1 引言
??? 構(gòu)件是可獨立開發(fā)和部署的單元，它具有自包含性，可重用性。基于構(gòu)件的軟件開發(fā)可以提高軟件開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量, 基于構(gòu)件的軟件開發(fā)要求相應(yīng)的工具支持. 基于構(gòu)件的開發(fā)環(huán)境" title="開發(fā)環(huán)境">開發(fā)環(huán)境(Component-based Development Environment, 簡稱CBDE)已成為軟件工程領(lǐng)域的一個研究熱點。CBDE必須為用戶提供重用構(gòu)件的所有信息.本文介紹了構(gòu)件模型" title="構(gòu)件模型">構(gòu)件模型的研究現(xiàn)狀" title="研究現(xiàn)狀">研究現(xiàn)狀，CBDE環(huán)境的需求以及java語言對CBDE需求的滿足，最后給出了一個原型系統(tǒng)實現(xiàn)。
2 構(gòu)件模型
??? 構(gòu)件的表現(xiàn)形式多種多樣，但在組裝開發(fā)環(huán)境中應(yīng)以一種統(tǒng)一的方式對其建模，才能實現(xiàn)異構(gòu)" title="異構(gòu)">異構(gòu)構(gòu)件的集成，實現(xiàn)真正的構(gòu)件重用。
2.1 構(gòu)件模型內(nèi)容
??? 構(gòu)件模型定義了構(gòu)件的本質(zhì)屬性，規(guī)定了構(gòu)件接口的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件之間、構(gòu)件與構(gòu)件基礎(chǔ)設(shè)施之間的交互機制。對構(gòu)件的建模通常包含以下幾個方面[1]：
。語法級：傳統(tǒng)的接口描述語言、通常的程序設(shè)計語言；
。行為級：通過前后條件來刻畫操作的語義；
。同步級：設(shè)定構(gòu)件的不同操作之間的同步來保證相應(yīng)操作的原子性；
。質(zhì)量級：刻畫構(gòu)件所提供的服務(wù)的質(zhì)量，如：最大響應(yīng)延遲、平均響應(yīng)時間等。
。非技術(shù)級:包括作者,日期,公司名稱,關(guān)鍵詞等.
2.2 研究現(xiàn)狀
?? 目前在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界出現(xiàn)了多種構(gòu)件模型，其中Traczi 90年提出的3C模型是學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同的一個具有指導(dǎo)性作用的構(gòu)件模型。該模型從概念（Concept）、內(nèi)容（Content）和語境（Context）三個不同方面來描述構(gòu)件[3]：
。概念：關(guān)于構(gòu)件做什么的抽象描述，可以通過概念去理解構(gòu)件的功能。概念包括接口規(guī)范和語義描述兩個部分。
。內(nèi)容：概念的具體實現(xiàn)，描述構(gòu)件如何完成概念所刻畫的功能。
。語境：構(gòu)件和外圍環(huán)境在概念級和內(nèi)容級的關(guān)系，語境刻畫構(gòu)件的應(yīng)用環(huán)境，為構(gòu)件的選用和適應(yīng)性修改提供指導(dǎo)。
? ?但是3C模型本身沒有形式化的良好定義。在產(chǎn)業(yè)界，成熟的構(gòu)件模型有OMG的CORBA、Microsoft的COM/DCOM/COM+和SUN的JavaBeans/EJB，它們?nèi)愣α?，?gòu)成了實現(xiàn)級構(gòu)件模型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的競爭與互操作并存的格局。但這些構(gòu)件模型有自己獨有的實現(xiàn)語法和語義，要實現(xiàn)異構(gòu)構(gòu)件的共享有一定困難。 許多文獻提出了自己的構(gòu)件模型，及其相應(yīng)的組裝方法。但這些模型通常局限于專有的領(lǐng)域，缺乏通用性?，F(xiàn)有的構(gòu)件模型一般認(rèn)為構(gòu)件由構(gòu)件接口和構(gòu)件內(nèi)容兩部分組成，構(gòu)件接口是為成功復(fù)用" title="復(fù)用">復(fù)用該軟件實體而需要提供給外界的所有信息，包括構(gòu)件向外提供和請求的服務(wù)、構(gòu)件的自描述信息和定制信息、構(gòu)件的初始化、實例化和永久化方法以及構(gòu)件對目標(biāo)復(fù)用環(huán)境的依賴和構(gòu)件組裝信息等[4]。構(gòu)件內(nèi)容就是直接復(fù)用的軟件實體，它可以具有源代碼、二進制碼、文檔、分析設(shè)計模型和腳本等不同的物理形態(tài)，并遵從一定的格式標(biāo)準(zhǔn)。XML語言被用來作為構(gòu)件的描述語言，將有利于基于Web的構(gòu)件復(fù)用。Java語言作為跨平臺的語言可用來實現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)容。
3 基于構(gòu)件的開發(fā)環(huán)境（Component-Based Development Environment）
??? 基于構(gòu)件的開發(fā)的前提除了要有大量可供選擇的構(gòu)件外，還需要有相應(yīng)的工具支撐。CBDE可幫助用戶完成基于構(gòu)件的開發(fā)過程，為構(gòu)件的瀏覽、定制和組裝提供統(tǒng)一平臺，從而支持異構(gòu)構(gòu)件的集成和組裝。
3.1 CBDE的功能需求
??? CBDE的設(shè)計必須滿足如下七種需求[2]:
。?必須遵循模塊化設(shè)計的規(guī)則. CBDE環(huán)境能夠?qū)?gòu)件的私有部分和公開部分進行分離. 私有部分無法從構(gòu)件外部訪問,一般包括構(gòu)件的實現(xiàn)和資源兩部分. 公有部分包括構(gòu)件的自描述信息,實例化機制,以及可選的公共接口定義. 語法描述的基本單元是接口, 接口描述是獨立于構(gòu)件, 根據(jù)接口描述開發(fā)商可以提供可互換的構(gòu)件.
。?環(huán)境必須支持構(gòu)件的自描述, 構(gòu)件的元數(shù)據(jù)直接存儲在構(gòu)件內(nèi)部. 外部描述易造成構(gòu)件實現(xiàn)與描述數(shù)據(jù)的不一致性, 且不易構(gòu)件的查詢. 而內(nèi)部自描述提供了自動生成描述文件的可能性; 減輕了對構(gòu)件庫的要求;而且將構(gòu)件之間的依賴關(guān)系描述也封裝在構(gòu)件內(nèi)部,利于構(gòu)件實現(xiàn)的演化.
。?構(gòu)件必須在一個全局的接口名字空間內(nèi)定義和訪問. 這樣就能以全球唯一的方式命名構(gòu)件接口,從而降低名字空間的語義匹配問題.
。?環(huán)境必須支持構(gòu)件開發(fā)和應(yīng)用組裝兩種開發(fā)過程. CBDE支持傳統(tǒng)的構(gòu)件開發(fā),但又擅長于支持應(yīng)用組裝,構(gòu)件開發(fā)集中在功能方面,應(yīng)用組裝著重于應(yīng)用的商業(yè)邏輯. 應(yīng)用組裝是包含搜索,選擇,配置構(gòu)件三步的一個迭代過程.
。 必須支持多種視圖,包括開發(fā)視圖,組裝視圖,類型視圖和實例視圖. 前兩者表示前述的面向構(gòu)件的兩種開發(fā)過程, 后兩者表示組裝視圖的兩種刻面.?
。?必須解決構(gòu)件的維護問題. 引用重用可以解決構(gòu)件的演化問題. 引用重用意味著在Internet上保存引用構(gòu)件的單一主備份， 一般CBDE以緩存機制提供復(fù)制功能, 同時CBDE在使用構(gòu)件的應(yīng)用和存放該構(gòu)件的庫之間建立永久連接,這樣構(gòu)件能實現(xiàn)自動更新.
3.2 Java語言對CBDE的支持
?? Java語言支持構(gòu)件技術(shù), 如SUN提出的構(gòu)件模型有JavaBean和Enterprise Java Bean. 而且Java語言能很好的滿足第2節(jié)中提出的需求[2].
。?Java語言支持在類級和包級的封裝. 一個構(gòu)件可以看成一個或多個類或者是一個包.
。?Java語言用接口實現(xiàn)比多重繼承更強的功能。接口和類可以同等對待，接口把方法的定義和類的層次區(qū)分開來，通過它可以在運行時動態(tài)地定位所調(diào)用的方法，有利于代碼的重用。
。?Java提供反射機制,能在運行時獲取構(gòu)件的型構(gòu)描述. 因此自動生成構(gòu)件的自描述信息成為可能.
。?Java接口使用一種世界通用的名字空間定義, 例如包的命名定義以反向的Internet域名開始。
。?Java支持動態(tài)鏈接和后綁定。
4 原型實現(xiàn)
??? 基于上述思想，我們利用Java語言設(shè)計了構(gòu)件組裝引擎的原型系統(tǒng)，系統(tǒng)的支撐運行環(huán)境如圖1示。Java作為構(gòu)件的實現(xiàn)語言，XML作為構(gòu)件的描述語言，基于XML的體系結(jié)構(gòu)描述語言作為模式語言。組裝模式描述了構(gòu)件間的連接方式，它被看作是與構(gòu)件同等的實體。組裝模式描述了角色之間的交互關(guān)系，一個構(gòu)件能扮演一個或多個角色，一個角色也可被不同的構(gòu)件實現(xiàn)。該系統(tǒng)的主要功能模塊為：
1）．用戶需求的可視化表示到構(gòu)件組裝腳本語言的轉(zhuǎn)換
a．?將用戶需求、構(gòu)件的使用場景以及構(gòu)件交互關(guān)系用相應(yīng)的文檔表示格式記錄下來。
b．?構(gòu)件間的交互可以用消息序列圖描述，傳送的消息來自面向領(lǐng)域構(gòu)件間交互原語字典。這樣在描述構(gòu)件和組裝模式時能避免對API的直接調(diào)用，增加重用性。
2）．構(gòu)件組裝語言編譯器設(shè)計實現(xiàn)
? ? 包括語法分析器，語義分析器和代碼生成器。
??? 因為構(gòu)件組裝語言采用XML語法結(jié)構(gòu)，語法分析器可以使用XML相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)。語義分析器主要是針對消息序列圖和組裝語義定義實現(xiàn)。代碼生成器完成構(gòu)件組裝語言到最終系統(tǒng)編程語言的實現(xiàn)，主要是原語與具體API的映射。體現(xiàn)了應(yīng)用＝構(gòu)件＋腳本的理念。
??? 構(gòu)件是可獨立開發(fā)和部署的單元，它具有自包含性，可重用性。基于構(gòu)件的軟件開發(fā)可以提高軟件開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量, 基于構(gòu)件的軟件開發(fā)要求相應(yīng)的工具支持. 基于構(gòu)件的開發(fā)環(huán)境" title="開發(fā)環(huán)境">開發(fā)環(huán)境(Component-based Development Environment, 簡稱CBDE)已成為軟件工程領(lǐng)域的一個研究熱點。CBDE必須為用戶提供重用構(gòu)件的所有信息.本文介紹了構(gòu)件模型" title="構(gòu)件模型">構(gòu)件模型的研究現(xiàn)狀" title="研究現(xiàn)狀">研究現(xiàn)狀，CBDE環(huán)境的需求以及java語言對CBDE需求的滿足，最后給出了一個原型系統(tǒng)實現(xiàn)。
2 構(gòu)件模型
??? 構(gòu)件的表現(xiàn)形式多種多樣，但在組裝開發(fā)環(huán)境中應(yīng)以一種統(tǒng)一的方式對其建模，才能實現(xiàn)異構(gòu)" title="異構(gòu)">異構(gòu)構(gòu)件的集成，實現(xiàn)真正的構(gòu)件重用。
2.1 構(gòu)件模型內(nèi)容
??? 構(gòu)件模型定義了構(gòu)件的本質(zhì)屬性，規(guī)定了構(gòu)件接口的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件之間、構(gòu)件與構(gòu)件基礎(chǔ)設(shè)施之間的交互機制。對構(gòu)件的建模通常包含以下幾個方面[1]：
。語法級：傳統(tǒng)的接口描述語言、通常的程序設(shè)計語言；
。行為級：通過前后條件來刻畫操作的語義；
。同步級：設(shè)定構(gòu)件的不同操作之間的同步來保證相應(yīng)操作的原子性；
。質(zhì)量級：刻畫構(gòu)件所提供的服務(wù)的質(zhì)量，如：最大響應(yīng)延遲、平均響應(yīng)時間等。
。非技術(shù)級:包括作者,日期,公司名稱,關(guān)鍵詞等.
2.2 研究現(xiàn)狀
?? 目前在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界出現(xiàn)了多種構(gòu)件模型，其中Traczi 90年提出的3C模型是學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同的一個具有指導(dǎo)性作用的構(gòu)件模型。該模型從概念（Concept）、內(nèi)容（Content）和語境（Context）三個不同方面來描述構(gòu)件[3]：
。概念：關(guān)于構(gòu)件做什么的抽象描述，可以通過概念去理解構(gòu)件的功能。概念包括接口規(guī)范和語義描述兩個部分。
。內(nèi)容：概念的具體實現(xiàn)，描述構(gòu)件如何完成概念所刻畫的功能。
。語境：構(gòu)件和外圍環(huán)境在概念級和內(nèi)容級的關(guān)系，語境刻畫構(gòu)件的應(yīng)用環(huán)境，為構(gòu)件的選用和適應(yīng)性修改提供指導(dǎo)。
? ?但是3C模型本身沒有形式化的良好定義。在產(chǎn)業(yè)界，成熟的構(gòu)件模型有OMG的CORBA、Microsoft的COM/DCOM/COM+和SUN的JavaBeans/EJB，它們?nèi)愣α?，?gòu)成了實現(xiàn)級構(gòu)件模型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的競爭與互操作并存的格局。但這些構(gòu)件模型有自己獨有的實現(xiàn)語法和語義，要實現(xiàn)異構(gòu)構(gòu)件的共享有一定困難。 許多文獻提出了自己的構(gòu)件模型，及其相應(yīng)的組裝方法。但這些模型通常局限于專有的領(lǐng)域，缺乏通用性?，F(xiàn)有的構(gòu)件模型一般認(rèn)為構(gòu)件由構(gòu)件接口和構(gòu)件內(nèi)容兩部分組成，構(gòu)件接口是為成功復(fù)用" title="復(fù)用">復(fù)用該軟件實體而需要提供給外界的所有信息，包括構(gòu)件向外提供和請求的服務(wù)、構(gòu)件的自描述信息和定制信息、構(gòu)件的初始化、實例化和永久化方法以及構(gòu)件對目標(biāo)復(fù)用環(huán)境的依賴和構(gòu)件組裝信息等[4]。構(gòu)件內(nèi)容就是直接復(fù)用的軟件實體，它可以具有源代碼、二進制碼、文檔、分析設(shè)計模型和腳本等不同的物理形態(tài)，并遵從一定的格式標(biāo)準(zhǔn)。XML語言被用來作為構(gòu)件的描述語言，將有利于基于Web的構(gòu)件復(fù)用。Java語言作為跨平臺的語言可用來實現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)容。
3 基于構(gòu)件的開發(fā)環(huán)境（Component-Based Development Environment）
??? 基于構(gòu)件的開發(fā)的前提除了要有大量可供選擇的構(gòu)件外，還需要有相應(yīng)的工具支撐。CBDE可幫助用戶完成基于構(gòu)件的開發(fā)過程，為構(gòu)件的瀏覽、定制和組裝提供統(tǒng)一平臺，從而支持異構(gòu)構(gòu)件的集成和組裝。
3.1 CBDE的功能需求
??? CBDE的設(shè)計必須滿足如下七種需求[2]:
。?必須遵循模塊化設(shè)計的規(guī)則. CBDE環(huán)境能夠?qū)?gòu)件的私有部分和公開部分進行分離. 私有部分無法從構(gòu)件外部訪問,一般包括構(gòu)件的實現(xiàn)和資源兩部分. 公有部分包括構(gòu)件的自描述信息,實例化機制,以及可選的公共接口定義. 語法描述的基本單元是接口, 接口描述是獨立于構(gòu)件, 根據(jù)接口描述開發(fā)商可以提供可互換的構(gòu)件.
。?環(huán)境必須支持構(gòu)件的自描述, 構(gòu)件的元數(shù)據(jù)直接存儲在構(gòu)件內(nèi)部. 外部描述易造成構(gòu)件實現(xiàn)與描述數(shù)據(jù)的不一致性, 且不易構(gòu)件的查詢. 而內(nèi)部自描述提供了自動生成描述文件的可能性; 減輕了對構(gòu)件庫的要求;而且將構(gòu)件之間的依賴關(guān)系描述也封裝在構(gòu)件內(nèi)部,利于構(gòu)件實現(xiàn)的演化.
。?構(gòu)件必須在一個全局的接口名字空間內(nèi)定義和訪問. 這樣就能以全球唯一的方式命名構(gòu)件接口,從而降低名字空間的語義匹配問題.
。?環(huán)境必須支持構(gòu)件開發(fā)和應(yīng)用組裝兩種開發(fā)過程. CBDE支持傳統(tǒng)的構(gòu)件開發(fā),但又擅長于支持應(yīng)用組裝,構(gòu)件開發(fā)集中在功能方面,應(yīng)用組裝著重于應(yīng)用的商業(yè)邏輯. 應(yīng)用組裝是包含搜索,選擇,配置構(gòu)件三步的一個迭代過程.
。 必須支持多種視圖,包括開發(fā)視圖,組裝視圖,類型視圖和實例視圖. 前兩者表示前述的面向構(gòu)件的兩種開發(fā)過程, 后兩者表示組裝視圖的兩種刻面.?
。?必須解決構(gòu)件的維護問題. 引用重用可以解決構(gòu)件的演化問題. 引用重用意味著在Internet上保存引用構(gòu)件的單一主備份， 一般CBDE以緩存機制提供復(fù)制功能, 同時CBDE在使用構(gòu)件的應(yīng)用和存放該構(gòu)件的庫之間建立永久連接,這樣構(gòu)件能實現(xiàn)自動更新.
3.2 Java語言對CBDE的支持
?? Java語言支持構(gòu)件技術(shù), 如SUN提出的構(gòu)件模型有JavaBean和Enterprise Java Bean. 而且Java語言能很好的滿足第2節(jié)中提出的需求[2].
。?Java語言支持在類級和包級的封裝. 一個構(gòu)件可以看成一個或多個類或者是一個包.
。?Java語言用接口實現(xiàn)比多重繼承更強的功能。接口和類可以同等對待，接口把方法的定義和類的層次區(qū)分開來，通過它可以在運行時動態(tài)地定位所調(diào)用的方法，有利于代碼的重用。
。?Java提供反射機制,能在運行時獲取構(gòu)件的型構(gòu)描述. 因此自動生成構(gòu)件的自描述信息成為可能.
。?Java接口使用一種世界通用的名字空間定義, 例如包的命名定義以反向的Internet域名開始。
。?Java支持動態(tài)鏈接和后綁定。
4 原型實現(xiàn)
??? 基于上述思想，我們利用Java語言設(shè)計了構(gòu)件組裝引擎的原型系統(tǒng)，系統(tǒng)的支撐運行環(huán)境如圖1示。Java作為構(gòu)件的實現(xiàn)語言，XML作為構(gòu)件的描述語言，基于XML的體系結(jié)構(gòu)描述語言作為模式語言。組裝模式描述了構(gòu)件間的連接方式，它被看作是與構(gòu)件同等的實體。組裝模式描述了角色之間的交互關(guān)系，一個構(gòu)件能扮演一個或多個角色，一個角色也可被不同的構(gòu)件實現(xiàn)。該系統(tǒng)的主要功能模塊為：
1）．用戶需求的可視化表示到構(gòu)件組裝腳本語言的轉(zhuǎn)換
a．?將用戶需求、構(gòu)件的使用場景以及構(gòu)件交互關(guān)系用相應(yīng)的文檔表示格式記錄下來。
b．?構(gòu)件間的交互可以用消息序列圖描述，傳送的消息來自面向領(lǐng)域構(gòu)件間交互原語字典。這樣在描述構(gòu)件和組裝模式時能避免對API的直接調(diào)用，增加重用性。
2）．構(gòu)件組裝語言編譯器設(shè)計實現(xiàn)
? ? 包括語法分析器，語義分析器和代碼生成器。
??? 因為構(gòu)件組裝語言采用XML語法結(jié)構(gòu)，語法分析器可以使用XML相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)。語義分析器主要是針對消息序列圖和組裝語義定義實現(xiàn)。代碼生成器完成構(gòu)件組裝語言到最終系統(tǒng)編程語言的實現(xiàn)，主要是原語與具體API的映射。體現(xiàn)了應(yīng)用＝構(gòu)件＋腳本的理念。
結(jié)論
??? 本文給出了構(gòu)件模型的研究現(xiàn)狀和存在問題，研究了基于構(gòu)件的開發(fā)環(huán)境需滿足的條件，并利用Java語言實現(xiàn)了構(gòu)件組裝引擎原型系統(tǒng)，可視化構(gòu)件組裝模型的設(shè)計已應(yīng)用于數(shù)據(jù)表示引擎系統(tǒng)中。
參考文獻
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Computer 32, 7 (1999), 38-45.
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[3] Tracz, W., “Where Does Reuse Start?” Proc. Realities of Reuse Workshop, Syracuse University CASE Center, January 1990.
[4] 張波 基于XML的分布式軟件體系結(jié)構(gòu)研究 中科院博士學(xué)位論文 2001
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