（计算机软件与理论专业论文）基于构件的网络教育管理系统的研究与应用.pdf

山东师范大学硕士学位论文 摘要 随着i n t e r n e t 技术的发展及应用的普及，网络教育在教育体系中起着越来越 重要的作用，对提高人民受教育水平和提高国民素质起到了积极推动作用。相应 的网络教育的管理系统也不断随着网络技术的发展而不断的发展。良好的网络教 育管理系统有利于提高网络教育效果和质量；有利于扩展网络教育的业务功能； 方便教育和学习 虽然网络教育已经发展了多年，但是我们目前的网络教育管理系统在开发上 还存在重复编码率高，不易扩展，开发周期长等等的缺点。本文是在研究构件技 术以及基于构件的软件工程基础上提出开发基于构件的网络教育管理系统的思 想。本文所做的主要工作如下： 1 分析了当前国际和国内上网络教育的现状和发展趋势，以及网络教育系统 的使用、开发技术和设计模式的现状。分析当前网络教育管理软件的优缺点，指。 出采用基于构件的软件开发方法可以解决网络教育系统存在的不足 2 详细论述了软件构件技术的基本理论和基于构件的软件开发方法系统诗 论了构件的定义、构件模型、构件获取、构建描述、构件库、构件组装等相关技 术。 3 研究了基于构件的开发技术的基本思想、基本流程和关键技术。并提出采 用c b s e 技术开发网络教育管理系统。 4 根据构件模型设计网络教育管理系统的构件实例模型，在建立了系统各部 分功能模块构件的基础上，采用体系结构的组装方法组装构件，进而开发成网络 教育管理系统的应用软件并研究对原有系统的封装和重复利用，采用统一的标 准封装为可重复利用的构件 在对基于构件的软件开发方法进行研究讨论的基础上，按基于构件开发方法 的流程研究设计了网络教育管理系统。并对一构件检索算法进行优化，应用在构 件生产过程中。 根据本文提出的思想，采用基于软构件的软件开发方法开发网络教育管理系 统，能够大大提高软件开发的效率，降低开发成本使得开发的应用软件易于修 改、扩展，方便了用户和管理人员 关键词：软构件c b s ec b d 组装构件库网络教育 山东师范大学硕士学位论文 a l o n g w i t h t h e d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f i n t e r a c t t e c h n o l o g y ，n e t w o r k e d u c a t i o np l a y sa ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l ei nt h ee d u c a 虹o ns y s t e m ，t oi m p r o v et h e l e v e lo f e d u c a t i o na n di m p r o v et h eq u a l i t yo f t h ei 把o p l ch a sp l a y e dap o s i t i v er o l ei n p r o m o t i n gt h i s e d u c a t i o nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e dw i t ht h e d e v e l o p m e n to f i n t e r a c tt e c h n o l o g y t h en e t w o r ke d u c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi s c o n d u c i v et oag o o de d u c a t i o nt oi m p r o v ee d u c a t i o n a le f f e c t i v e n e s sa n dq u a i 坶o f t h e n e t w o r k ；e d u c a d o ni sc o n d u c i v et ot h ee x p a n s i o no f t h ef u n c t i o n so f t h ee d u c a t i o n n e t w o r k ；t of a c i l i t a t ee d u c a t i o na n dl e a r n i n g a l t h o u g he d u c a f i o nn e t w o r kh a sd c v e l o p e , dan u m b e ro f y e a r s b u to u rp r e s e n t n e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e mi ss t i l lah i g hm t eo f r e p e t i t i o nc o d i n g ，n o te a s ye x p a n s i o n , d e v e l o p m e n tc y c l el e n g t hs h o r t c o m i n g s i n t h i sp a p e r , w er e s e a r c ha n d d e s i g nt h e c o m p o n e n t - b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mb yr e s e a r c h i n gc o m p o n e n ta n d c o m p o n e n t - b a s e ds o 矗m ，a r ee n g i n e e r i n gt e c h n o l o g yb a s e d i nt h i sp a p e r , t h em a i n r e s e a r c hw o r ka n da c h i e v e m e n t sa r ca sf o l l o w s ： 1 a n a l y s i st h ec u r r e n to f n e t w o r ke d u c a t i o ni nt h ed o m e s t i ca n do f n e t w o r k e d u c a t i o ns y s t e ma n dt h ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g ya n dd e s i g nm o d e l s a n a l y s i so f t h e a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h ec u r r e n tn e t w o r ke d u c a t i o nm a n a g e m e n ts o f t w a r e c o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tm e t h o d sc a ns o l v et h ep r o b l e m so f n e t w o r k e d u c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 2 d e s c r i b e d t h e b a s i c t h e o r y o f s o f t w a r e c o m p o n e n t t e c h n o l o g y a n d c o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tm e t h o d si nd e t a i l d i s c u s st h ed e f i n i t i o no f c o m p o n e n t s ，c o m p o n e n tm o d e lc o m p o n e n ta c q u i s i t i o n , b u i l d i n gd e s c r i p t i o n , c o m p o n e n tl i b r a r y , c o m p o n e n ta s s e m b l ya n do t h e rr e l a t e dt e c h n o l o g i e s 3 r e s e a r c ht h eb a s i ci d e a so f c o m p o n e n t - b a s e dd e v e l o p m e n ：t ，b a s i cp r o c e s s e sa n d c r i t i c a lt e c h n o l o g i e s u s ec b s et e c h n o l o g yt od e v e l o p m e n tt h en e t w o r ke d u c a t i o n m a n a g e m c n ts y s t e m 坐奎塑翌查堂堡主堂垡笙奎 4 a c c o r d i n gt ot h ec o m p o n e n tm o d e ld e s i g ne n t i t ym o d e lo f n e t w o r ke d u c a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m s a s s e m b l em e m b e r st ot u r ni n t oan e t w o r ke d u c a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e ms o f t w a r eo nt h eb a s eo f e s t a b l i s h i n gt h ec o m p o n e n t p a r t so f t h es y s t e m m o d u l e s , u s i n gt h ea r c h i t e c t u r ea s s e m b l ym e t h o d s a n dr e s e a r c ht h e 耻吲k a 嚼n ga n d r e u s n go f t h ee x i s t i n gs y s t e m , w i n gu n i f o r ms t a n d a r d st op a c k a g et h a ti n t or e u s a b l e c o m p o n e n 堍 o nt h eb a s i so f r c , a r c h i n ga n dd i s c u s s i o no f c o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r e d e v e l o p m e n tm e t h o d s ，r e s e a r c ha n dd e s i g nt h en e t w o r ke d u c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m b ym e a l l so f c o m p o n e n t - b a s e dd e v e l o p m e n tp r o c e s s a l s oo p t i m i z a t i o na c o m p o n t r e u i e v a la l g o r i t h m ，u s e di nt h ep r o d u c t i o n p r o c e s so f c o m p o n e n t s o nb a s eo f t h ei d e ao f t h i sp a p e r , u s i n gt h ec o m p o n e n t - b a s e ds o r w a r e d e v e l o p m e n tm e t h o d st od e v e l o pn e t w o r ke d u c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mc a l lg r e a t l y i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f s o r w a r ed e v e l o p m e n ta n dr e d u c ed e v e l o p m e n tc o s t s i tm a k c s t h es o w a r e e a s ym o d i f i c a t i o n , e x p a n s i o no f c o n v e n i e n t u s e 塔a n d m a n a g e r s k e y w o r d s ：s o r w a r ec o m p o n e n t ，c b s e ，c b d ，s o r w a mc o m p o n e n tl i b r a r y ， a s s e m b l y ，n e t w o r ke d u c a t i o n 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注；如没 有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位做作者躲物秀导师拣 学位论文版权使用授权书 、l 张 谜缓 本学位论文作者完全了解堂控有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本 人授权堂撞可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密 后适用本授权书) 躲妇 导师签字越蕴 签字日期：2 0 0 7 年多月万日签字日期：2 0 0 7 年乡月杉日 山东师范大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着i n t e r n e t 技术的发展及应用的普及，给远程教育提供了一种新的途径， 并越来越得到广大求知者的认可。社会和技术的深刻改变都需要教育做出相应的 反馈。行业市场对结合了网络技术和教学传播业务的新型远程教学传播和管理软 件的需求越来越强烈。2 1 世纪教育的一个发展大趋势就是网络教育。基于全球交 互、协作学习和终身教育的网络教育提供了一个增强国际连接，创造新的工作、 一 学习和问题解决方式的新方案面对2 1 世纪的挑战，网络教育提供了丰富教育过 程和教育资源的一个模式、一个方案。更重要的是，在资源短缺、知识爆炸的年 代，在知识就是力量。的社会中，网络远程教育为人们提供了在任何时间、任何 地方学习的机会。网络教育在我国有着重要的经济意义，在教育投入不足的情况 下，发展网络教育是我国大力推进教育信息化、实现教育事业跨越性发展最有效、 最现实的选择。 网络教育的发展有着很多的动力因素。埘：知识、技能训练方法的快速落伍、 对于不同员工技能有差异的情况，统一进行培训是低效的，需要有针对性、个性 化的终身学习。这种情况是新的个性化的学习模式的需求；大企业需要经济有效 的方法来训练全球分散的员工；高品质的网络教育产品和服务日渐完善与成熟。 网络教育标准化的推动，有利于产品的发展和资源的共享；互联网的普及铺垫了 网络教育的技术，推动了网络教育的发展；移动终端的发展，使得各种移动应用 迅速发展，包括网络教育；网络带宽和网络教育平台的发展与改善，让网络教育 的实施更为可行。 网络教育是借助目前比较发达的卫星电视、电信及计算机三大网络，按照双 向或多向接收的方法，提供基于嗍，实行教学分离，以学生为主体的自主学习， 交互式答疑和讨论环境以扩大教育规模的一种新型教育方式在这种新型教育方 式下，一方面要求学习者要以自主学习的方式进行学习；另一方面要求教育者必 山东师范大学硕士学位论文 须提供完善的学习服务系统嘲自主学习的实现必须依托网络教育管理系统的支 持，网络教育管理系统在网络教育中占有很重要的地位。 网络教育管理系统以计算机网络“1 ( 以及卫星数字通讯) 技术为支撑，具有时 空自由、资源共享、系统开放、便于协作等优点。世界各国在发展网络远程教育 时深刻认识到，学习资源的可共享性和系统的互操作对于网络远程教育的实用性 和经济性具有决定性意义。虽然目前的网络技术已为教育资源在低水平上的自治 与共享、学习活动的合作( 例如通过各种通信工具) 提供了基本技术条件，许多 网络管理系统也已经建立起来投入使用，但是还存在很多需要改进的地方，脚教学 和交互方式比较单一，不同的教学和交互子系统很难集成在一起，大多处于相对 分离的状态；缺少通用的数据编辑和保存形式，不同操作系统和数据库平台上的 予系统很难交互和共享数据；缺少有效的模块集成手段，基于不同平台的模块很 难集成，系统的扩展性和伸缩性比较差。各个网络教育管理系统存在着很大的重 复编码问题，软件复用率不高，开发质量和效率不高。 1 1 2 研究意义 采用构件技术可以提高软件的开发质量和效率，增加系统的扩展性和伸缩性， 可以使得各个子系统比较容易的结合在一起。同时还可以将原有的系统分模块封 装成有着标准接口的软构件进行重复使用。将构件技术应用在网络教育管理系统 中可以使得网络教育随着时代的发展和需要在原系统的基础上进行改进和维护 通过本文的研究能够对当前网络教育发展提供一个更好的平台，并对网络教 育的系统的开发可以实现构件生产和组装以及对原有系统的封装大大缩短网络教 育管理系统的开发周期和提高软件开发的效率，提高软件的重复利用率。使得网 络教育管理系统易于扩展适应当前网络教育的发展需要。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 美国政府十分重视网络教育，克林顿政府曾宣布要把教育广泛地建立在 i n t e r n e t 上，1 9 9 6 年向全体公民提出：2 0 0 0 年以前把每一间教室和每一个图书馆， 2 山东师范大学硕士学位论文 都联到i n t e r n e t 上美国教育部投资7 8 0 0 万美元用以建立网上课程，联邦政府 用2 0 亿美元推动所有中小学生使用电脑。为了实现克林顿政府宣布的计划。国家 每年用于网络教育的开支达1 0 0 - - 2 0 0 亿美元这一举措旨在为美国教育界抢占教 育国际化新的制高点做准备。从美国网上课程的学科分布来看，学分课程主要集中 在本科层次。只有教育学、工程学、图书馆和情报学等领域的学分课程大部分集中 在研究生和第一职业学位层次1 9 9 9 年u s n e w s 对美国图书馆学会( a l a ) 认证的 4 8 一所图书情报研究生院进行排名结果j 伊利诺斯大学厄尔巴纳尚佩恩分桉 ( u n i v e r s i t y o f i l li n o i s a t u r b a n a - c h a m p a i g n ，u i u c ) 的图书，情报研究生院 ( g r a d u a t e s c h o o l o f l i b r a r y a n d i n f o r - m a t i o n s c i e n c e ，g s l i s ) 名列榜首。由此看来 在国外，信息检索的远程教育是主流，且被广泛应用于研究生教育，而且也已经有 非常成功的例子可循。 巴西政府投资1 5 亿美元，建立了全国互联网教育科研系统。法国政府2 0 0 0 年拨款5 亿法郎支持基金，用于全国小学配备电脑，为上网创造条件瑞典国会 在1 9 9 8 年通过了政府提交的学习的工具一全国中小学实施信息通信技术计划， 政府在此后3 年内为该计划拨款1 5 亿克朗，同时带动地方政府为此项目进行投资 1 2 ：2 国内研究现状 在国内，教育部高教司2 0 年来一贯支持文献课教学，曾在1 9 8 4 和1 9 8 6 年两次 以文件形式强调和指导文献课教学，1 9 9 6 年成立了文献课教学指导小组。最近几年， 教育部大力提倡包括信息素质教育在内的素质教育，高教司已在“新世纪高等教育 教学改革工程”中设立了一个“网络条件下的文献信息用户教育研究”项目，委托 清华大学图书馆刘桂林馆长主持研究教育部高校图工委始终把用户培训作为主 要工作任务，曾先后召开过4 次研讨会推广先进经验，对文献课的发展起了较大的 推动作用。目前，图工委共有6 个工作组，其中之一就是用户培训工作组。文献课 教学在2 0 世纪8 0 年代可谓轰轰烈烈，到1 9 9 6 年举办研讨会时已经意识到互联网 将对文献课教学带来的巨大变革附。 习前网络环境已经基本形成，传统的文献课教学内容和方式显然已不适合时 代的要求，必须与时俱进加以改革。如华东理工大学的文献课在1 9 9 9 年全校的课 程评估中得分最高，连续多年被列为上海市高校重点课程。浙江大学很早就在网上 3 山东师范大学硕士学位论文 发布了自助式文献课课件。北京大学的一小时讲座已创出品牌，在校内外影响很 大目前文献课发展呈现出数字化网络课件日益丰富，学习方式网络化、自助化、 个性化等趋势。中国人民大学网络教育学院成立于1 9 9 8 年，是国内成立最早的网 络教育学院。相应的网络教育管理系统在短短几年时问里也经历了从c l s 模式发 展到b s 模式或者c s 和b s 的混合模式 在网络教育整体解决方案中，中华学习网在软件平台体系中推出了一个全新 的概念：d e e ( d i s t a n t e d u c a t i o n e n v i r o n m e n t 远程教育环境) ，这个环境的平台 为高校解决了四个流的协作运转：信息流( i n f o r m a t i o n ) 、数据流( d a t a ) 、环 境流( e n v i r o n m e n t ) 、逻辑流( l o g i c ) 称之为：p r c e d u i d e 卜d e e 。 尽管网络教育经过多年的发展和建设，已经步入正轨，并具有一定规模，但 仍处于探索和提高阶段，因此在取得良好效果的同时，也存在一些问题。我们有 必要建立一套符合远程教育特点的、智能性强的、交互灵活的、资源共享程度高 的现代网络教育管理系统。 网络教育管理系统的研究发展趋势是能实现整个教学管理过程的现代化和管 理规范化，及时、准确反映教学现状、分析教学效果，具备较好的交互性和实时 性，保证网上教学过程的顺利实施和保证教学质量，在教学管理中强调平台开放， 全部基于w e b ，采用构件技术提高软件的复用率和软件开发效率。并且能够使系统 容易扩展和伸缩。 根据教育信息化领域的专家意见，可预测的下一代网络教育管理系统应该具 有的特征： ( 1 ) 开放架构，构件化，方便集成不同系统 ( 2 ) 个性化服务 ( 3 ) m - l e a r n i n gl 。m o b i l e l e a r n i n g j l 移动学习 ( 4 ) 宽带网络、多媒体技术的大量采用 ( 5 ) 标准化的普及、共享内容 1 3 本文的主要工作 1 分析了当前国际和国内上网络教育的现状和发展趋势，以及网络教育管理 系统的使用、开发技术、设计模式现状。分析当前网络教育管理软件的优缺点， 4 山东师范大学硕士学位论文 指出采用基于构件的软件开发方法可以解决网络教育管理系统存在的不足。 2 详细论述了软件构件技术的基本理论和基于构件的软件开发方法。系统分 析了基于构件的软件开发给软件生产带来的变革，采用这种软件开发方法能够提 高软件的开发效率和开发速度，使得软件生产就像组装一台硬件电脑一样，把“软 件零部件”组装成为一个应用软件。 3 将基于构件的软件复用的设计思想应用到网络教育管理系统的设计与开 发中，建立基于平台的面向对象的构件化网络教育管理系统设计模型，以提高软 件的复用性、可维护性、一致性，并能支持系统的二次开发扩展给网络教育带 来新的发展 4 根据软件构件的3 c 模型设计出系统的实例模型，在建立了系统各部分功能 模块构件的基础上，采用体系结构的组装方法，组装构件研究网络教育管理系 统的构件设计与实现以及组装技术，并且能够建立简单的针对网络教育构件的构 件库管理系统。研究对原有系统的封装和重复利用，采用统一的标准封装为可重 复利用的构件 1 4 论文的组织与结构 1 本论文内容的章节安排如下： 第一章绪论部分简要介绍了本文的研究背景、研究意义、研究目标和研究内 容。分析了网络教育的发展及国内外网络教育的现状，指出了现有网络教育管理 系统存在的不足。 第二章讨论了构件技术的基本概念，构件技术的发展状况。重点介绍了构件、 构件模型、构件描述、构件库、构件组装等基本理论。 第三章研究了基于构件的软件开发方法的理论，论述了基于构件软件开发方 法的流程以及相关技术理论并从理论上分析了采用基于构件的软件开发方法开 发网络教育管理系统的必要性和可能性。 第四章分析设计网络教育管理系统的基于构件开发的体系结构。设计了部分 构件的实体模型。改进了构件检索的算法。描述了构件组装方法。 第五章对全文的研究工作进行总结，指出了需要继续开展的工作。 5 山东师范大学硕士学位论文 2 1 构件的定义 第2 章软构件理论 2 1 1 构件定义的发展 软件构件( 简称构件，c o m p o n e n t ) 共生于软件复用。1 9 6 8 年的n a t o ( 北大 西洋公约组织) 软件工程会议上，m c i l r o y 在论文“大量生产的软件构件”中第一 次提出了软件复用的概念，认为软件复用的基础是软构件( s o r f t w a r ec o m p o n e n t ) ， 可以通过建立可复用的软构件库来促进大规模软件的开发。2 0 世纪9 0 年代中期以 后，随着分布对象、i n t e r n e t 、j a v a 、c s 、4 g l 和可视化开发工具等技术以及基 于构件组装的软件开发模式的发展，在构件技术的研究和实践活动中，人们对构 件的定义也不尽相同。这里列举了一些具有代表性的构件定义，并在这些定义基 础上，对构件定义进行较全面的总结。忉伽嘲 ( 1 ) 欧洲面向对象编程( f _ , c o o p ) 会议上提出的定义 “软件构件是一个具有规范接口和明确的上下文依赖的组装单元。软件构件 能够被独立部署和被第三方组装” ( 2 ) l e m e n ss z y p e r s k i 在1 9 9 8 年给出的定义： “软件构件是可单独生产、获取、部署的二进制单元，它们之间可以相互作 用构成一个功能系统统( f u n c t i o n i n gs y s t e m ) 。” c m u s e i 的f e l i xb a c h m a n 等人在2 0 0 0 年5 月的一份关于基于构件的软件工 厂的报告中给出的定义： 。软件构件是一个不透明( o p a q u e ) 的功能实现；能被第三方组装；符合一 个构件模型。” ( 3 ) 波音公司的g u i j u nw a n g 对构件的定义： “构件是一个带有契约化接口和显示上下文依赖的组装单元，它能被独立发 布并且可以被第三方组装。” d e s m o n dd s o u z a 和a l a nw i l l s 对构件定义： “构件是一个可以独立交付的软件单元，封装了设计和实现的内容，并向外 提供接口，通过接口与其他构件组装成更大的整体。” 6 山东师范大学硕士学位论文 ( 4 ) f r a n zh u b e r 等从对象实现技术的角度给出了构件的定义： “构件由一个动态变化的对象集合组成，这些对象既可以在构件的内部也可 能是其接口的一部分。构件之间可以直接交互，也可以通过独立的对象进行胶合。” ( 5 ) m i c h a e l 等的定义： “构件代表一个自包含的实体，能够向其环境输出功能并可通过定义明确的 开放接口从环境输入功能” 综合以上定义。包含以下几个共同的因素：构件是一个功能单元；符合构件 模型( 或具有规范接口) ；允许不同构件开发商开发的构件进行组装，这些因素 体现了研究人员对构件如何促进软件产业化发展的新认识 二进制代码隐藏了构件内部的实现细节，通过接口与外界交互有利于降低构 件理解的难度，同时避免了由于内部修改而可能带来的影响 符合同一构件模型的要求是构件生产和组装的基础，构件接口是构件使用者 理解构件和构件组装的桥梁。 基于构件的软件开发希望软件具有可插拔性( p l u g & p l a y ) ，便于替换基于 构件的系统必须允许不同的开发商开发时可以相互组装构件，这有利于构件市场 的形成“ 2 1 2 构件的基本特征 从对构件定义的讨论中，可以看出构件应具备的几个基本特征“”： 1 复用( r e u s a b i l i t y ) ：复用是软件构件最基本的性质，只有可以被复用 的构件才有其存在的价值；同时为了提高软件系统的开发速度和质量，只有容易 被复用的构件才有其应用的需求。因此，复用应该具有可复用性和易复用性两层 含义。 2 封装( e n c a p s u l i z a b i l i t y ) ：构件封装可以对外界隐藏设计和实现细节。 仅通过接口对外界交换信息。以接口和接口定义语言为主要内容的构件交互机狲 实现了描述与实现的分离对于构件，封装应该满足构件内部的功能实现是紧密 耦合的，构件之间的关系是松耦合的，这可以保证构件功能复用的完整性和构件 开发及交付的独立性。 3 组装( c o m p o s i t a b i l i t y ) ：构件通过组装可以形成更大的实体，组装是实 7 山东师范大学硕士学位论文 施复用的手段。这一点与传统的复用技术有着显著的区别。 4 定制( c u s t o m m i z a b i l i t y ) ：定制是指构件在组装过程中随组装环境的不 同而做出自适应调整，其过程大致分为识别( i d e n t i f y ) 组装环境和做出相应的 调整，包括调整内部结构或外部接口的状态，完成与其它构件或应用框架的融合。 定制是构件组装必不可少的步骤。 5 自制性( a u t o n o m y ) ：构件必须能够独立分布和独立运行，它是内含识别 其属性、存取方法和事件等信息的黑盒。类似特征是构件独立性、构件的i 刍包含。 6 粗粒度( c o a r s e g r a n u l a r i t y ) ：构件应该代表一定商业服务功能，是企业 级应用系统的一个有效部件。 、 7 集成特征( i n t e g r a t i o n c h a r a c t e r ) ：在一定的软件体系结构( 环境或语 境) 下，将异构的软件构件无缝地结合起来，集成有动态绑定和静态组装。 8 接口连接机制：以契约性接口和外部环境相联接，接口是对构件外部特征 的唯一抽象。 一般地说，软件构件是一种软件单元，它实现了解决某一领域问题的一些功 能，并且用环境接口隐藏了这些功能的实现方法。术语“c o m p o n e n tw a r e ”描述 一组构件整合成的软件。虽然构件定义局限于软件，但是广义的说，应该包括开 发过程中产生的全部可复用人工制品，包括开发过程中产生的全部可复用的人工 制品，包括需求规格说明，设计说明，项目计划，测试计划，用户手册中的思想、 方法、经验等。 2 2 软件构件技术 2 2 1 构件技术的概述 9 0 年代软件开发技术的一个重要的进展就是构件化。这是由于现在的软件规 模越来越大，一个系统要完成的功能很多，因此软件复用和集成更加具有非同寻 常的意义。开发和使用可复用的构件是提高软件生产率、提高软件质量、降低开 发成本的现实有效的途径。基于可复用构件的开发技术己经成为当前软件开发技 术的主流。 构件技术是面向对象技术的一个发展。构件与对象最基本的不同是：一个对 8 山东师范大学硕士学位论文 象是源代码的一部分或者是一个规范，用来执行应用程序的一部分；而构件不仅 仅是一个规范，也不是一定需要编译才能使用的一都分代码，而是可实际运行的 软件模块“o 另外，构件与其它可复用软件模块的区别在于，构件既能在设计时 使用或修改，也可在执行时使用或修改。一个软构件能够有效地嵌入其他可以拿 来使用的功能模块，这就形成了一个需求庞大的软构件市场，可以从市场上购买 标准的“软件零部件”【1 2 】 构件独立于语言，面向应用程序，只规定构件的外在表现形式，而不关心其 实现方法它既可用面向对象编程语言实现，也可用非面向对象编程语言实现 只要遵循构件技术的规范，各个软件开发商就可以用自己方便的语言实现构件， 应用程序开发人员就有可能实现在计算机硬件领域早已经实现的梦想：挑选构件， 组合新的应用软件。打个比方，现在的软件工业的形势，就如同几十年前人们用 分离的电子管或晶体管搭建复杂电路一样。显然将一个一个的电子管或晶体管搭 建成一个实现某个功能的电路是比较耗时、耗力的，而利用集成芯片( i c 就能 快速组建一个功能相当复杂的电路板，同时其可靠性也大得多。软件构件在软件 生产中的作用就如同i c 一样这样的应用软件系统不再是一种固化的整体系统， 而是通过构件间相互提出请求和返回服务结果的系统工作机制来达到系统目标， 同时由于构件自身的灵活性所带来的由构件构造的整个应用系统的灵活性和对外 部扰动的较好的适应性。 软件构件技术主要研究内容包括： 构件模型：研究构件的本质特征及构件间的关系。 构件获取：有目的的构件生产和从已有系统中挖掘提取构件。 构件描述语言：以构件模型为基础，解决构件的精确描述、理解及组装问题 构件分类与检索：研究构件分类策略、组织模式及检索策略，建立构件库系 统，支持构件的有效管理 构件复合组装：在构件模型的基础上研究构件组装机制，包括源代码级的组 装和基于构件对象互操作性的运行级组装。 标准化：构件模型的标准化和构件库系统的标准化。 9 山东师范大学硕士学位论文 2 2 2 构件技术的研究现状 国内外研究现状与发展动态。 习前，采用软构件思想开发的软件产品相继出台，而主流是以美、日大公司 为首的产品。由于采用其思想的开发工具推出的时间还不长，因此，真正使用软 构件的用户还屈指可数。尽管软构件技术还存在着很多不成熟之处，但人们都相 信软构件带来的好处是不可估量的，它代表了新一代软件技术的发展方向。 我国软件业对构件技术的研究“”： l ，北京大学软件工程研究所 北京大学软件工程研究所是一个专注于软件工程及其相关领域的研究和实践 的学术机构，其前身是建立于1 9 8 3 年的软件工程教研室，1 9 9 9 年正式挂牌成为北 京大学的一个专业研究所。近年来，研究所在所长杨芙清院士的领导下，对软件 复用与软件构件技术进行了深入的研究。成果代表为青鸟工程，历经“七五”、 “八五”“九五”。青鸟工程在软件复用和构件技术领域成绩斐然。 2 、中国科学院软件研究所 中科院软件所软件工程技术研究中心，在首席研究员冯玉琳博士带领下，对 构件技术深入研究，硕果累累。其中作为知识创新工程的成果的信息化基础软件 核心平台是其代表。 3 、上海普元 酱元是国内最早推进面向构件技术的厂商之一，也是目前国内唯一一家提供 真正意义上的面向构件的互联网应用基础平台的专业化厂商。普元把崭新的互联 网相关技术与先进的构件复用技术以及可视化开发技术完美地结合起来，创造了 一套具有国际领先水平的面向构件的互联网的应用基础平台- - e o s 。 4 、互联网实验室 互联网实验室是我国著名的i t 研究机构，长期从事构件技术及软件产业的研 究，并于2 0 0 4 年1 月1 6 日发布了面向构件的互联网应用基础平台研究报告，是 目前国内较为详尽的关于构件技术研究的专业报告。 i o 山东师范大学硕士学位论文 2 3 构件模型 2 3 1 构件模型的概述 构件模型定义了构件的本质属性，规定了构件接口的结构以及构件与软件构 架、构件与构件之间的交互机制。构件模型通常还提供创建和实现构件的指导原 则c b d 工具可以识别和组装来自不同开发者的符合同_ 构件模型的构件一个被 所有构件生产者和构件复用者所接受的构件模型实际上起到了构件标准化的作 用在学术界和产业界已经出现了多种构件模型，其中3 c 模型是学术界普遍认同 的一个具有指导性作用的构件模型。该模型从概念( c o n c e p t ) 、内容( c o n t e n t ) 语 境( c o n t e x t ) 三个不同方面来描述构。 概念是关于。构件做什么”的抽象描述，可以通过概念去理解构件的功能 概念包括接口规约和语义描述两个部分。 内容是概念的具体实现，描述构件如何完成概念所刻画的功能 语境是构件和外围环境在概念级和内容级的关系。语境刻画梅件的应用环境， 为构件的选用和适应性修改提供指导 参照3 c 模型，构件可以看作是一个软件实体，它包含接口( 说明一组方法) 、 一个协议和一个协同构件身份认证列表构件的实现提供了在接口中所声明的方 法的实现其b n f 范式如下： c o m p o n e n t d e f i n i t i o n ：= c o m p o n e n tn a m e i n t e r f a c e i m p l e m e n t a t i o n i n t e r f a c e ：= i n t e r f a c en a m e p r o v i d e m e t h o d d e c l * r e q u i r e m e t h o d d e c l * p r o t o c o l d e f i n i t i o n c 0 n p o n e n t s t a t e 宰 m e t h o d d e c l ：= n a m e * p r o t o c 0 1 d e f i n t i o n ：= p r o t o c o l s t a t e d e f i n i t i o n 木 s t a t e d e f i n i t i o n ：s t a t e n a m e ：t r a n s i t i o n * s t a t e n a m e ：= ( i n t ) n a m e t r a n s i t i o n ：= c o m p o n e n t t e r m d i r e c t i o nn a m e n a m e 山东师范大学硕士学位论文 c o m p o n e n t t e r m ：= n a m eii d e n t i t y c o n s t r a i n t t e m i d e n t i t y c o n s t r a i n t t e r m ：= i d + ji d ! ji d ji d * d i r e c t i o n ：= + l c o m p o n e n t s t a t e ：= i d ：i d e n t i y l i s t i m p l e n m e n t a t i o n ：= m e t h o d d e f * m e t h o d d e f ：= n a m e ( p a r a c o n d i t i o n c o n d i t i o n ：= p r e c o n d i t i o n l p o s t c o n d i t i o n 2 3 2 主流实体构件模型介绍 构件要被复用，首先要解决构件的互操作问题，这同机械工业一样，解决互 操作就要将零件做成标准件，而做标准件的前提是要有行业规范。目前 d c o m c o m ( c o m p o n e n to b j e c t m o d e l ) 、e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n ) 和c o r b a ( c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 构件模型三足鼎立，构成了实现 级构件模型工业标准的竞争与互操作并存的格局。现有的构件模型一般认为构件 由构件接口( 对应于3 c 模型中的概念和概念级语境) 和构件内容两部分组成。构件 接口就是为成功复用该软件实体而需要提供给外界的所有信息，包括构件向外提 供和请求的服务、构件的自述信息和定制信息、构件的初始化、实例化和永久化 方法以及构件对目标复用环境的依赖和构件组装信息等构件内容就是用于直接 复用的软件实体，它可以具有源代码、二进制码、文档、分析设计模型和脚本等 不同的物理形态，并遵从一定的格式标准。 1 c o m ( d c o m ) m i c r o s o f t 公司于1 9 9 3 年提出了它的组件对象模型c o m ，它是一个可以创 建二进制构件、与平台无关、分布式的面向对象的系统模型，它使开发人员可以 利用其中的通信机制组装不同开发商提供的构件。c o m 是构成微软公司的 o l e ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ) 和a c t i v e x 技术以及其它一些技术的基础。 c o m 是个开放的构件互操作标准，有很强的扩充和扩展能力。c o m 规范包括c 例核 心、结构化存储、统一数据传输、智能命名和系统级的实现( c 0 m 库) 。c o m 核心 规定了构件对象与客户通过二进制接口标准进行交互的原则，结构化存储定义了 复合文档的存储格式以及创建文档的接口，统一数据传输约定了构件之间数据交 换的标准接口，智能命名给予对象一个系统可识别的唯一标识。d c o m 是微软公司 开发的分布式构件对象模