第三章 模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)概述

基于模型驅(qū)動(dòng)的安全系統(tǒng)開發(fā)

第三章：模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)概述主講：徐田華

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內(nèi)容模型及其意義模型驅(qū)動(dòng)的開發(fā)及其意圖模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)的定義和關(guān)鍵問題模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)授課內(nèi)容3什么是模型?模型是對現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)簡化4什么是模型?5什么是模型?6為什么要有模型?建?？梢赃_(dá)到以下四個(gè)目的：把目前正在構(gòu)建的系統(tǒng)可視化描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為為構(gòu)建系統(tǒng)提供模板和指導(dǎo)記錄在開發(fā)過程所形成的設(shè)計(jì)決策管理系統(tǒng)復(fù)雜度復(fù)雜的系統(tǒng)很難被認(rèn)識和理解，建?？梢院芎玫墓芾磉@種復(fù)雜度幫助團(tuán)隊(duì)成員之間的溝通模型可以幫助開發(fā)人員之間相互理解對方的設(shè)計(jì)意圖7什么是MDD?MDD是一種抽象的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)流程，主要包括以下特點(diǎn)：抽象（提高層次）、封裝和信息隱藏通過模型的多個(gè)層次（橫向和縱向）來隱藏和展現(xiàn)信息，從而使模型更容易被理解以模型為中心開發(fā)過程始終以模型為工作中心不依賴于任何一種特定的實(shí)現(xiàn)模型獨(dú)立于運(yùn)行平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這部份往往是最容易發(fā)生變化的8軟件開發(fā)方法的演化（抽象）純粹基于模型的開發(fā)Model只有模型什么是模型?Code只有代碼代碼就是模型ModelCode代碼可視化visualize模型就是代碼ModelCode以模型為中心generate抽象和自動(dòng)化程度同步代碼和模型ModelCode雙向工程synchronize軟件開發(fā)

發(fā)展方向軟件開發(fā)

實(shí)踐現(xiàn)狀9什么是MDD?MDD是一種抽象的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)流程，主要包括以下特點(diǎn)：雙向工程新應(yīng)用開發(fā)-通過正向工程來生成代碼針對遺留系統(tǒng)的開發(fā)–通過逆向工程來從代碼中抽象出模型應(yīng)用系統(tǒng)的自動(dòng)生成能夠從模型生成完全可運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)我們可以把MDD看作是一種使用模型來進(jìn)行編程的開發(fā)技術(shù)10什么是MDA?MDA–ModelDrivenArchitectureMDA是OMG(ObjectManagementGroup)制定的一種MDD實(shí)現(xiàn)MDA包括了一組實(shí)現(xiàn)MDD方法的標(biāo)準(zhǔn)和工具集合MDA定義了關(guān)于MDD軟件開發(fā)方法的一種概念框架為什么需要MDAOMG提出的MDA方法的三個(gè)主要目標(biāo)：輕便性、互操性和可重用性。具體解決以下問題：扭轉(zhuǎn)以代碼為中心的軟件開發(fā)方法；解決不同平臺(tái)，不同技術(shù)路線之間的集成和互操作問題；便于適應(yīng)將來出現(xiàn)的新技術(shù)和新平臺(tái)；

Inconsistency

betweendocumentandcode

Difficulty

maintainability,poor

adaptation

ofnewtechnology

Poorin

interoperationDeveloperlike?IterativeprocessCodedrivendevelopmentrequirementSystemanalysisdesigncodeAcceptanceTestdocumentDocument,diagramcodecodeDocument,diagramCodeDrivenDevelopment傳統(tǒng)軟件開發(fā)的問題隨著軟件系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)開始面臨有以下幾個(gè)問題疲于應(yīng)付需求的不斷變更;文檔迅速地失效、維護(hù)困難;項(xiàng)目二期開發(fā)生產(chǎn)力無法提升。每當(dāng)一種新的技術(shù)產(chǎn)生的時(shí)候，必須做許多重復(fù)的工作。系統(tǒng)永遠(yuǎn)不可能只用一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，且不跟其它系統(tǒng)交互。不斷變更的需求同樣也給系統(tǒng)帶來困難。下面將分析在軟件開發(fā)過程中遇到的問題，隨后會(huì)介紹是如何來解決這些問題的publicinterfaceBookextendsEObject{StringgetTitle();voidsetTitle(Stringvalue);intgetPages();voidsetPages(intvalue);}publicclassBookImplextendsEObjectImplimplementsBook{...protectedstaticfinalintPAGES_EDEFAULT=0;protectedintpages=PAGES_EDEFAULT;publicintgetPages(){returnpages;}publicvoidsetPages(intnewPages){intoldPages=pages;pages=newPages;if(eNotificationRequired())eNotify(newENotificationImpl(this,Notification.SET,...,oldPages,pages));}...}CodeDrivenDevelopment1.生產(chǎn)力和維護(hù)性問題當(dāng)今的軟件開發(fā)過程是以概要設(shè)計(jì)和編碼為驅(qū)動(dòng)。無論是采用增量開發(fā)還是迭代開發(fā)，或者是傳統(tǒng)的瀑布式開發(fā)途徑，文檔和相關(guān)的設(shè)計(jì)圖表都是在前三個(gè)階段中產(chǎn)生。需求分析往往使用文本和圖的方式來描述，其中的圖經(jīng)常采用圖，如用例圖、類圖、交互圖、活動(dòng)圖等。設(shè)計(jì)過程會(huì)產(chǎn)生大量的設(shè)計(jì)文檔，但往往僅存在于文檔中。CodeDrivenDevelopment當(dāng)編碼開始的時(shí)候，前三個(gè)階段產(chǎn)生的文檔和相關(guān)圖片就迅速失去了它們的價(jià)值。隨著編碼階段的繼續(xù)進(jìn)行，圖片和代碼之間的關(guān)聯(lián)逐漸減弱甚至消失，它們不再是對代碼的精確描述，或多或少地成為了無關(guān)的圖片。隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)不斷地被修改，文檔、設(shè)計(jì)圖表和代碼之間的距離就越來越疏遠(yuǎn)。一般來說僅僅是修改代碼，因?yàn)樾薷奈臋n和設(shè)計(jì)圖表所要花費(fèi)的代價(jià)是令人無法容忍的。同時(shí)，即使修改了圖和文檔，這樣的工作是否有效也值得懷疑，因?yàn)檫€會(huì)不斷地修改代碼。CodeDrivenDevelopmentCodeDrivenDevelopment當(dāng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)初始開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，保存在它們大腦中的設(shè)計(jì)思想足以使它們理解這個(gè)系統(tǒng)。問題是當(dāng)?shù)谝话姘l(fā)布之后，團(tuán)隊(duì)可能會(huì)解散，其它來維護(hù)這個(gè)系統(tǒng)的人可能是一個(gè)新人，那么它就只有代碼和測試結(jié)果，這就使得系統(tǒng)維護(hù)極其困難。如果一個(gè)系統(tǒng)的代碼多達(dá)萬行，而缺少原始的設(shè)計(jì)、分析文檔的話，將是非常難以維護(hù)的。所以，要么在前三個(gè)階段花費(fèi)時(shí)間，寫出詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔和設(shè)計(jì)圖表或者在維護(hù)階段花費(fèi)時(shí)間，來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)是如何工作的。這些方式都是不能直接產(chǎn)出代碼的，也是花費(fèi)比較高昂的。許多開發(fā)人員認(rèn)為直接書寫代碼才是有產(chǎn)出的，設(shè)計(jì)模型和文檔則不能。但是，在一個(gè)程序的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中，這些任務(wù)都是必須被完成的。文檔寫到什么粒度，既能很好地指導(dǎo)編碼和測試，又能不降低生產(chǎn)率一直是困擾開發(fā)人員的一個(gè)難題。軟件工業(yè)與傳統(tǒng)工業(yè)相比，有一個(gè)特定就是其發(fā)展速度非?？臁Ｃ磕甓紩?huì)出現(xiàn)各種新技術(shù)并迅速流行起來，例如Java,linux,XML,HTML,SOAP,UML,J2EE,.NET,JSP,ASP,Flash,WebService等等。許多公司必須跟從這種改變，這是因?yàn)橛脩籼岢鍪褂眯录夹g(shù)的需求新技術(shù)能夠真正解決一些問題例如，XML解決異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換軟件供應(yīng)商停止對舊的技術(shù)提供支持CodeDrivenDevelopmentCodeDrivenDevelopmentCodeDrivenDevelopment新技術(shù)能夠使得一些公司獲得一些切實(shí)的好處，但是人們必須面臨的困境就是，他們必須快速跳躍前進(jìn)，而且必須忍受前期投資失去價(jià)值的現(xiàn)實(shí)，這無疑是非常痛苦的。情況更加復(fù)雜的是，新技術(shù)本身也在發(fā)生變化。它們也會(huì)不斷推出不同的版本，而且并不能保證能完全做到向后兼容。軟件供應(yīng)商通常也只是對最近版本提供支持。現(xiàn)存的一些系統(tǒng)要么提供接口與新技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)連接，要么轉(zhuǎn)向新技術(shù)。那些仍然使用舊技術(shù)的遺產(chǎn)系統(tǒng)必然需要和使用新技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行互連。如果系統(tǒng)和某種技術(shù)緊密綁定，那么注定這個(gè)系統(tǒng)在跟隨技術(shù)發(fā)展的道路上是步履沉重的，通過模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)的方式可以使得系統(tǒng)足夠地技術(shù)中立性，能夠跟上技術(shù)前進(jìn)的步伐。CodeDrivenDevelopment3.互操作性問題軟件系統(tǒng)很少能夠孤立地存在，大多數(shù)都需要和其它系統(tǒng)進(jìn)行通信。一個(gè)典型的例子就是，很多公司在他們的現(xiàn)存系統(tǒng)上構(gòu)建了基于Web的新系統(tǒng);基于HTML,ASP,JSP等的Web應(yīng)用程序需要從現(xiàn)存的后端系統(tǒng)中獲取信息等。系統(tǒng)往往要使用多種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，他們之間也存在互操作的問題?，F(xiàn)在往往在系統(tǒng)中使用組件，不同的組件使用各自最佳的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，他們之間也需要互操作。不同的工具對于元數(shù)據(jù)的管理均有自己的策略，這就給元數(shù)據(jù)的共享形成了障礙，也降低了不同軟件的互操作性。通過模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)的能夠應(yīng)對這些互操作的需求。CodeDrivenDevelopment4。文檔問題許多的開發(fā)人員總是認(rèn)為編碼才是他們的主要任務(wù)，文檔可用性的支持可以延后。最終寫文檔成了強(qiáng)制的任務(wù)，而不是出于激勵(lì)的目的，不是出于自愿的工作當(dāng)然不能做好。這個(gè)是文檔為什么質(zhì)量總是不夠高的原因之一。能夠檢查文檔質(zhì)量的也只能是開發(fā)團(tuán)隊(duì)的人員，而他們自己卻不喜歡寫文檔的工作，這也是文檔總是不能得到更新的原因。每次代碼改變之后必須手工地在一堆文檔中找出設(shè)計(jì)中需要更改的地方，這是非常煩瑣的工作。其實(shí)開發(fā)人員的這種想法是錯(cuò)誤的，開發(fā)一個(gè)容易修改和便于將來維護(hù)的系統(tǒng)可以大大提高軟件的質(zhì)量。如何能夠保持文檔和代碼的同步，而又不額外增加很多工作量是個(gè)難以解決的問題RequirementSystemanalysisDetailDesignCodeDeploymentacceptTestRequirementdocumentPIMPSMcodecodePIMdrivendevelopment

Flexible

implementation:platformchanges

Simplerandmoreeffective

maintenance

Increased

productivity:Automation;Increasesreuse;Reductionofrework

Updated

documentation

ofthesystem.

Ensurescustomers,designersandarchitects

understanding.MDAabstractDesignRefinementModelDrivenDevelopmentComputationIndependentModelPlatformIndependentModelPlatformSpecificModelCodegenerationModelingLayerCIMPIMPSMCGModelDrivenDevelopmentMDA是以模型為中心的軟件開發(fā)模式，將模型分為三類：平臺(tái)獨(dú)立模型（PIM）、平臺(tái)相關(guān)模型（PSM）和代碼。傳統(tǒng)的開發(fā)過程也可能分了這三個(gè)部分，甚至有些開發(fā)工具也實(shí)現(xiàn)了到PSM到代碼的自動(dòng)變換，但MDA的創(chuàng)新之處在于把PIM到PSM的變換也自動(dòng)化了，這樣開發(fā)者只需要專注于建立平臺(tái)獨(dú)立的模型，PSM和代碼讓MDA工具自動(dòng)生成就可以了。從兩個(gè)方面提升了開發(fā)效率首先，PIM開發(fā)者的工作量減少了，因?yàn)樗辉傩枰O(shè)計(jì)和編寫平臺(tái)相關(guān)的細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)己經(jīng)由定義變換的人考慮好了。在PSM和代碼層次，需要寫的代碼也少了很多，因?yàn)榇罅康拇a已經(jīng)從自動(dòng)生成了。其次，開發(fā)者可以把注意力轉(zhuǎn)移到PIM，這樣就可以更關(guān)注如何解決所面對的業(yè)務(wù)問題。這樣一來，系統(tǒng)就會(huì)更好地吻合用戶的需求。用戶獲得的功能增多了，需要等待的時(shí)間卻減少了。在MDA中，可移植性是通過把開發(fā)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到PIM而獲得的。因?yàn)镻IM是跨平臺(tái)的，同一個(gè)PIM可以被自動(dòng)變換成多個(gè)不同平臺(tái)上的PSM，在PIM層次指定的所有東西都是完全可移植的。ModelDrivenDevelopmentModelDrivenDevelopmet為了解決互操作性問題，MDA不僅生成PSM，還生成PSM之間的橋接器。如果能夠把一個(gè)PIM變換為兩個(gè)不同平臺(tái)上的PSM，那么也就有了橋接兩個(gè)PSM的全部信息。開發(fā)者不僅知道一個(gè)PSM中的每個(gè)元素是從中的哪個(gè)PIM元素變換而來，而且還知道PIM中的這個(gè)元素對應(yīng)于PSM中的哪個(gè)元素（traceability）。因此就可以推斷出兩個(gè)PIM中元素的對應(yīng)關(guān)系。OMG所定義的MDA模型抽象級別計(jì)算無關(guān)模型CIM(ComputationIndependentModel)：溝通domainexpert,systemrequirementexpertofdesignandimplementation平臺(tái)無關(guān)模型PIM(PlatformIndependentModel)平臺(tái)相關(guān)模型PSM(PlatformSpecificModel)計(jì)算無關(guān)模型CIM僅使用應(yīng)用領(lǐng)域的概念和術(shù)語在模型中不包括與任何計(jì)算平臺(tái)相關(guān)的內(nèi)容ref.TransformationFromCIMtoPIMUsingPatternsandArchetypes.pdf計(jì)算無關(guān)模型CIM計(jì)算無關(guān)模型CIM計(jì)算無關(guān)模型CIM平臺(tái)無關(guān)模型(PIM)比CIM要更具體一些更接近于實(shí)現(xiàn)但并不依賴于特定的運(yùn)行平臺(tái)ref.FromaUMLPlatformIndependentComponentModeltoPlatformSpecificComponentModels.pdf平臺(tái)無關(guān)模型(PIM)平臺(tái)無關(guān)模型(PIM)平臺(tái)相關(guān)模型(PSM)比PIM更具體一些更接近于具體實(shí)現(xiàn)模型中也包含了特定運(yùn)行平臺(tái)的信息OMG-MDA模型驅(qū)動(dòng)國際組織和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)MDA-OMG模型驅(qū)動(dòng)國際組織和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)OMG-MDA模型驅(qū)動(dòng)國際組織和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Notetheindustryverticals…MDAisnotintendedtobeageneralpurposemodel-to-codesolution.TheMDALogoCWM(CommonWarehouseMetamodel公共倉庫元模型）是OMG組織在數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中定義了一套完整的元模型體系結(jié)構(gòu)，用于數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建和應(yīng)用的元數(shù)據(jù)建模。MDA的核心MDA的核心概念均是OMG的一系列標(biāo)準(zhǔn)：統(tǒng)一建模語言UML，元對象設(shè)施MOF（metaobjectFacility），XML元數(shù)據(jù)交換XMI（XMLmetadataInterchange），公共數(shù)據(jù)倉庫元模型CWM（CommonWarehousemetamodel）。MDA的各種核心標(biāo)準(zhǔn)組成了創(chuàng)建模型驅(qū)動(dòng)的一致性系統(tǒng)綱要的基礎(chǔ)，這個(gè)系統(tǒng)綱要完成了授權(quán)、發(fā)布和管理模型。MDAisnotasinglespecification,butacollectionofrelatedOMGspecifications:UnifiedModelingLanguage(UML?)2.0InfrastructureSuperstructureObjectConstraintLanguage(OCL)DiagramInterchangeProfilesMeta-ObjectFacility(MOF)XMLMeta-DataInterchange(XMI)CommonWarehouseMeta-model(CWM)QueryViewTransformation