（计算机应用技术专业论文）软构件系统的演化模型研究.pdf

摘要 软件复用是当前软件工程研究的重要问题之一，被认为是解决软件危机的有 效途径。近年来，面向对象的构件化软件技术蓬勃发展，国际上出现了像c o r b a c o m ，e j b 等构建构件系统的标准和技术，基于构件的软件开发( c b s d ) 也日益受 到重视。 本文对现有构件系统进行分析研究，在现有构件技术的基础上提出了基于分 层有向图的构件模型( l d g ) ，给出了该模型的设计方案。在此基础上，研究了 构件的演化过程，包括构件的建立，组装，升级和卸载。给出了该方案的服务模 型的设计，以及服务模型支持构件演化的方法。 最后对模型进行了验证。通过验证，我们可以看出，构件模型能很好的支持 构件的演化，能够解决软件开发过程中重用性，增量开发和需求变化等问题。 关键词：构件演化模型c b s ds o a a b s t r a c t s o f tr e u s a b i l i t yi so n eo ft h em o s ti m p o r ti s s u e s ，c o n c e r n i n gt op r e s e n ts o f t e n g i n e e r i n gr e s e a r c h ，w h i c hi sc o n s i d e r e dt ob ea l la p p r o a c ht os o l v et h es o f tc r i s i s r e c e n t l y , o b j e c t e do r i e n t e dc o m p o n e n ts o f t w a r et e c h n o l o g yb e c o m em o r ea n dm o r e p o p u l a ra n db o o m ，l o t so fc o m p o n e n ta r c h i t e c t u r ea n dt e c h n o l o g yh a v eb e e n p r o m o t e da n dd e v e l o p e d ，c o m p o n e n tb a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tb e c o m em o r ea n d m o r ea t t a c h e di m p o r t a n c et o a r t i c l ep l u n g ead e e pi n s i d ei n t ot h ec u r r e n tc o m p o n e n t s y s t e ma n dt e c h n o l o g y , g i v e nal a y e rd i r e c t e dg r a p h i cm o d e lo fc o m p o n e n ts y s t e m ( l d gm o d e l ) ，p r e s e n t t h ed e f i n i t i o n g i v e nac o m p l e t er e v i e wo ft h ee v o l v e m e n to ft h ec o m p o n e n ts y s t e m b a s e do nt h el d g m o d e l ，c o m p o n e n td e v e l o p i n g ，i n s t a l l i n g ，u p d a t i n ga n du n i n s t a l l i n g a r ei n c l u d e d t h es e r v i c em o d e lo f t h ec o m p o n e n ts y s t e mi sa l s ob e i n gr e s e a r c h e d ，a s w e l la st h ew a yh o ws e r v i c em o d e lc o n t r i b u t et ot h es y s t e me v o l v e m e n t v a l i d a t i n gw a sb e i n gg i v e nl a s t l y f r o mt h er e s u l to ft h ee x a m p l e ，w ec a l l c o n c l u d et h a tt h el d gm o d e lc a l l n i c e l y n o u r i s ht h e s y s t e me v o l v e m e n t ， c o n s e q u e n t l ye n h a n c e t h es o f t r e u s a b i l i t y , s u p p o r t t h ei n c r e m e n t a ls o f t w a r e d e v e l o p m e n ta n dm a k es o t t w a r em o r ef l e x i b i l i t y k e y w o r d s ：c o m p o n e n t e v o l v e m e n tm o d e lc b s ds o a i i 图表目录 表3 - 1 参考模型的数据项1 7 表3 - 2 版本范围举例2 4 表3 3i o c 模式的三种形式 3 3 图2 1e c l i p s e 平台体系结构9 图2 - 2e o s 平台体系结构l o 图2 - 3 层次模型1 2 图2 - 4f l p 模型1 3 图2 - 5 基于分层有向图的模型1 4 图3 - 1 构件打包格式1 5 图3 - 2 构件的部署过程1 8 图3 3 构件装载类的过程2 0 图3 - 4 构件的匹配过程一2 2 图3 - 5 构件状态变迁示意图2 5 图3 - 6 构件启动过程一2 6 图3 7 构件停止过程2 7 图3 - 8 构件更新过程2 8 图3 - 9 构件卸载过程2 9 图3 1 0e c l i p s e 的扩展模型示例3l 图3 - 11 服务注册模型示例 图4 - 1 基于构件的开发过程示意图 图4 - 2 配置文件d e m o p r o p e r t i e s 图4 3 启动界面 图4 - 4 增加h t t f 服务 图4 5 启动h t t p 服务 图4 - 6 启动h t t p 服务 图4 7 启动h t t f 客户构件 图4 8h t t ps h e l l 的响应， 图4 9 构件列表演示 图4 1 0 修改h 1 t ps h e l l 构件 图4 1 1 修改配置文件 图4 1 2h t t ps h e l l 构件的升级 图4 1 3 上传s h e l ls e r v i c e 构件包一 图4 1 4 构件的在线升级一 图4 一1 5 构件的在线升级完成 图4 1 6 升级前的列表信息， 固4 1 7 升级后的列表信息 图4 1 8 停止s h e l l t u i 构件一 图4 - 19 卸载s h e l lt 1 j i 构件 图4 2 0s h e l l t u i 构件卸载后的构件列表 图4 - 2 1 进入构件部署 图4 - 2 2 构件在线部署界面 图4 - 2 3 构件在线部署完成， v ”卯”如站勰拈弦加钉们北观鸵们姐舛盯 第1 章引言 1 1 选题目的和意义 第1 章引言 以计算机、软件和通信技术为主导的信息技术革命，深刻地改变着我们生活， 在这场革命中，信息技术已成为经济发展的关键因素。软件是信息的收集、处理 和服务是信息产业的核心内容，软件产业的发展是推动信息技术革命前进的主要 动力。 传统软件采用手工作坊式的软件开发方式，远远不能满足软件产业发展的需 要，由此引发了软件危机，具体的说，表现在： 1 软件开发成本高，软件生产者对软件开发成本不能预先准确地做出判 断，开发成本往往超出预算。 2 开发出来的软件不能很好地满足需求，需求变化常常引起软件产品的大 量修改，费时费力。 3 ，在软件开发周期的压力下，软件产品的质量不能得到保证。 4 每个软件产品开发出来以后，其可维护程度非常之低，常常是由于维护 成本过高，企业不得不选择丢弃原来的系统，重新开发，造成大量浪费。 随着软件产业的发展和计算机网络的普及，软件在规模、复杂度、功能上的 都有了极大增长，迫使软件要向异构协同工作、各层次上集成和易于重用的工业 化道路上前进。只有拥有先进的工程化、工业化生产技术和手段，才能提高软件 生产率和软件产品质量。 构件化集成希望生产的软件类似于硬件一样，可用不同的标准构件拼装而 成。具体地表现在：提供一种手段，使应用软件可用预先编好的、功能明确的产 品部件定制而成，并可用不同版本的部件实现应用的扩展和更新；利用模块化方 法，将复杂的难以维护的系统分解为互相独立、协同工作的部件，并努力使这些 部件可重用；突破时间、空间及不同硬件设备的限制，利用客户和软件之间统一 的接口实现跨平台的互操作。 软构件技术要解决的核心问题是从广泛的意义上，实现软件的各个部分之间 的透明协作，同时很好的支持软件的各个部分独立发展和演变。一套好的软构件 模型能很好的支撑软件的演化，以最小的代价实现软件的随需而变和最大限度的 成果共享。 成都理工大学硕士学位论文 1 2 国内外现状 1 9 6 8 年，北大西洋公约组织( n a t o ) 在西德召开了第一次软件工程会议， 分析了软件危机的局面，研究了问题的根源，第一次提出了用软件工程的方法来 设计软件，主要应用工程的方法和技术研究软件开发与维护的方法、工具和管理。 m c l l r o y 在会议上提出了“软件组装生产线”的思想。 随后国外出现了很多这方面的研究，如c a r n e g i em e l l o n 大学的软件研究院 ( s z i ) 对现货组件进行了教全面阐述 t r i c i a0 b e r n d o r f ，2 0 0 5 c a p tg a r yh a i n e s ， 2 0 0 5 1 ；a l l e n p a n f i s h 等人提出了一种构件概念模型，对构件的有效性和安全性进 行了阐述，给出了构件发布策略 a l l e np a r r i s h ，2 0 0 1 】；z a r e m s i k i 等人给出了构 件严格匹配的形式定义 z a r e m s i k i ，1 9 9 7 ；s a j j a dm a h m o o d a 等人对构件系统的各 个方面进行了阐述 s a j j a dm a h m o o d a ，2 0 0 5 ，对构件模型所面临的挑战，特别是构 建组装和构建安全性作了较为细致的阐述。 近年来，随着需求的增长，国内也出现了大量构件研究成果，如北京大学杨 芙清等人对软构件复用，特别对青鸟系统进行了详细具体的分析，阐述构件库管 理的各个方面晒芙清，梅宏，李克勤1 9 9 9 ；黄罡对构件系统的概念和构件模型进行 了全面探讨，给出t t t t 多有价值论述黄罡，2 0 0 4 ；在构件系统演化性方面，梅宏 等人阐述了构件实现体的动态加载及卸载、构件实例的状态迁移和请求缓冲控制 机制，对构件处于在无实例态、缓冲态、活动态、会话态、执行态分别分析构 件实例的状态迁移问题【王晓鹏，王千祥，梅宏，2 0 0 5 】；王映辉等人定义了构件和连 接件，使用数学的方法( 邻接矩阵与变换) 描述了体系结构演化的过程，对静态 和动态演化的波及效应进行了研究【王映辉，王立福，2 0 0 5 ；叶新林等人提出了采用 x a d l2 0 支持演化与重配置的实现机制，并结合基于c o m d c o m 的构件组装 工具给出了支持演化与重配置构架描述的实例叶新林，赵文耘，蒋韬，2 0 0 4 。 目前国内许多大工程、大项目都纷纷采用这项技术，如8 6 3 计划近一半的项 目、通信方面许多大项目的投标、金融行业的业务处理系统等，都在朝这个方向 走。上海构件库和北京公共软件构件库，是出现较早，发展较为成熟的两大构件 库，是推进中国软件构件化的先行军，它们的互联成功为国家构件库的建设迈出 了第一步。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。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 。 国外早就将构件技术应用到实践中去。美国国防部高级研究项目署建立了 “用于易修改的可靠系统的软件技术”项目，研究领域特定的、基于复用的软件 第l 章引言 工程技术，并建立了三个示范工程项目。美国空军电子系统中心与美国航空航天 局合作建立了“可复用防务软件的中央档案库”项目，以促进国防项目中的软件 复用。c o r b a 技术提供的解决方案是将遗留系统包装为构件，以o r b 为“软 总线”集成新老系统。由摩托罗拉发起的著名的“铱星工程”中，最终采用了 o r b 产品作为软件构件之间的互连框架。产品线技术和现货组件技术是构件系 统广泛采用的两种技术。 1 3 本文研究目标 从抽象程度来看，面向对象技术已达到了类级重用( 代码重用) ，它以类为封 装的单位，这样的重用粒度还太小，不足以解决异构互操作，达到效率更高的重 用。 软构件将抽象的程度提到一个更高的层次，它是对一组类的组合进行封装， 并代表完成一个或多个功能的特定服务，也为用户提供了多个接口。整个构件隐 藏了具体的实现，只用接口提供服务。这样，在不同层次上， 构件均可以将底 层的多个逻辑组合成高层次上的粒度更大的新构件，甚至直接封装到一个系统， 使模块的重用从代码级、对象级、模块级到系统级都可能实现，从而使软件像硬 件一样，能任人装配定制而成的梦想得以实现。 目前，各种软件公司正在开发各种中间件产品或领域构件，如f o r m 操作构 件、查询统计构件以及报表生成构件等等，这些领域构件针对特定的领域开发， 往往采用特定的模型实现，使用者往往需要花费大量的学习成本才能掌握和使用 它们。 作者通过对现有构件系统进行学习，分析和研究，在现有构件技术的基础上 提出了基于分层有向图的构件模型( l d g ) ，给出了该模型的设计方案。在此基 础上，阐述了构件的演化过程，包括构件如何建立，多种多样的构件如何组装到 系统中，构件在网络环境下的升级，以及构件卸载后系统的自动重构等等，并且 给出了该方案的服务模型的设计，以及服务模型支持构件演化的方法。 作者希望通过对构件系统的分析和研究，建立一种轻量级的，易于学习和实 现的，支持多种演化方式的，通用的软构件模型。由于水平有限，而构件模型又 是相对复杂的一种软件模型，该模型必然存在很多有待改进的地方，作者希望通 过本文为面向通用共享型软件产品的开发提供有益启发。 成都理工大学硕士学位论文 1 4 本文的结构 第一章，先对软构件系统产生的原因，构件技术发展的现状作了简要阐述， 提出了本文的研究目标。 第二章，对构件技术的相关概念进行了阐述，分析了构件技术的发展过程， 对当前主要的构件技术，如c o m 、c o r b a 和j 2 e e 进行了简要分析。然后针对 现有的两个比较典型的构件系统，阐述了他们的体系结构，参考他们的提出本文 研究的参考体系结构和系统模型。 第三章，在此基础上，提出了一种新的构件系统的详细定义，详细分析了它 的演化过程，包括静态模型、动态加载、动态组装和在线升级。阐述了构件之间 的交互方法服务模型。 第四章，通过一个参考系统，说明了软构件的开发方法，同时对模型进行了 验证。 结论部分对论文进行了总结，并提出了模型的若干改进方向。 4 第2 章构件技术介绍 2 1 构件的概念 第2 章构件技术介绍 构件技术在最初时更多是作为一种思想存在，进而才在一些关键的环节上发 展出解决阀题的技术分支。构件的存在某种程度上极大地依赖了构架技术，或者 说是环境、基础设旌、计算平台，只有在适当的构架中，软件才有可能被抽象和 隔离，最终成为构件。 根据构件系统的用途不同，可以将构件分为领域型构件，主要解决某一领域 问题；现货型构件，国外大量应用，国内渐成规模；共享型构件，有成型产品， 不够成熟，标准化不够。对他们的研究可以从不同层面进行，可分为：基于构件 的开发( c o m p o n e n t - b a s e dd e v e l o p m e n t ，简称c b d ) 和基于构件的软件工程 ( c o m p o n e m - b a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，简称c b s e ) 。 a l a n 等人在大规模基于构件的软件开发中描述了构件具有5 个要素 a l a n ， 2 0 0 3 。 1 规格说明。它建立在接口概念之上，构件要求有关于它所提供的服务的 抽象描述，以作为服务的客户方和提供方之间的契约。构件规格说明通 常不仅仅是简单地定义一系列可用的操作，它还描述了在特殊情况下对 构件所期望的行为，约束构件允许的状态，并且指导客户方与构件进行 相应的交互。在某些情况下这些描述可能使用了某种形式化符号，但大 多数情况下它们都是非形式化定义的。 2 一个或多个实现。构件必须被一个或多个实现所支持；这些实现必须符 合规格说职。然丽，规格说睨允许构件在内部操作上有很大的自由度。 在这些情况下实现者可以选择任何一种被认为是合适的实现方法。惟 一的限制是要满足在规格说明中定义的行为。在很多情况下，这个灵活 性还包括对于编程语言的选择。实际上，这个行为可能仅仅是某个现存 的系统或成品应用程序，它们被包装起来以使它们的行为符合在构件 标准中定义的规格说明。 3 受约束的构件标准。软件构件存在于一个定义好的环境中，或称为构件 模型，构件模型是一套支持软件的服务，加上为了使构件莉用这些服务 而必须遵守的一套规则，现有的构件模型包括m i c r o s o f t 的c o m + 、s u n 的j 2 e e 以及o m g 的c o r b a 构件标准，这些构件模型中的每一种都 成都理_ 大学硕七学位论文 解决了诸如一个构件怎样使其他构件可以获得它的服务、构件怎样被命 名以及怎样在运行时发现新构件和它们的服务这样的问题。此外企业级 构件系统的构件模型还提供额外的功能，这些功能包括做事务管理、持 久化和安全性等的标准方法。 4 包装方法，构件可以按不同的方式分组来提供一套可以替换的服务。这 个分组就称为包。一般地，从第三方获取构件的就是这些包，它们代表 了必须安装在系统中的功能单元，为了使这个包可以使用，在构件模型 中要有某种对包的注册机制。例如在m i c r o s o f t 外境中，这是通过一种 特殊的已安装构件的目录来实现的，这个目录称为注册表。 5 部署方法，一旦成品构件安装在运行环境中，它们就将被部署。这是通 过创建构件的可执行实例并且允许与它发生交互实现的。请注意，一个 构件可以部署很多实例，也可以只部署一个实例。每一个实例都是独立 的。例如在一台计算机上可能会有一个构件的两个独立的实例在运行， 它们处理不同种类的用户请求。 论文 王晓鹏，2 0 0 5 从构件特征的角度对构件的概念进行了描述，认为构件具 有即插即用、接口与实现分离、标准化以及市场化的特征。一般认为构件是独立 可部署的单元，可独立配置、严格封装、接口规范、具有自包容和被包容的特性， 可作为第三方的组装单元。这些特性意味着： 1 构件必须能够隔离应用构件与复杂得系统资源。构件在构件系统中运 行，此时系统称为构件容器，构件应该尽量依靠构件容器取得系统资源 和实际操作系统资源，以很好的实现共享和同步访问。 2 构件不但具有足够好的内聚性，封装自己的实现，还必须清晰说髓自己 的依赖条件和所提供的服务。一方面，构件要清楚地标明构件本身实现 过程中用到的外部资源；另方面，构件可以提供一定的服务，为其他 构件所利用。 3 而且，个构件必须不能有任何的( 外部的) 可见的状态，这要求构件不 能与自己的拷贝相区别，具有唯一性；构件之间的通信通过服务的发布 和使用进行，最大限度地降低构件之间的耦合。 构件作为软件系统的组成实体，在不同的系统中有不同的实现，其相应的定 义形式也不一样。从概念上讲，构件是一个可以独立封装、独立部署，并且在特 定的构件容器中独立运行的软件单位。 6 第2 章构件技术介绍 2 2 构件的技术规范 当前软构件系统主要有三种规范技术实现，包括o m g 的c o r b a 、m i c r o s o f t 的c o m 和s u n 的j 2 e e ，它们都实现了相应的产品，技术相对成熟，但也各有 利弊。 2 2 1o m g 的c o r b a c o r b a 分布计算技术是o m g 组织基于众多开放系统平台厂商提交的分布 对象互操作内容的基础上制定的公共对象请求代理体系规范。 c o r b a 标准主要分为3 个层次；对象请求代理、公共对象服务和公共设施。 最底层是对象请求代理o r b ，规定了分布对象的定义( 接口) 和语言映射，实现对 象间的通讯和互操作，是分布对象系统中的“软总线”；在o r b 之上定义了很多 公共服务，可以提供诸如并发服务、名字服务、事务( 交易) 服务、安全服务等各 种各样的服务；最上层的公共设施则定义了组件框架，提供可直接为业务对象使 用的服务，规定业务对象有效协作所需的协定规则。 c o r b a c c m ( c o r b ac o m p o n e n tm o d e l ) 技术是在c o r b a 规范2 3 版本基 础上结合e j b 规范发展起来的。c o r b a 的特点是大而全，互操作性和开放性非 常好。c o r b a 的缺点是庞大而复杂，并且技术和标准的更新相对较慢，c o r b a 规范从1 0 升级到2 0 所花的时间非常短，而再往上的版本的发布就相对十分缓 慢了。在具体的应用中使用不是很多。 2 2 2m ic r o s o f t 的c o m c o m 最初作为m i c r o s o f t 桌面系统的构件技术，主要为本地的o l e 应用服 务，但是随着m i c r o s o f t 服务器操作系统n t 和d c o m 的发布，c o m 通过底层 的远程支持，使得构件技术延伸到了分布应用领域。d c o m c o m c o m + 更将其 扩充为面向服务器端分布应用的业务逻辑中间件。通过c o m + 的相关服务设施， 如负载均衡、内存数据库、对象池、构件管理与配置等等，d c o m c o m c o m + 将c o m ，d c o m ，m t s 的功能有机地统一在一起，形成了一个概念清晰、功能强 大的构件应用体系结构。但是它的不足是依赖于m i c r o s o f t 的操作系统平台，因 而在其它开发系统平台( 如u n i x l i n u x ) 上不能发挥作用。 7 成都理工大学硕十学位论文 2 2 3s u n 的j 2 e e 为了推动基于j a v a 的服务器端应用开发，s u n 于是在1 9 9 9 年底推出了j a v a 2 技术及相关的j 2 e e 规范，j 2 e e 的目标是：提供平台无关的、可移植的、支持并 发访问和安全的，完全基于j a v a 的开发服务器端构件的标准。 在j 2 e e 中，s u n 给出了完整的基于j a v a 语言开发面向企业分布应用规范。 其中，在分布式互操作协议上，j 2 e e 同时支持r m i ，而且j a v a 应用程序具有“一 次编写，到处运行”的特性，使得j 2 e e 技术在分布式计算领域得到了快速发展。 j 2 e e 简化了构件可伸缩的、基于构件的应用的复杂度。j 2 e e 从推出之后，得到 了广泛的发展，已经成为应用服务器端的标准技术。s u ne j b 技术是在j a v ab e a n 本地构件基础上，发展的面向服务器端分布应用构件技术。它基于j a v a 语言， 提供了基于j a v a 字节代码的重用方式。e j b 给出了系统的服务器端分布构件规 范，这包括了构件、构件容器的接口规范以及构件打包、构件配置等标准规范内 容。e j b 技术的推出，使得用j a v a 基于构件方法开发服务器端分布式应用成为 可能。 2 2 4 比较分析 目前，针对上述的各种分布计算平台技术，都出现了相似且具有可比性的构 件产品。对于他们的比较，业界出现了很多论述，主要集中在集成性、可扩展性 和产品成熟度上。 作为产业界事实上的构件标准，j 2 e e 技术拥有广泛的支持厂商，众多成熟 的中间件产品，其成熟度毋庸置疑；j 2 e e 建立在j a v a 虚拟机之上，加上多年发 展，其跨平台特性是所有软件语言中最好的，它能够分布在不同机器平台和操作 系统上，构成一个统一的企业计算框架。用j 2 e e 开发企业应用程序时，由于 其一贯的开放特性，它的很多标准都向人们提供了众多选择，使得使用者可以根 据不同的需要选择适合自己实现方式。 因此，作者将以j 2 e e 为基础，但没有采用j 2 e e 中重量级的一些标准，如 e j b ，j n d i 等，来构建自己的构件模型。 第2 章构件技术介绍 2 3 软构件的体系结构 软件开发是典型的知识密集型活动，随着软件应用范围的快速扩大，以及软 件运行平台从单机向网络的转变，软件的规模越来越大，软件开发的成本高、周 期长、部署和升级困难日益突出，构件系统在一定程度上缓解了这些问题。 单独的构件与传统软件相比没有优势，软件构件技术集中体现了软件的构造 性。为了使软构件系统的结构更加规范，一般构件系统会定义构件的体系结构。 2 3 1e o ii p s e 平台体系结构 目前很多大型系统都采用了构件化的架构，特别是一些软件开发平台，采用 了构件化的架构已支持软件开发手段的不断更新。其中，最成功的应该是开源平 台e c l i p s e 。e c l i p s e 利用一个基本的核心启动，称为p l a t f o r mr u n f i m e ，在此基础 上加载平台的各个功能部分，包括操作界面，称为w o r k b e n c h ，用户工作区管理， 称为w o r k s p a c e ，加上其它软件开发平台必需的模块如帮助系统，团队开发支持 系统等等，整个系统采用扩展和扩展点组织起来，对外提供插件借1 2 1 ，通过动态 加载插件，实现系统功能的扩展。 因为其基础机制设计灵活，加上采用了很多先进的技术手段，如异步操作和 对象缓冲的大量采用，使整个系统的扩展性和性能都得到了极大的增强f e c l i p s e 管理委员会，2 0 0 6 。 e c l i p s e 的平台体系结构如下： 图2 1e c ii p s e 平台体系结构 成都理工大学硕士学位论文 2 3 2 e o s 平台体系结构 p r i m e t o ne o s 是上海普元信息技术有限责任公司自主研发的面向构件的中 间件，是基于j 2 e e 之上的面向构件的完整的互联网应用体系。p r i m e t o ne o s 产 品提供了对构件在定义、组装、发布、运行、管理、访问等多方面的全方位支持 和完善的服务，形成了一套完整的构件体系。包括e o s 运行管理环境( e o s s e r v e r & m a n a g e r ) ，提供对应用服务器的封装和管理；e o s 开发环境( e o s s t u d i o ) ，提供了一种集成开发环境；e o s 构件库( e o sc o m p o n e n t sl i b r a r y ) ； e o s 工作流( e o s w o r k f i o w ) ；e o s 可视化页面开发( e o s r i c h w e b ) g o g o ，2 0 0 6 。 p r i m e t o ne o s 以w e b 应用服务器为基础，在此之上，构建支持w e b 应用开 发的工具套件，包括通用组件、应用逻辑和业务建模等等，辅以安全控制机制、 单点登陆机制和动态部署机制。所有这些功能，普元提供了一个统一的开发平台， 使得如此复杂的构件可以在一个相对简单的，可视化的环境下进行，提高了开发 效率，降低了学习成本。 图2 - 2e o s 平台体系结构 以上两种体系结构都强调应用，是以应用为核心的平台体系统结构。这种结 构在解决某一领域或者某一方面的问题具有很好的效果。如e c l i p s e 作为集成开 发环境，特别是在j a v a 应用开发上取得了很大的成功，e o s 则作为通用型b s 应用的解决方案，效果明显。 1 0 第2 章构件技术介绍 2 3 3 简化了的体系结构 以上介绍了两种优秀的软构件系统采用的体系结构。但是，如果作为通用性 共享型软构件系统的体系结构，他们都相对复杂。作者分别在它们的基础上做过 开发工作，在利用e c l i p s e 开发构件时，我们需要学习它本身复杂的体系结构， 熟悉他的a p i ；在利用e o s 做w e b 应用开发，相对简单，但是要进行二次开发， 增加自己的构件时，我们还是要做大量工作。另外，由于他们采用的构件结构都 比较复杂，我们一般只能利用他们的开发平台本身才能较快地完成构件的开发； 并且它们设计复杂，在构建小型应用时，比如移动设备上的应用时，系统本身过 于庞大。 基于以上考虑，我们提出一种简化了的平台体系结构，作为本文的参考体系 结构。 图2 - 3 软构件系统体系结构 构件系统建立在虚拟系统之上，虚拟系统为构件运行提供基础服务支撑，包 括文件服务，通信服务，处理器资源和内存资源等等。 基础通信系统是构件系统的主要部分，提供构件的存储、服务的监听和处理、 构件之间的通信等功能。运行平台管理构件的整个生命周期，包括构件的启动、 初始化、运行、停止和卸载。 开发平台同运行平台配合工作，在系统运行时，为构件提供重新组装和升级 的能力。 交互设施是指运行于构件系统上具有对外通信能力的一些部件。 成都理工大学硕士学位论文 2 4 软构件模型 软构件系统由大量构件组合而成，软构件模型反映了构件和构件容器之间， 构件和构件之间以及构件和其他系统之间的进行交互，协同工作的方式。对于建 立一个通用的软构件系统来说，定义一个结构清楚、关系简单、功能完善的软构 件模型非常重要。 2 4 1 层次模型 袁占亭等人提出了用于构件库管理的层次模型，对构件库的结构进行了简单 定义，是一种较为初级的静态模型【袁占亭，张秋余，张冬冬，翟志万，李伟平，2 0 0 5 。 应用领一域库 2 4 2 网状模型 e c l i p s e 虽然没有明确提出它的构件模型，它建立在插件结构的基础上，每 个插件可以作为扩展，也可以作为扩展点，所以它实际上是一种基于构件节点的 网状模型。 网状模型的特点是功能强大，现有构件库为新加入的构件提供了很多扩展 点，新的构件可以方便地参与的系统中去；但是，网状模型完全是开放性的，每 个构件独立地处理属于他的扩展点，增加了开发的复杂度。 第2 章构件技术介绍 2 4 3 立体模型 黄罡在软件构件模型及其标准中提及了f l p 模型 黄罡，2 0 0 4 1 ，对构件模 型作了比较全面的定义。其中，层次( l e v e l ) 代表了构件生命周期中的不同阶 段；表示( p r e s e n t a t i o n ) 代表了构件的表现媒介；形态( f o r m ) 限定了构件的 存在形式。f l p 模型示意图如下： c k l 脚a * m t 醅鼬掣d 啦c o a 叫h 池4 一 图2 - 4f l p 模型 f l p 模型由两个二维的关系表组成，定义了构件在生命周期中的不同阶段应 该具有的构成要素和具体的表现形式，是一种立体模型。 2 4 4 分层有向图模型 各种软构件模型都有自己的特点，层次模型简单实用、网络模型功能强大， 立体模型则表现丰富。根据建立轻量级通用构件系统的需要，我们的模型应该包 括以下设计原则： i 扁平化，构建之间的关系不能过于复杂，学习曲线相对较短； 2 轻量级，系统应该适用于多种平台，不同硬件设备； 3 易扩展，能够利用计算机和网络的能力构件较大型的应用： 4 适应变化，尽量把需求更改控制在一个很小的范围里面 通过综合前面提到的模型，本文提出一种基于分层有向图的软构件模型，称 为l ( l a y e r ) d ( d i r e c t e d ) g ( g r a p h i c ) 模型。 成都理工大学硕士学位论文 图2 - 5 基于分层有向图的模型 整个模型分为三层，系统容器、服务层和构件网络层。 该模型具有以下特点： 1 分层，层次之间使用接口进行调用，分离了功能表示同功能实现的分离， 在接口不改变的情况下可以方便地替换和升级； 2 构件之间的联系是单一的依赖关系，这种依赖建立在动态重构的基础 上，可以支持运行期间的变化； 3 构件之间通过服务层进行交互，通过动态注册服务，获取服务，取得其 他构件的计算能力； 4 构件之间由依赖关系连接成一棵树，构成构件完整的应用空间，空间以 外部分的变化不影响构件应用。 下一章对模型的构件网络和服务层进行具体阐述，对构件系统的演化过程进 行详细分析。 1 4 第3 章软构件模型及其演化 第3 章软构件模型及其演化 这一章将阐述模型的实现具体设计，在此基础上，详细分析系统的演化过程， 以及系统内部构件之间如何通过注册和使用服务进行通信，即分析它的服务模 型。 在l d g 模型中，构件以一定的规格进行封装，构件容器负责加载构件、组 装构件，启动和维护构件的运行。构件容器启动后，自动加载配置文件中指定的 构件，运行它们，监听它们的请求，完成的加载新的构件、启动、停止、卸载等 任务。 3 1 构件封装 为了便于讨论，我们首先给出模型中构件的形式化定义。 定义1 构件由程序、配置文件和附加资源组成的三元组合，记为c o m = p ( a c k a g e ) ，m ( a n i f e s tf i l e ) ，r ( e s o r c e ) ) 。 p 是构件的程序实体，包括程序中引用到的必要资源，如图片，语言等等， 以j a r 包的形式存在，是构件运行期间加载程序资源的地方。 m 是构件存在的形式化描述，是构件系统匹配、装载、组装、使用构件的 依据。构件的各种特性通过配置文件体现出来。 r 是构件的可选的附加资源，包括源代码，帮助文档等等。 为了便于部署，构件采用标准的j a v aj a r 包格式进行打包 s u nm i c r o s y s t e m s ， 2 0 0 5 。其中，程序放在构件j a r 包的根文件夹( 称为构件的根路径) 下，即不同 的类文件放在与包相对应的路径文件夹中；配置文件放在根路径下的m e t a i n f 文件夹中，文件名称为m a n i f e s t m f ；附加资源放在a c c e s s o r i e s 文件夹中， 不对构件运行产生任何影响。 下面是一个简单的构件打包前的文件夹结构： 8 汝g i n p l e b u n d l e 幻a c c e s s o r i e s 瀚i e t a - i n f 涵o r g 涵g u o h u a 国s l m d l e h u n d l c 囝u t i l 图3 - i 构件打包格式 1 5 成都理工大学硕士学位论文 3 2 规格说明 在一个特定的构件环境中，构件必须要满足一定规范的规格说明，才能被构 件系统使用，为客户提供服务。 在l d g 模型中，我们定义的构件规格比较简单： 1 首先，构件要满足上面定义的构件封装格式； 2 其次要在构件的配置文件中对构件进行说明，包括构件自身的信息和此 构件与其它构件之间的联系，其中必须包含的有构件名称和构件启动类 的信息。 3 配置文件包含多项数据，每项数据由标题和内容组成，我们把每一项内 容称为一个数据项。一个数据项的标题必须唯一；数据项的内容可以有 多个部分组成，由逗号( ，) 分隔每一个部分；每个部分的内容可以附 加一些参数，由分号( ；) 分隔 s u n d e v e l o p e r n e t w o r k ，2 0 0 5 1 。一个数 据项可以简单定义成( 其中，括号表示可选，星号表示可重复) ： 标题：= 内容( ，内容) 内容：= 主体( ；参数) + 目前，根据构件模型的需要，我们在配置文件定义了以下数据项，包括描述 配置文件的配置文件版本；描述构件本身信息的构件名称、构件启动类、构件版 本、构件描述、构件升级路径；描述构件之间的依赖关系的引入的包，引出的包， 引入的构件等等。 随着模型的进一步完善，我们将有可能定义更多的数据项。 为了在设计上支持这种配置文件的数据项的变化，我们规定，新版本的配置 文件可以添加新的数据项，构建容器将忽略未知的数据项以及数据上的未知参 数。 构件的最重要的数据项是构件的启动类，它实现了下面这样一个接口： 伽】= i | l i c 娥嗡l 戮鬻蛹i ：l l 尊彝譬_ i _ i 孵b 醺；l 脯髀瀚舞貉函数 j 参灞凝嘲尊脚鲫麓蠢黼戮；灏嗡两簿躺辆二翻5 i ：j 蘸精i 越 蠹棚萄释的静缱戮数 p u b l 玲溪秘i ：j _ + i 确国蕊澳函瓣赫i 灏晦辆! 囊赫疆蘸麟毒赣辩黼； ) 启动函数是构件开始运行的入口函数，构件被装载后，构件容器会实例化构 件的启动类；如果容器收到启动这个构件的请求，就调用启动类的启动函数。 启动函数完成构件的初始化工作，比如读取必要的参数，启动一些服务，监 听一些服务等等。启动函数所做的工作必须是简洁，轻量级，非耗资源的工作， 以便构件容器能及时退出，以响应其它的请求。 b u n d l e c o n t e x t 是构件容器提供的一种数据结构。启动函数接收一个类型为 b u n d l e c o n t e x t 的参数，通过它调用构件容器的函数，完成必要的工作，它是构 件同容器进行交互的唯一通道。 停止函数定义构件停止工作前要做得的工作，在构件容器收到停止构件的请 求后被调用。停止函数一般完成与启动工作对应的清除资源占用的工作。 参考模型目前定义的主要数据项见下表。 表3 1 参考模型的数据项 标题说明 语法 m a n i f e s t v e r s i o n 配置文件版本，当前构件使用的配置文件 m a n i f c s t - v e r s i o n ：= v e r s i o n 的版本信息。 b u n d l e v e r s i o n 构件版本，当前构件的版本信息。 b u n d l e v e r s i o n ：= v e r s i o n b u n d l e n a n l e 构件名称，是构件唯一标识。 b u n d l e n a m e ：= n a m e b u n d l e - d e s c r i p t i o n构件描述，用简单可读性强的语句描述构b u n d l e d e s c r i p t i o n ：= 件实现的功能，为使用者选择和使用构件 d e s c r i p t i o n 提供参考 u p d a t