)構(gòu)件n 語義的正確性，在框架結(jié)

33、構(gòu)發(fā)生變化后，語義正確性可以保證系統(tǒng)仍然能夠正確地執(zhí)行n 失敗的原子性，如果一個動態(tài)更新操作執(zhí)行失敗或者被取消，則該更新不能繼續(xù)執(zhí)行n 數(shù)據(jù)的正確性，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)，每次更新數(shù)據(jù)都要保存數(shù)據(jù)日志6.5.1.3 基于構(gòu)件的動態(tài)體系結(jié)構(gòu)模型o CBDA(Component Based Dynamic Architecture)，即所謂的基于構(gòu)件的動態(tài)體系結(jié)構(gòu)模型，是一種典型的動態(tài)更新框架o CBDA模型支持系統(tǒng)的動態(tài)更新，主要包括三層：應(yīng)用層、中間層和體系結(jié)構(gòu)層o 應(yīng)用層處于最底層，包括構(gòu)件連接、構(gòu)件接口和執(zhí)行三個部分n 構(gòu)件連接定義了構(gòu)件與連接件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系n 構(gòu)件接口說明了構(gòu)件所提供的相關(guān)

34、服務(wù)，例如：消息、操作和變量等6.5.1.3 基于構(gòu)件的動態(tài)體系結(jié)構(gòu)模型n 在應(yīng)用層中，可以添加新構(gòu)件、刪除或更新己有的構(gòu)件o 中間層包括連接件配置、構(gòu)件配置、構(gòu)件描述以及執(zhí)行四個部分n 連接件配置管理連接件和接口通信n 構(gòu)件配置管理構(gòu)件的所有行為n 構(gòu)件描述則說明構(gòu)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、行為、功能和版本信息n 在中間層中，可以添加版本控制機制和不同的構(gòu)件裝載方法6.5.1.3 基于構(gòu)件的動態(tài)體系結(jié)構(gòu)模型o 體系結(jié)構(gòu)層位于最上層，用于控制和管理整個框架結(jié)構(gòu)，包括體系結(jié)構(gòu)配置器、體系結(jié)構(gòu)描述和執(zhí)行三個部分n 體系結(jié)構(gòu)描述說明了構(gòu)件和它們所關(guān)聯(lián)的連接件，闡述了體系結(jié)構(gòu)層的功能行為n 體系結(jié)構(gòu)配置器控制整個

35、分布式系統(tǒng)的執(zhí)行，管理配置層n 在體系結(jié)構(gòu)層中，可以擴展更新機制，修改系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，更新構(gòu)件到處理元素之間的映射關(guān)系6.5.1.3 基于構(gòu)件的動態(tài)體系結(jié)構(gòu)模型6.5.2 動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的意義o 研究DSA的意義在于：n 減少系統(tǒng)開發(fā)的費用和風(fēng)險，在以任務(wù)和安全性為主的系統(tǒng)中，如果使用動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)，那么運行時改變框架結(jié)構(gòu)可以減少由此所帶來的成本開銷n 提供自定義功能和可擴展功能，動態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)為用戶提供了更新服務(wù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)屬性的動態(tài)修改6.5.3 動態(tài)體系結(jié)構(gòu)描述語言o 說明構(gòu)件、連接件及其配置關(guān)系的語言，就是體系結(jié)構(gòu)描述語言ADLo ADL無法刻畫系統(tǒng)的動態(tài)行為，也不能描述運行時的框架結(jié)構(gòu)o 在ADL的基礎(chǔ)之上，許多學(xué)者提出了動態(tài)ADL的概念o 動態(tài)ADL可以分為形式化描述語言和非形式化描述語言兩種，目前的研究主要以形式化描述語言為主6.5.3 動態(tài)體系結(jié)構(gòu)描述語言o 形式化動態(tài)ADL具有以下幾點特性：n 能夠描述構(gòu)件和連接件等獨立實體，在軟件體系結(jié)構(gòu)中，能夠說明構(gòu)件和連接件的屬性，例如：構(gòu)件的抽象層次和連接件的通用性等n 能夠描述構(gòu)件與連接件之間的交互關(guān)系，檢查構(gòu)件和連接件的一致性n 在運行時刻，能夠描述軟件體系結(jié)構(gòu)的演化過程o DSA的形式化描述語言主要包括：圖的方法、基于進程代數(shù)的方法、