怎樣利用軟件構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用

1、怎樣利用軟件構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用    怎樣利用軟件構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用摘要:構(gòu)件技術(shù)已經(jīng)成為軟件技術(shù)的重要組成部分之一,其研究對(duì)軟件技術(shù)的多個(gè)方面的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。但是,構(gòu)件技術(shù)本身的研究卻面臨著若干問題。分析構(gòu)件技術(shù)研究的現(xiàn)狀可以得到,盡管對(duì)構(gòu)件技術(shù)中基本概念的認(rèn)知正逐漸趨于一致,但認(rèn)識(shí)的差異依然存在。  關(guān)鍵詞:軟件構(gòu)件;構(gòu)件模型;認(rèn)知  計(jì)算機(jī)軟件1充滿了其創(chuàng)造者的個(gè)性化特征。但是,軟件系統(tǒng)的大型化與復(fù)雜化,要求軟件生產(chǎn)必須標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；凸?jié)約化,必須從個(gè)人和小團(tuán)體的手工作坊式的生產(chǎn)模式向社會(huì)化的專業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)化

2、,實(shí)現(xiàn)軟件生產(chǎn)的工業(yè)化。但是,目前軟件生產(chǎn)的工業(yè)化程度還比較低,還不能對(duì)好的程序進(jìn)行持續(xù)不斷的復(fù)用。為此,業(yè)界對(duì)軟件復(fù)用的技術(shù)進(jìn)行了幾十年的研究,并逐漸形成了利用軟件構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用的認(rèn)識(shí)。  1軟件構(gòu)件的認(rèn)知及其過程軟件構(gòu)件(Component,也常被理解為“組件”)的概念共生于軟件復(fù)用。早在1968年,在北大西洋公約組織(NATO)會(huì)議上就提出了軟件復(fù)用的概念,后來還為此制定了一整套軟件復(fù)用的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn),其中包含了利用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用的基本思路。也就是在這次會(huì)議上,McIlroy提出了軟件構(gòu)件、構(gòu)件工廠等概念2。生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)軟件零部件,從而組裝成軟件的設(shè)想一產(chǎn)生就受到了廣泛關(guān)注

3、,但不同歷史時(shí)期對(duì)它的認(rèn)識(shí)卻不盡相同。在20世紀(jì)70和80年代,軟件構(gòu)件主要指可復(fù)用的程序代碼片段,一般被稱為代碼件。這一時(shí)期軟件生產(chǎn)考慮的主要問題是如何充分利用已有的源程序代碼、子程序庫和類庫來提高軟件開發(fā)的效率。此時(shí)的代碼件主要有子程序、程序包、類、模板等形態(tài)。到20世紀(jì)90年代,軟件構(gòu)件應(yīng)當(dāng)包括分析件、設(shè)計(jì)件、代碼件、測(cè)試件等多種類型這一觀念被普遍認(rèn)同。由于軟件復(fù)用的多樣性,又將其分為產(chǎn)品復(fù)用和過程復(fù)用3。隨之產(chǎn)生了許多新的概念,如設(shè)計(jì)模式、框架以及軟件體系結(jié)構(gòu)等。但是,對(duì)軟件構(gòu)件基本屬性的深入探討卻主要是圍繞代碼件展開,若不特別注明,所論及的軟件構(gòu)件(或簡(jiǎn)稱構(gòu)件)通常是代碼件。1995

4、年,Will Tracz提出,構(gòu)件應(yīng)具有以下屬性4:有用性(Usefulness),構(gòu)件必須提供有用的功能;可用性(Usability),構(gòu)件必須易于理解和使用;質(zhì)量(Quality),構(gòu)件及其變形必須能正確工作;適應(yīng)性(Adaptability),構(gòu)件應(yīng)該易于通過參數(shù)化等方式在不同語境中進(jìn)行配置;可移植性(Portability),構(gòu)件應(yīng)能在不同硬件運(yùn)行平臺(tái)和軟件環(huán)境中進(jìn)行工作。近年來,隨著分布式對(duì)象、Internet、Java、Client/Server等技術(shù)以及基于構(gòu)件的軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)構(gòu)件的認(rèn)識(shí)又產(chǎn)生了新的變化,出現(xiàn)了若干新的軟件構(gòu)件的定義,其中比較有代表性的有:1)軟件構(gòu)件是可

5、單獨(dú)生產(chǎn)、獲取、部署的二進(jìn)制單元,它們之間可以互相作用構(gòu)成一個(gè)功能系統(tǒng)(Functioningsystem)5。2)軟件構(gòu)件是一個(gè)不透明(opaque)的功能實(shí)現(xiàn);能被第三方組裝;符合一個(gè)構(gòu)件模型6。3)構(gòu)件是一個(gè)帶有契約化接口和顯式上下文依賴的組裝單元,它能被獨(dú)立發(fā)布并且可以被第三方組裝7。4)構(gòu)件代表一個(gè)自包含的實(shí)體,能夠向其環(huán)境輸出功能并可通過定義明確的開放接口從環(huán)境輸入功能8。5)構(gòu)件由一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的對(duì)象集合組成,這些對(duì)象既可以在構(gòu)件的內(nèi)部也可以是其接口的一部分。構(gòu)件之間可以直接交互,也可以通過獨(dú)立的對(duì)象進(jìn)行膠合9。6)構(gòu)件是一個(gè)通過接口向外界提供服務(wù)的軟件包10。上述定義的共同要素是

6、:軟件構(gòu)件是單獨(dú)開發(fā)并具有特定功能的軟件單位,用于與其它構(gòu)件及支撐環(huán)境組裝成應(yīng)用系統(tǒng)。這一共同要素反映了構(gòu)件的三個(gè)基本特征:封裝特征構(gòu)件是預(yù)制的知識(shí)服務(wù),需要封裝;復(fù)用特征構(gòu)件的價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用,需要規(guī)范;組裝特征構(gòu)件不是完整的應(yīng)用程序,需要組裝。  2基于構(gòu)件的軟件開發(fā)基于構(gòu)件的軟件開發(fā)(Component Based Development,CBD)是指利用已開發(fā)完成的商業(yè)構(gòu)件(Commercial Off-The-Shelf,COTS)(或可復(fù)用的構(gòu)件)按應(yīng)用需求組裝形成軟件應(yīng)用系統(tǒng)的軟件開發(fā)方法11。根據(jù)CBD的特點(diǎn),CBD研究的主要內(nèi)容12包括:構(gòu)件獲取有目的的構(gòu)件生產(chǎn)

7、和從已有系統(tǒng)中挖掘提取構(gòu)件;構(gòu)件模型研究構(gòu)件的本質(zhì)特征及構(gòu)件間的關(guān)系;構(gòu)件描述語言以構(gòu)件模型為基礎(chǔ),解決構(gòu)件的精確描述、理解及組裝問題;構(gòu)件分類及檢索研究構(gòu)件分類策略、組織模式及檢索方法,建立構(gòu)件庫系統(tǒng),支持構(gòu)件的有效管理;構(gòu)件組裝在構(gòu)件模型的基礎(chǔ)上研究構(gòu)件組裝機(jī)制,包括源代碼級(jí)的組裝和基于構(gòu)件對(duì)象互操作性的運(yùn)行級(jí)組裝;標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件模型的標(biāo)準(zhǔn)化和構(gòu)件庫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化等。CBD的基礎(chǔ)是模塊化、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)以及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì),并強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的分塊(分成相對(duì)獨(dú)立的子功能),力求通過定義良好的接口對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分進(jìn)行組裝。因此,應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程由構(gòu)件選擇、評(píng)估和組裝構(gòu)成。CBD方法充分體現(xiàn)了Fred

8、Brooks所提出的“用購買代替建造”(Buy,don t built)的思想13?；跇?gòu)件的軟件開發(fā)有時(shí)也稱為基于構(gòu)件的軟件工程(Component Based Software Engineering,CBSE)。CBD發(fā)展的動(dòng)力是軟件復(fù)用。軟件復(fù)用的概念提出伊始就與構(gòu)件的生產(chǎn)與組裝緊密地聯(lián)系在一起。可以認(rèn)為,CBD發(fā)展的基礎(chǔ)仍然是二層、三層和多層客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算模式,但CBD改變了軟件開發(fā)的過程,使用戶能夠用購買的構(gòu)件快速組裝成應(yīng)用程序,從而形成一種具有鮮明技術(shù)特色的軟件開發(fā)方法。構(gòu)件的即插即用是CBD的技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)的基本要求。即插即用的實(shí)現(xiàn),能夠使基于構(gòu)件的系統(tǒng)不依賴于固定的構(gòu)件

9、生產(chǎn)者,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)軟件系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用需求的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置,這一點(diǎn)十分重要。與其它軟件復(fù)用方式相比,基于構(gòu)件的軟件復(fù)用更為可行和實(shí)用。CBD開發(fā)方法的基本特點(diǎn)就是用構(gòu)件組裝應(yīng)用系統(tǒng),故其開發(fā)過程就是構(gòu)件的制造、組織、選取及組裝的過程。在上述開發(fā)過程中,COM/DCOM、CORBA、JavaBean/EJB等模型已經(jīng)在不同的環(huán)節(jié)有了實(shí)現(xiàn);在設(shè)計(jì)方法與工具方面,許多研究機(jī)構(gòu)與軟件企業(yè)也開展了十分積極的研發(fā),并開發(fā)出了一些CBD工具。盡管CBD的研究得到業(yè)界的廣泛重視,并已取得一定成果。但是,其實(shí)用化程度還不高。構(gòu)件組裝問題仍然是其核心技術(shù)問題之一。  3構(gòu)件模型軟件構(gòu)件模型除定義構(gòu)件的基

10、本屬性外,還要規(guī)定構(gòu)件接口的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件與應(yīng)用框架、構(gòu)件與構(gòu)件之間的交互機(jī)制。構(gòu)件模型通常還提供創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的指導(dǎo)原則。一個(gè)被構(gòu)件生產(chǎn)者和使用者共同接受的構(gòu)件模型就是構(gòu)件的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。構(gòu)件模型是實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)與組裝的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的努力,其研究取得了一定進(jìn)展。描述構(gòu)件的代表性模型主要有Unicon、Wright、        ACME、Darwin和C21以及青鳥2等。Unicon模型是卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)(CMU)的Shaw等人提出的。在Unicon構(gòu)件模型中,“構(gòu)件(component)”和“連接子(

11、connector)”是其主要的構(gòu)成成分。構(gòu)件表達(dá)了系統(tǒng)中一組計(jì)算和狀態(tài)的抽象,連接子則定義了構(gòu)件之間的交互種類,通常用作構(gòu)件交互的媒介。構(gòu)件和連接子均有規(guī)約部分和實(shí)現(xiàn)部分。Unicon提供了相應(yīng)的組裝支持工具,但擴(kuò)展Unicon,特別是擴(kuò)展組裝工具很困難。C2模型是一種層次的、基于消息的軟件體系結(jié)構(gòu)模式。它源于解決GUI軟件開發(fā)中軟件構(gòu)件問題,并被擴(kuò)充用于其它的應(yīng)用領(lǐng)域。在C2中,構(gòu)件之間通過發(fā)送消息進(jìn)行通訊,消息包括自上而下的通知消息和自下而上的請(qǐng)求消息,消息的傳遞由連接構(gòu)件負(fù)責(zé)。Wright模型的特點(diǎn)是對(duì)體系結(jié)構(gòu)(Architecture)模式中的構(gòu)件和連接子的抽象行為進(jìn)行形式化的描述。

12、它將顯式的、獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)的連接構(gòu)件類型用作交互模式,并用基于CSP(通信順序進(jìn)程)的表示法來表示構(gòu)件的抽象行為,它支持對(duì)規(guī)約的一致性和完整性進(jìn)行靜態(tài)的檢查。Darwin模型中構(gòu)件包括接口、綁定和配置等描述成分。Darwin通過兩種構(gòu)造(惰性初始化和顯式的動(dòng)態(tài)構(gòu)造)支持動(dòng)態(tài)的重新配置,配置的申明實(shí)際上變成了在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行的一個(gè)程序。ACME模型在其它模型關(guān)注如何提供更豐富的表達(dá)和開發(fā)工具支持建模時(shí),致力于通過總結(jié)和組合這些模型的優(yōu)點(diǎn)和工具,提供一個(gè)公共的骨架。ACME的描述可以被解釋和分析,以及映射到其它的模型描述。Unicon及C2等模型還進(jìn)一步涉及了構(gòu)件在源代碼級(jí)的組裝技術(shù)。Unicon提供了U

13、NIX環(huán)境下基于體系結(jié)構(gòu)的組裝,但擴(kuò)展困難。C2在消息總線基礎(chǔ)上較易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組裝,但固定的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格使其不適應(yīng)軟件風(fēng)格多樣化的需求。北大青鳥構(gòu)件模型從三個(gè)不同的、相互正交的視角來看待構(gòu)件,每個(gè)具體的構(gòu)件都是形態(tài)、層次和表示構(gòu)成的三維空間中的一個(gè)點(diǎn)。構(gòu)件形態(tài)(Form)被分為類(Class)、類樹(Class Tree)、框架(Framework)、設(shè)計(jì)模式(Design Pattern)、體系結(jié)構(gòu)(Architecture)五種;構(gòu)件層次被分為分析件(指系統(tǒng)需求規(guī)約和功能規(guī)約)、設(shè)計(jì)件(指系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案)、編碼件(由具體程序設(shè)計(jì)語言編制的源代碼構(gòu)件)、測(cè)試件(測(cè)試計(jì)劃和測(cè)試案例)四個(gè)

14、層次;而構(gòu)件的表示則與層次有關(guān),不同層次的構(gòu)件具有不同的表示媒介和手段,如圖形、復(fù)合文檔、正文、偽碼、編程語言、目標(biāo)碼等。根據(jù)上述概念,青鳥構(gòu)件模型從九個(gè)方面來描述構(gòu)件,即概念、操作規(guī)約、接口、類型、實(shí)現(xiàn)體、構(gòu)件復(fù)合、構(gòu)件性質(zhì)、構(gòu)件注釋和構(gòu)件語境。青鳥構(gòu)件模型是一個(gè)具有面向?qū)ο?OO)風(fēng)格的模型。此外,以CORBA、COM/DCOM/COM+和JavaBeans/EJB為代表的基于分布式對(duì)象技術(shù)的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)模型正在向?qū)嵱没焖侔l(fā)展,它們對(duì)構(gòu)件的基本構(gòu)成及其體系結(jié)構(gòu)的演化產(chǎn)生著十分重要的影響。  4構(gòu)件技術(shù)研究的主要特征從國內(nèi)外關(guān)于軟件構(gòu)件技術(shù)研究的最新進(jìn)展分析,當(dāng)前構(gòu)件技術(shù)的研究呈現(xiàn)如

15、下主要特征:構(gòu)件技術(shù)研究存在兩種主要的技術(shù)路線。一是從構(gòu)件的基本概念出發(fā),力圖從軟件基本理論與體系結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)軟件技術(shù)的創(chuàng)新,從根本上解決軟件構(gòu)件技術(shù)問題,并取得了許多研究性成果;但整體上還停留在概念闡述與體系建模的探索性階段,暫時(shí)還難以實(shí)用。隨著軟件應(yīng)用技術(shù)與計(jì)算環(huán)境的演變,特別是分布式對(duì)象技術(shù)、智能Agent技術(shù)和網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)等新研究領(lǐng)域的興起與推進(jìn),構(gòu)件技術(shù)的研究也受到一定的影響。二是以分布式對(duì)象技術(shù)為基礎(chǔ),充分利用已規(guī)范化和產(chǎn)品化的技術(shù)與平臺(tái),在面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基礎(chǔ)上,對(duì)對(duì)象進(jìn)行擴(kuò)充,將構(gòu)件技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)融合,以期使構(gòu)件技術(shù)在市場(chǎng)推動(dòng)下不斷成熟與發(fā)展。這一路線的研究與開發(fā)主要表現(xiàn)為市場(chǎng)

16、主流廠商在自己產(chǎn)品中加入“構(gòu)件元素”,形成具有某些構(gòu)件特征的產(chǎn)品與企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。為了推進(jìn)這些產(chǎn)品的不斷改進(jìn),并使新技術(shù)應(yīng)用不至于帶來新的封閉與市場(chǎng)壟斷,需要建立相應(yīng)的國際化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。OMG的CORBA 3.0及其CCM構(gòu)件模型是最新發(fā)布的一套通用規(guī)范,但至今宣布支持這一規(guī)范的廠商還不多。組裝是構(gòu)件技術(shù)研究的核心。構(gòu)件從生產(chǎn)、流通到應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)中,如何將構(gòu)件組裝成應(yīng)用系統(tǒng),是每個(gè)環(huán)節(jié)都需要考慮的核心問題。目前,構(gòu)件組裝技術(shù)主要分為“黑”、“白”、“灰”三個(gè)層次。由于構(gòu)件組裝實(shí)現(xiàn)的特性,特別是領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)際需要,“灰盒子”組裝技術(shù)是研究與開發(fā)的重點(diǎn)。但是,如何提高構(gòu)件在組裝方面的靈活

17、性,雖然有不少有益的探討,但仍缺少系統(tǒng)且具有領(lǐng)域應(yīng)用背景的柔性組裝機(jī)制研究。構(gòu)件技術(shù)的研究正在與其它軟件技術(shù)研究相融合。隨著Internet技術(shù)、中間件技術(shù)、Web Service等技術(shù)研究的興起,業(yè)界對(duì)軟件復(fù)用的認(rèn)識(shí)更加趨于多元化。但在這些新興技術(shù)研究中,卻充滿了構(gòu)件技術(shù)的概念,并將利用構(gòu)件技術(shù)提高軟件復(fù)用水平的基本思想貫穿始終。這一系列的研究從另一個(gè)層面推進(jìn)了構(gòu)件技術(shù)的研究,同時(shí)對(duì)構(gòu)件技術(shù)研究提出了更加迫切而明確的需求。另一方面,軟件體系結(jié)構(gòu)的研究也大量涉及了構(gòu)件技術(shù)14。在當(dāng)前最具代表性的一些軟件體系結(jié)構(gòu)的定義中,均明確將構(gòu)件作為構(gòu)成體系結(jié)構(gòu)的第一要素,充分體現(xiàn)了軟件是由構(gòu)件構(gòu)成的思想15。軟件體系結(jié)構(gòu)提供了一種在較高抽象層次觀察、設(shè)計(jì)系統(tǒng)并推理系統(tǒng)行為和性質(zhì)的方式,也提供了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可復(fù)用性更好的構(gòu)件、甚至復(fù)用連接子的途徑16。顯然,構(gòu)件技術(shù)的發(fā)展不但為軟件的生產(chǎn)提供了若干技術(shù)思想和新的方法學(xué),也起到了推動(dòng)軟件科學(xué)技術(shù)發(fā)展的作用。構(gòu)件技術(shù)與軟件技術(shù)領(lǐng)域其它方面的這種有機(jī)的融合,也大大地促進(jìn)了構(gòu)件技術(shù)的研究