軟件靜態(tài)演化技術(shù)

軟件演化技術(shù)軟件演化概述演化是一種長(zhǎng)期存在的自然現(xiàn)象，它始終貫穿于不同的物種、社會(huì)、群體和概念的發(fā)展過(guò)程中。其中，軟件系統(tǒng)也不例外。軟件是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中問(wèn)題空間與解空間的具體描述，是客觀世界的一種抽象表示。隨著外界環(huán)境的變化，客觀世界也在不斷地發(fā)生變化。因此，和其描述的客觀事物一樣，軟件也應(yīng)該是不斷地變化著的。由此可見(jiàn)，用戶期望軟件系統(tǒng)也能夠很好地適應(yīng)外界環(huán)境變化的要求。軟件演化技術(shù)軟件演化概述由此可見(jiàn)，用戶期望軟件系統(tǒng)也能夠很好地適應(yīng)外界環(huán)境變化的要求。同時(shí)，演化過(guò)程會(huì)不斷地促進(jìn)技術(shù)向前發(fā)展。反過(guò)來(lái)，技術(shù)的不斷發(fā)展也會(huì)促進(jìn)軟件系統(tǒng)的進(jìn)一步升級(jí)。軟件演化技術(shù)軟件演化概述在軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完畢正式投入使用之后如果用戶需求發(fā)生改變或者要將該系統(tǒng)移植到另外一個(gè)運(yùn)行環(huán)境中或者在新環(huán)境中需求發(fā)生了改變時(shí)都需要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行修改和完善。這個(gè)過(guò)程本身就是一個(gè)進(jìn)化和完善的過(guò)程。軟件系統(tǒng)進(jìn)行逐步完善并達(dá)到所希望的目標(biāo)的過(guò)程就是軟件演化。軟件演化技術(shù)軟件演化概述軟件演化是指軟件在其生命周期內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)更新的動(dòng)態(tài)行為。演化是一系列貫穿軟件生命周期始終的活動(dòng)，引起軟件變化的原因有系統(tǒng)需求改變、功能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)、新功能加入、軟件架構(gòu)改變、軟件缺陷修復(fù)、運(yùn)行環(huán)境改變等，均要求軟件系統(tǒng)能夠快速適應(yīng)變化，具有較強(qiáng)的演化能力，以減少軟件維護(hù)的代價(jià)。

軟件演化技術(shù)軟件演化的具體過(guò)程現(xiàn)實(shí)世界軟件系統(tǒng)演化規(guī)約演化抽象確認(rèn)實(shí)現(xiàn)確認(rèn)確認(rèn)模擬外部變化軟件演化技術(shù)軟件需求演化軟件需求演化是一個(gè)不斷調(diào)節(jié)應(yīng)用系統(tǒng)以滿足用戶需求的過(guò)程，是一個(gè)對(duì)已有系統(tǒng)不斷進(jìn)行修改、補(bǔ)充和完善，以適應(yīng)外界環(huán)境變化的過(guò)程。客觀世界總是在不斷地發(fā)展變化，因此，系統(tǒng)需求也不可能是一成不變的。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(jìn)行升級(jí)和更新，這種變化的起因更多地歸結(jié)于軟件需求的演化

。軟件演化技術(shù)軟件需求演化系統(tǒng)需求主要包括功能需求和非功能性需求兩部分。非功能性需求功能需求軟件體系結(jié)構(gòu)體現(xiàn)約束軟件體系結(jié)構(gòu)、非功能性需求和功能需求之間的關(guān)系。軟件演化技術(shù)軟件需求演化需求分析往往具有無(wú)法避免的不徹底性和不完備性，一些無(wú)法預(yù)料的外部條件的變化也總是在所難免。因此，無(wú)論是在開(kāi)發(fā)階段還是在運(yùn)行階段，經(jīng)常需要修改系統(tǒng)需求的定義，這就是需求演化。軟件需求演化主要分為三類：需求增加需求刪除需求改寫軟件演化技術(shù)軟件需求演化需求增加在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中客戶要求增加一些功能，軟件工程師檢查用戶提出的新需求是否與原有功能沖突，如果沖突則向開(kāi)發(fā)小組報(bào)告，否則將新需求加入到系統(tǒng)需求說(shuō)明中，啟動(dòng)軟件演化過(guò)程。軟件演化技術(shù)軟件需求演化需求刪除在開(kāi)發(fā)和運(yùn)行階段，系統(tǒng)往往存在著一些不必要的或重復(fù)的功能，必須刪除這些功能所對(duì)應(yīng)的需求描述。此時(shí)，必須考慮以下因素：處理與該功能相關(guān)的消息通信和該功能有關(guān)的技術(shù)文檔；當(dāng)刪除包含多個(gè)子功能的需求時(shí)，應(yīng)該對(duì)每個(gè)子功能都做相應(yīng)的刪除處理。

軟件演化技術(shù)軟件需求演化需求改寫經(jīng)過(guò)與客戶商討之后，軟件工程師對(duì)功能定義、數(shù)據(jù)定義和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行修改，然后通知相關(guān)人員按照新需求重新啟動(dòng)軟件演化工程。

軟件演化技術(shù)軟件需求演化需求演化的實(shí)施在實(shí)施需求演化時(shí)，軟件工程師應(yīng)該對(duì)所涉及的多個(gè)相關(guān)因素進(jìn)行慎重地考慮，盡量縮小影響范圍，保留現(xiàn)有的工作和投資。同時(shí)，還要保持軟件系統(tǒng)的松耦合結(jié)構(gòu)，制定周密完整的修改計(jì)劃，然后設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的演化方案。在經(jīng)過(guò)模擬驗(yàn)證和反復(fù)修改之后才能正式開(kāi)始實(shí)施。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類軟件演化指的是系統(tǒng)進(jìn)行變化并達(dá)到預(yù)期目的的過(guò)程，可以分為：靜態(tài)演化動(dòng)態(tài)演化靜態(tài)演化是指系統(tǒng)在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行的改動(dòng)，動(dòng)態(tài)演化則是指軟件在運(yùn)行期間進(jìn)行的更新。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類靜態(tài)演化在停機(jī)狀態(tài)下，系統(tǒng)的維護(hù)和二次開(kāi)發(fā)就是一種典型的軟件靜態(tài)演化。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果對(duì)當(dāng)前結(jié)果不滿意，可以回退重復(fù)以前的步驟，這本身也是軟件的一次靜態(tài)演化。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類從實(shí)現(xiàn)方式和粒度上看，演化主要包括:基于過(guò)程和函數(shù)的軟件演化面向?qū)ο蟮能浖莼跇?gòu)件的軟件演化基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于過(guò)程和函數(shù)的軟件演化一般來(lái)說(shuō)，早期的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL的動(dòng)態(tài)加載就是以DLL為基礎(chǔ)的函數(shù)層的軟件演化。DLL的調(diào)用方式可以分為加載時(shí)刻的隱含調(diào)用和運(yùn)行時(shí)刻的顯示調(diào)用。加載時(shí)刻的隱含調(diào)用由編譯系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)DLL的加載和卸載工作，屬于軟件靜態(tài)演化。運(yùn)行時(shí)刻的顯示調(diào)用則是由編譯者使用應(yīng)用程序編程接口API函數(shù)來(lái)加載和卸載DLL實(shí)現(xiàn)對(duì)DLL的動(dòng)態(tài)調(diào)用。

軟件演化技術(shù)軟件演化的分類面向?qū)ο蟮能浖莼嫦驅(qū)ο笳Z(yǔ)言是從現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物（即對(duì)象）出發(fā)來(lái)構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)的，提高了人們表達(dá)客觀世界的抽象層次，使開(kāi)發(fā)的軟件具有更好的構(gòu)造性。對(duì)象是某一功能的定義與實(shí)現(xiàn)體，封裝了對(duì)象的所有屬性和相關(guān)方法。類則是一類具有相似屬性的對(duì)象的抽象。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類面向?qū)ο蟮能浖莼ɡm(xù)）在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，可以為對(duì)象提供一個(gè)代理對(duì)象，在運(yùn)行軟件時(shí)，任何訪問(wèn)該對(duì)象的操作都必須通過(guò)代理對(duì)象來(lái)完成。當(dāng)一個(gè)對(duì)象調(diào)用另一個(gè)對(duì)象時(shí)，代理對(duì)象首先取得調(diào)用請(qǐng)求信息，然后識(shí)別被調(diào)用對(duì)象的類版本是否更新，如果已經(jīng)更新則重新裝載該類并替換被調(diào)用對(duì)象。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于構(gòu)件的軟件演化從復(fù)用的粒度來(lái)講，軟件構(gòu)件比對(duì)象大得多，更易于復(fù)用和演化。在基于構(gòu)件的系統(tǒng)中，構(gòu)件作為一個(gè)特定的功能單位，主要包括信息、行為和接口三個(gè)部分。信息保存在構(gòu)件的內(nèi)部，指明構(gòu)件的內(nèi)部狀態(tài)，構(gòu)件在實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)將參照這些信息行為是構(gòu)件所能實(shí)現(xiàn)的功能接口是構(gòu)件對(duì)外的表現(xiàn)，包括構(gòu)件對(duì)外屬性和方法調(diào)用軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于構(gòu)件的軟件演化（續(xù)）構(gòu)件演化是在現(xiàn)有構(gòu)件的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行修改，以滿足用戶的新需求。根據(jù)構(gòu)件的組成，構(gòu)件的演化主要包括信息演化、行為演化和接口演化三種類型。信息演化是給構(gòu)件增加新的內(nèi)部狀態(tài)行為演化是在保持構(gòu)件對(duì)外接口不變的情況下，修改構(gòu)件的具體功能，重新實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的內(nèi)部邏輯接口演化則是要對(duì)構(gòu)件的接口進(jìn)行修改包括增加、刪除和替換原構(gòu)件的接口軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化由于系統(tǒng)需求、技術(shù)、環(huán)境和分布等因數(shù)的變化，最終將導(dǎo)致系統(tǒng)框架按照一定的方式來(lái)變動(dòng)，這就是軟件體系結(jié)構(gòu)演化。從系統(tǒng)是否運(yùn)行的角度來(lái)看，軟件體系結(jié)構(gòu)演化包括靜態(tài)演化和動(dòng)態(tài)演化。在非運(yùn)行時(shí)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)靜態(tài)演化。在運(yùn)行時(shí)刻，系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的變更被稱為軟件體系結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化（續(xù)1）從系統(tǒng)框架發(fā)生變化的時(shí)間來(lái)進(jìn)行劃分，軟件體系結(jié)構(gòu)演化可以分為以下四個(gè)階段：設(shè)計(jì)時(shí)的體系結(jié)構(gòu)演化運(yùn)行前的體系結(jié)構(gòu)演化安全運(yùn)行模式下的體系結(jié)構(gòu)演化運(yùn)行時(shí)刻的體系結(jié)構(gòu)演化軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化（續(xù)2）設(shè)計(jì)時(shí)的體系結(jié)構(gòu)演化在設(shè)計(jì)階段，隨著對(duì)系統(tǒng)理解的不斷深入，系統(tǒng)的整體框架會(huì)越來(lái)越清晰，這本身就是一個(gè)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不斷完善的過(guò)程。在這個(gè)階段，由于系統(tǒng)框架還沒(méi)有與之相對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)代碼，因此，這時(shí)候的演化是相對(duì)簡(jiǎn)單的。目前，有多種技術(shù)可以提高軟件設(shè)計(jì)時(shí)演化的能力，如基于構(gòu)件的開(kāi)發(fā)、基于軟件框架的開(kāi)發(fā)等等。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化（續(xù)3）運(yùn)行前的體系結(jié)構(gòu)演化此時(shí)，框架各部分所對(duì)應(yīng)的代碼已經(jīng)被編譯到軟件系統(tǒng)中，但系統(tǒng)還沒(méi)有開(kāi)始運(yùn)行。由于系統(tǒng)還沒(méi)有運(yùn)行，體系結(jié)構(gòu)更新不需要考慮系統(tǒng)的狀態(tài)信息，只需要重新編譯框架中變化部分的代碼和對(duì)構(gòu)件元素進(jìn)行重新配置。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化（續(xù)4）安全運(yùn)行模式下的體系結(jié)構(gòu)演化這種模式又稱為受限運(yùn)行演化。系統(tǒng)運(yùn)行在安全模式下，軟件體系結(jié)構(gòu)的演化不會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一致性，但是演化的程度要受到限制。此外，還需要提供保存系統(tǒng)框架信息和動(dòng)態(tài)演化的相關(guān)機(jī)制。軟件演化技術(shù)軟件演化的分類基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化（續(xù)5）運(yùn)行時(shí)刻的體系結(jié)構(gòu)演化在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要檢查系統(tǒng)的狀態(tài)，包括系統(tǒng)的全局狀態(tài)和演化構(gòu)件的內(nèi)部狀態(tài)，以保證系統(tǒng)的完整性和約束性不被破壞，使演化后系統(tǒng)能夠正常地運(yùn)行。這個(gè)階段除了要求系統(tǒng)提供保存當(dāng)前的框架信息和動(dòng)態(tài)演化機(jī)制外，還要求具備演化一致性檢查功能。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)靜態(tài)演化是指在應(yīng)用系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)對(duì)軟件所進(jìn)行的修改和更新，即一般意義上的軟件改進(jìn)和升級(jí)。在停機(jī)狀態(tài)下，系統(tǒng)的維護(hù)和二次開(kāi)發(fā)就是一種典型的軟件靜態(tài)演化。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果對(duì)當(dāng)前結(jié)果不滿意，可以回退重復(fù)以前的步驟，這本身也是軟件的一次靜態(tài)演化。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)靜態(tài)演化的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是在更新過(guò)程中，不需要考慮系統(tǒng)的狀態(tài)遷移和活動(dòng)線程問(wèn)題。缺點(diǎn)是停止應(yīng)用程序意味著停止系統(tǒng)所提供的服務(wù)，使軟件暫時(shí)失效。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)軟件理解需求變更分析演化計(jì)劃系統(tǒng)重構(gòu)系統(tǒng)測(cè)試更新后系統(tǒng)原系統(tǒng)循環(huán)迭代軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)演化軟件體系結(jié)構(gòu)演化基本上可以歸結(jié)為三類：局部更新非局部更新體系結(jié)構(gòu)級(jí)更新軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)演化局部更新是指修改單個(gè)的軟件構(gòu)件，包括構(gòu)件的刪除、增加和修改。非局部更新是指對(duì)幾個(gè)軟件構(gòu)件進(jìn)行修改，但不影響整個(gè)體系結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)件合并、分解和若干個(gè)構(gòu)件的修改。體系結(jié)構(gòu)級(jí)更新則會(huì)影響到系統(tǒng)各個(gè)組成元素之間的相互關(guān)系，甚至?xí)膭?dòng)整個(gè)框架結(jié)構(gòu)。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)構(gòu)件的靜態(tài)演化在開(kāi)發(fā)構(gòu)件時(shí)，通常采用接口和實(shí)現(xiàn)相分離的原則，構(gòu)件之間只能通過(guò)接口來(lái)進(jìn)行通信。具有兼容性接口是構(gòu)件在靜態(tài)演化過(guò)程中的一種有效途徑。但是，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于開(kāi)發(fā)人員的不同或者采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，可能出現(xiàn)構(gòu)件之間的接口不一致的情況。這就需要對(duì)構(gòu)件的接口進(jìn)行修改，以方便在軟件演化過(guò)程中添加構(gòu)件。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)為了提高軟件演化的效率，通常使用構(gòu)件包裝器來(lái)修改原構(gòu)件的接口，以適應(yīng)新環(huán)境的需求。在構(gòu)件包裝器中，封裝了原始構(gòu)件，同時(shí)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(wèn)題。構(gòu)件A演化包裝器構(gòu)件AB軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)構(gòu)件的靜態(tài)演化包裝器本身不做任何實(shí)質(zhì)的核心工作，它只是一個(gè)簡(jiǎn)單的接口轉(zhuǎn)換器，通過(guò)調(diào)用原始構(gòu)件中相應(yīng)的方法來(lái)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求。包裝器不僅能封裝單個(gè)構(gòu)件，而且可以同時(shí)封裝多個(gè)構(gòu)件。通過(guò)復(fù)合多個(gè)構(gòu)件的功能，包裝器可以提供更加強(qiáng)大的功能。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)構(gòu)件的靜態(tài)演化繼承機(jī)制也可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件演化。新構(gòu)件是通過(guò)繼承原構(gòu)件來(lái)獲取的，是原構(gòu)件的子類型。子類型是通過(guò)在加強(qiáng)原構(gòu)件的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)新構(gòu)件，并重用其實(shí)現(xiàn)部分來(lái)完成演化的。在設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)，將可能發(fā)生變化的部分定義為虛函數(shù)，并提供默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)。在更新軟件時(shí)，就可以在原構(gòu)件的基礎(chǔ)上，使用繼承機(jī)制來(lái)創(chuàng)建子構(gòu)件，并按照需求重新實(shí)現(xiàn)相關(guān)的虛函數(shù)，來(lái)完成構(gòu)件演化的任務(wù)。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)構(gòu)件的靜態(tài)演化例如，打印構(gòu)件負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的輸出，輸出過(guò)程主要包括三個(gè)部分，即：PreparePrint():初始化打印機(jī)PrintDocument():打印文檔AfterPrint():打印結(jié)束后期處理在不同的運(yùn)行環(huán)境中，打印機(jī)的初始化和后期處理可能會(huì)有所不同。所以在設(shè)計(jì)打印構(gòu)件時(shí)，可以把PreparePrint和AfterPrint定義為虛函數(shù)。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)構(gòu)件的靜態(tài)演化PrintComponentVirtual::PreparePrint()PrintDocument()Virtual::AfterPrint()演化PrintComponentVirtual::PreparePrint()PrintDocument()Virtual::AfterPrint()PrintAPreparePrint()PrintDocument()AfterPrint()繼承軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)演化在體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)演化中，從表面上看是對(duì)構(gòu)件的增加、替換、刪除和更新，但實(shí)質(zhì)上這種變動(dòng)蘊(yùn)涵著一系列的連鎖反應(yīng)和波及效應(yīng)，更多的表現(xiàn)為變化的構(gòu)件、連接件與其相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件、連接件之間的重新組合和調(diào)整。顯然，局部更新是最常發(fā)生的，也是容易實(shí)現(xiàn)的；在系統(tǒng)功能的調(diào)整時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非局部更新，其處理過(guò)程要比局部更新復(fù)雜一些；當(dāng)系統(tǒng)功能發(fā)生重大變化時(shí)，會(huì)發(fā)生體系結(jié)構(gòu)級(jí)更新，此時(shí)，體系框架將需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。軟件演化技術(shù)軟件靜態(tài)演化技術(shù)正交體系結(jié)構(gòu)演化對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，可以通過(guò)對(duì)功能進(jìn)行分層和線索