（计算机应用技术专业论文）web服务行为适配技术研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 面向服务的体系架构( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 作为一种新的分布式 软件系统架构，为互联网环境中服务共享、服务重用、业务集成提供了新的解决 方案，它能实现系统之间的松散耦合，从而提高软件组件的可重用性。w e b 服务 技术是实现s o a 的关键技术，然而w e b 服务的异构性、动态性、分布式和不断 演化的特点使得服务之间的协同交互变得异常复杂。因此，如何提高服务之间协 同的正确性和可靠性成为实施s o a 的关键问题。w 曲服务适配是解决这一问题 的可行方法，也是推动面向服务的软件架构应用与实施的关键技术。本文在分析 w e b 服务适配技术发展现状的基础上，围绕w e b 服务行为模型、w e b 服务行为失 配检测以及自动适配等问题展开研究，主要工作与贡献包括以下四方面： 1 1 提出了w e b 服务行为模型的形式化表达方法 研究能表达服务的过程流转、状态变迁、消息传递等动态行为属性的通用行 为模型，提出基于兀演算形式化表达的行为模型，利用兀演算提供的操作语义和 辅助工具对服务的交互行为进行严谨的分析和推导。 2 1 提出了w e b 服务行为交互的失配检测及其算法 基于通用的行为模型与形式化表达，设计了一套高效的失配检测机制，准确 扑捉失配点信息，并定制了合理的失配模式与分类规则，在检测出失配点之后， 基于失配类型能及时对失配模式进行识别，为适配提供诊断依据。 3 1 提出了w e b 服务交互的适配器生成及算法 依据失配检测的结果，本文还研究了在不同失配点和失配模式下适配器的行 为特征，在行为模型的形式化方法基础上研究适配器的生成规则，最后基于生成 规则和形式化推演，提出了适配器的自动生成及构造算法。 4 ) 设计了支持自动适配的w e b 服务组合原型系统 提出了支持自动适配的w e b 服务组合原型系统的体系架构，此架构从抽象层 面刻画了服务适配的过程，基于抽象的体系架构思想，开发了一个集服务流程建 模模块、服务组合验证模块、服务行为失配检测模块、服务行为适配模块以及服 务流程运行平台等功能于一体的w e b 服务组合原型系统。 关键词面向服务的体系架构( s o a ) ，w e b 服务适配，演算，失配检测，适配器 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e 嬲a ne m e r g i n gd i s t r i b u t e ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ， w h i c hm a k e ss o f t w a r ec o m p o n e n t sl o o s e l yc o u p l i n ga n ds o f t w a r er e u s ep o s s i b l e ，h a s c u r r e n t l yb e c o m et h ee f f e c t i v es o l u t i o nt ot h ep r o b l e mo fs e r v i c es h a r i n g , s e r v i c er e u s e a n db u s i n e s si n t e g r a t i o ni nt h ed i s t r i b u t e di n t e r a c te n v i r o n m e n t w e bs e r v i c ei s a d o p t e da st h ec r u c i a lt e c h n i q u et oa c h i e v es o a ，y e tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fw e bs e r v i c e l i k eh e t e r o g e n e o u s ，d y n a m i c ，d i s t r i b u t e da n dc o n s i s t e n t l ye v o l v i n gm a k ei n t e r a c t i o n s b e t w e e ns e r v i c e se x t r e m e l yc o m p l i c a t e d t h u s ，h o wt oi m p r o v et h ec o r r e c t n e s sa n d r o b u s t n e s so fi n t e r a c t i o n sb e t w e e ns e r v i c e sb e c o m e st h ec r u c i a lp r o b l e mt or e a l i z e s o a w e bs e r v i c ea d a p t a t i o ni sn e c e s s a r i l yr a i s e d 嬲t h ef e a s i b l es o l u t i o nt oh i tt h e p r o b l e ma sw e l la st h ec r u c i a lt e c h n i q u et op r o m o t et h er e a l i z a t i o na n dd e p l o y m e n to f s o a b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n td e v e l o p m e n to fw e bs e r v i c ea d a p t a t i o na n d t h ec h a l l e n g e sw h i c hh a v en o tb e e nt a r g e t e d ，w em a d ee f f o r t so nr e s e a r c h i n go nw e b s e r v i c eb e h a v i o r a lm o d e l i n g ，w e bs e r v i c eb e h a v i o r a lm i s m a t c ha n da u t o m a t e ds e r v i c e a d a p t a t i o n o u rm a j o rw o r ka n dc o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t , w ep r o p o s eau n i v e r s a ls e r v i c eb e h a v i o rm o d e l i ti sb a s e do np i - c a l c u l u s t od e s c r i b et h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fs e r v i c eb e h a v i o ri n c l u d i n gt h ef l o w i n g p r o c e s s ，t h es t a t et r a n s i t i o na n dt h em e s s a g e b ya d o p t i o no ft h eo p e r a t i o n a ls e m a n t i c s a n da s s i s t a n tt o o l so fp i - c a l c u l u s ，w ed e r i v ea n dv e r i f yt h ei n t e r a c t i n gb e h a v i o ro f s e r v i c e s s e c o n d ，w ep r o p o s eam e t h o d o l o g yo fm i s m a t c h e sd e t e c t i n g b a s e do nt h e f o r m a le x p r e s s i o no fs e r v i c eb e h a v i o r , w ed e s i g na ne f f i c i e n tm i s m a t c h e sd e t e c t i n g m e c h a n i s mt oc a t c ht h em i s m a t c hp o i n t s m i s m a t c hp a t t e r n sa r ec a t e g o r i z e di n t of i v e c o m m o nt y p e s m i s m a t c hp o i n ta n dm i s m a t c ht y p ea r ep r o v i d e da st h en e c e s s a r y i n f o r m a t i o nt os e r v i c ea d a p t e rg e n e r a t i o n t h i r d , w ep r o p o s ea na l g o r i t h mo fs e r v i c ea d a p t e rg e n e r a t i o n a c c o r d i n gt o t h em i s m a t c hp o i n td e t e c t i o na n dm i s m a t c ht y p e c a t e g o r i z a t i o n ，w eg e n e r a t e t h e f o r m a lb e h a v i o rm o d e l ，b a s e do nw h i c hs e r v i c ea d a p t e ri sf i n a l l yg e n e r a t e d l a s t , w ep r o p o s et h ea b s t r a c ta d a p t a t i o n o r i e n t e ds e r v i c ec o m p o s i t i o n a r c h i t e c t u r e t h el o g i cf r a m e w o r kc o n t a i n ss e v e r a lp a r t s ，i n c l u d i n gs e r v i c ef l o w d e s i g n e r , s e r v i c ec o m p o s i t i o nv e r i f i e r , s e r v i c eb e h a v i o r a lm i s m a t c hd e t e c t o r ，s e r v i c e a d a p t e ra n de x e c u t i o np l a t f o r m k e y w o r d ss e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，w e bs e r v i c ea d a p t a t i o n ，p i - c a l c u l u s ， m i s m a t c hd e t e c t ，a d a p t e r 浙江大学硕士学位论文 图目录 图目录 图1 1s o a 概念架构酬3 5 】7 图1 2w e b 服务体系结构8 图1 3 服务适配器10 图2 1 基于有限状态机表达的订单服务行为模型1 5 图2 2 基于p e t r i 网的订单服务行为模型1 5 图3 1 服务组合和协作协议栈 1 7 】2 2 图3 2 在线订购服务2 6 图3 3 用7 【演算中的通道表示的在线订购服务2 8 图4 1w e b 服务行为失配检测流程图3 2 图4 2 粗粒度消息失配类型3 4 图4 3 细粒度消息失配类型3 5 图4 4 消息异步失配类型3 6 图4 5 消息同步失配类型3 7 图4 6 消息序列失配类型3 8 图5 1 适配器生成流程图4 3 图5 2 粗粒度消息适配器c m a 4 4 图5 3 细粒度消息适配器一f m a 4 5 图5 4 消息异步适配器a m a 4 6 图5 5 消息同步适配器s m a 4 7 图5 6 消息序列失配适配器m s a 4 8 图6 1w e b 服务组合系统框架w s c f b a 5 0 图6 2w e b 服务行为适配子系统架构5 2 图6 3w e b 服务组合原型系统w s c p b a 体系架构5 4 图6 4 服务流程建模和验证工具客户端5 5 图6 5 服务行为适配子系统体系架构5 6 图6 6p u r c h a s e o r d e rw e b 服务5 7 图6 7h a n d l e o r d e rw r e b 服务一5 7 图6 8w 曲服务属性设定5 8 图6 9w 曲服务绑定5 8 图6 1 0 行为模型转换器s f ( s e r v i c ef o r m a l i z e r ) 5 9 图6 1 1 基于m w b 的w e b 服务行为兼容性验证6 0 图6 1 2 在适配器介入下的w e b 服务适配过程6 1 图6 1 3 服务流程运行平台体系架构6 2 i v 浙江大学硕士学位论文表目录 表目录 表2 1c c s 的5 种基本连接符16 表2 2 几种建模服务行为的形式化方法的比较1 7 表3 1 在线订购服务消息2 7 表3 2w e b 服务操作和7 【演算中的进程表达式对应表2 7 v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 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。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，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。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。 学位一：霹岔滕：沙分年移月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解澎婆盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权滥姿态堂 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和传播，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) 姗躲绛& 县 签字日期：睹石月弓日 导师签名： 签字日期：勿柝b 月弓 日 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 面向服务的体系架构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 作为一种新兴的分布 式软件架构，正成为当前解决软件系统构件化过程中长期存在的复杂度和相关度 问题的最新方法，实现企业应用系统“随需应变的新的分布式计算方式和软件 架构思想。随着w e b 服务技术和标准的不断发展和进一步成熟，w e b 服务无可争 议的成为实现s o a 的最佳服务表现形式。而w e b 服务的异构性、动态性、分布 式和不断演化的特点使得服务之间的协同交互变得异常复杂。因此，如何提高服 务之间协同的正确性和可靠性成为实施s o a 的关键问题。w e b 服务适配是解决 这一问题的可行方法，也是推动面向服务的软件架构应用与实施的关键技术。 1 1 研究背景 近几年，企业应用需求的快速发展带动了计算机技术的迅速发展，其直接结 果是产生了当前炙手可热的w e b 服务技术，如何合理地把w e b 服务应用到各类 企业的r r 系统和商业流程之中并给企业带来直接的经济效益，一直是备受国内外 企业管理者高度关注的课题。面向服务的体系架构( s o a ，s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ) 就是在此背景下出现的，被誉为下一代w 曲服务的基础框架，目前已 经成为计算机信息领域的一个新的发展方向。面向服务的计算技术s o c 和面向服 务的体系架构s o a 的兴起，成为解决软件系统构件化过程中长期存在的复杂度 和相关度问题的最新方法，实现企业应用系统“随需应变的新的分布式计算方 式和软件架构思想，必将对软件产业的发展和企业业务能力的进步产生革命性的 作用。 1 1 1 面向服务的计算与面向服务的体系结构 近几年，面向服务的计算技术s o c 和面向服务的体系架构s o a 的兴起，成 为解决软件系统构件化过程中长期存在的复杂度和相关度问题的最新方法，是分 布式系统构造方法和环境发展的一个新阶段，是实现企业应用系统“随需应变 的新的分布式计算方式和软件架构思想。面向服务的计算s o c 是以服务为基本的 抽象实体单元，通过服务组合技术快速构建分布式软件系统和企业应用的计算方 式【1 1 。服务作为实现s o c 的最核心的抽象概念，具备自描述、自包含、平台无 关、独立和可重用等特征，代表一段完整的业务单元，并且可以根据特定用户的 需求组装成为系统更大和功能更丰富的新服务。面向服务的体系架构s o a 则是 6 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 实现s o c 的基础逻辑架构，作为一种构件模型，它集成应用程序的不同功能单元 ( 称为服务) ，通过这些服务之间定义良好的独立于实现的硬件平台、操作系统 和编程语言的接口和契约联系起来，使得构建在这样的系统中的服务可以使用统 一和标准的方式进行通信，成为现阶段解决互联网环境中服务共享、服务重用和 业务集成的一种新的分布式软件系统架构，实现系统之间的松散耦合，从而提高 软件组件的可重用性。图1 1 显示了s o a 的概念架构图，其包含了应用程序层、 构件层、服务层以及由原子服务和组合服务构建而成的业务流程层。 麓匦。1 s c o n s u m e r 队 9 1 ) i 隧 冀麓麓纛糕一鬟各篓! 筹蔫蘸鬻 震鞠麟震豳嗵蓐嘲ll 粪羹 “。囊攀。二囊翻荔鍪雾圈鬻纂圈爹墓藜i 麓i 溪l 缓 戮蓊缀戮溯鬻缀戮黝缀燃缓戮缀戮溺獭绷黝缀黝黝黝戮缀戮黝戮缀g 囊缪， *4 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 代应用开发领域最重要的课题”，并预计在未来几年s o a 将成为占有绝对优势的 软件工程实践方法。因此，面向服务的计算s o c 和面向服务的软件架构s o a 作 为一种新的实现企业应用系统“随需应变”的松散耦合的分布式计算方式和软件 架构思想，受到越来越多工业界和学术界的关注，成为当前技术和学术两大领域 的研究焦点。 1 1 2w 曲服务技术 w e b 服务是一种基于网络的分布式的模块化组件，具备协议标准的规范性、 良好的封装性、松散耦合性和高度组装性，成为当前s o a 与s o c 所强调的服务 概念的一种具体实现形式。w e b 服务定义了如何在异构系统之间实现通信的标准 化方法，使得服务可以跨越运行平台和实现语言，是s o a 的技术基础。 w e b 服务支持一套标准的协议，w s d l 、u d d i 以及s o a p 是实现w e b 服 务体系结构的三个支撑协议标准。图1 2 展示了w e b 服务的体系结构。 s e r r e g i s t r yc e n t er d e r 图1 2w e b 服务体系结构 在w e b 服务的体系结构中，基于w s d l 的服务描述是解决底层平台和编程 语言相关性以实现w e b 服务体系结构松散耦合的协议标准；s o a p 是实现w e b 服务互操作性的消息传递规范：u d d i 规范定义了w e b 服务注册发布与发现的方 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 式，以动态发现和调用i n t c r n e t 上的服务。w e b 服务是基于w e b 服务提供者、w e b 服务请求者和w e b 服务中介者三个角色和发布、发现、互操作三个动作构建的。 w e b 服务提供者是w e b 服务的拥有者，为其他服务和用户提供自己的功能；w e b 服务请求者是w e b 服务的使用者，它利用s o a p 消息向w e b 服务提供者发送请 求以获得服务；w e b 服务中介者的作用是把一个w e b 服务请求者与合适的w e b 服务提供者联系在一起，充当管理者的角色，一般是u d d i 。 1 1 3w e b 服务适配技术 在面向服务的计算与面向服务的软件架构中，w e b 服务的异构性、动态性、 分布式、不断演化和良好的交互特性需要采用某种技术解决由各个不同组织开发 提供的服务之间的各种不匹配情况以实现正确的协作，适配技术正是为解决这一 问题而提出来的关键机制，是提高w e b 服务交互正确性和健壮性的重要利器。当 软件实体之间由于各种差异性，如接口不一致、采用协议不同、数据格式不同等 等而不能正确交互时，可以修改一个软件实体使其能够与另一个软件实体正确交 互，这种机制和方法即为适配。适配技术可以促进异质异构的软件实体间的正确 交互和协作，从而使得重用现有软件实体成为可能，实现复杂系统的高效开发， 提供大型系统的可扩展性和健壮性，进而缩短企业的开发周期，降低开发成本。 w e b 服务适配是指修改一个w e b 服务使其能够和另一个w e b 服务正确交互， 解决w e b 服务之间的功能性和非功能性失配和不兼容问题。在面向服务的计算环 境中，主要存在两种需要进行服务适配的情况。在第一种情形中，为了将w e b 服 务提供给用户，w e b 服务提供商实现某个业务过程并允许用户以外部规范 ( e x t e r n a ls p e c i f i c a t i o n ) 的形式调用该服务，外部规范指的是服务接口描述( 通常基 于w s d l ) 、行为描述( 服务接口描述的方法的调用顺序) 和其他非功能性属性 等。通常，外部规范不是由服务供应商决定而是由某个标准组织制定的，从而用 户可以通过统一的外部规范来使用不同服务提供商提供的业务功能相同的服务， 这种标准化在一定程度上简化了服务之间的交互操作。然而对于服务提供商来 说，不同的用户有可能是通过不同的外部规范来调用其服务，因此需要通过一个 服务适配层把各种不同的外部规范转换成真正能执行的服务规范，通过这种规 范，服务才能真正执行从而满足用户需求。在第二种情形中，w e b 服务提供商所 提供的服务是通过调用其他的服务( 第三方服务) 来实现的，外部的第三方服务 的版本变化将对组合服务产生严重的影响，有可能导致该服务提供商的服务也无 法工作。因此，服务提供商需要对组合服务进行适配使其能与新版本的被调用的 9 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 服务正确交互【2 7 】。图1 3 展示了一个实现服务替换功能的适配器例子。 i n t e r a c tp r o t o e o l 一，弋 一v 油 讲 图1 3 服务适配器 通过适配器的介入，在不改变用户与原有服务交互的协议尸的情况下，将外 部交互协议为尺的服务q 透明的替换成服务s ，适配器通过协议r 和服务q 进行 交互，从而实现透明的服务替换。 1 2 研究意义 如何保障w e b 服务之间的正确交互是构建和运行面向服务的系统架构的根 本，而w e b 服务适配技术为解决这一问题提供了可行的解决方案，能使得原本无 法正确协同的服务( 如因接口类型、数据格式或交互协议的不一致而造成协同失 败) 在服务适配器的介入下正确的完成协同工作，从而促进服务的重用和组装。 服务适配有助于缩短服务开发时间，减少系统故障时间，提供运行时系统升级的 支持，方便地集成第三方组件服务和异构环境，以及提供灵活的个性化服务。 服务适配技术的重要性以及其日益受学术界和工业界关注的重视程度，因 此，研究服务适配机制及其算法对进一步推动面向服务的计算技术的发展以及面 向服务的软件架构的应用和实施具有重要意义。总的来说，服务适配技术的研究 成果可以应用到以下这些领域： 1 ) 服务发现 服务发现是指根据用户对目标服务在功能和非功能上的需求以及约束，通过 1 0 一s r 一 一 多 一 峨 一 一 c 一 一 甜 一 一 - _ 磷 一 一 越 - 一 亚砭一 一 c _ _ 瑚 一 一 r - - e 一 一 t - _ n 一 一兰 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 服务发现方法从服务注册中心查找到满足用户需求和约束的服务集合，它是实现 服务重用的关键。如何在无法找到完全满足用户需求和约束的服务的情况下，为 用户提供可用的服务是提高服务发现效果的一个关键。此时，适配机制与算法可 对最接近用户需求的服务进行适配，使其成为用户的可用服务。 2 ) 服务合成 从任务规划的角度看，服务合成是将大型任务分解成若干子任务后，分别为 每一子任务寻找完成该任务的服务的过程。这些任务分别抽象为统一的接口、消 息和行为。适配机制与算法可用于解决抽象服务到实际服务映射的不一致问题。 从功能增值的角度来说，w e b 服务合成是企业将来源于不同单位的基本服务链接 起来为客户提供一个增值服务的过程。适配机制与算法可处理组合过程中服务调 用顺序、数据传递等失调问题。 3 ) 服务流程管理 新兴的面向服务体系结构正在加速软件的发展和变化，无法适应动态环境的 应用将逐渐失去作用，尤其对那些面临着需求频繁变更的业务流程管理系统而言 更是如此。而适配机制与算法可以实现业务流程从设计到运行不断地进行结构演 化和行为自适应，使得服务流程可以动态灵活地应变业务和环境变化。 4 ) 企业服务总线 企业服务总线作为企业信息技术内部分布式框架，提供了企业应用系统的连 接中枢。作为企业服务总线的重要组成部分，适配机制与算法能为其提供一个中 间的抽象层，解决异质异构系统之间的数据格式、接口类型、协议行为的透明转 换，方便企业应用系统的接入，从而实现业务系统间的互通互联。 1 3 研究内容 服务适配是实现服务正确交互与协作的关键技术，是推动面向服务的计算技 术的发展以及面向服务的软件架构的应用和实施的关键所在。服务适配主要包含 语法适配( s i g n a t u r ea d a p t a t i o n ) 、语义适配( s e m a n t i ca d a p t a t i o n ) 和行为适配 ( b e h a v i o r a la d a p t a t i o n ) 三方面内容，本文根据服务适配技术的发展趋势和面临的 挑战，在假定语法失配与语义失配已成功解决的情况下，围绕服务行为适配技术 中的关键内容展开研究，主要包括以下这些方面： 1 ) 研究服务的行为模型与形式化表达 研究能表达服务的过程流转、状态变迁、消息传递等动态行为属性的通用行 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 为模型，并通过形式化表达，能对服务的交互行为进行严谨的分析和推导。 2 1 ) 研究服务行为交互的失配检测及其算法 基于通用的行为模型与形式化表达，设计一套高效的失配检测机制，准确扑 捉失配点信息；定制合理的失配模式与分类规则，在检测出失配点之后，能及时 对失配模式进行识别，为适配提供诊断依据。 3 ) 研究服务行为交互的适配器生成及算法 依据失配检测的结果，研究在不同失配点和失配模式下适配器的行为特征； 基于行为模型的形式化方法，研究适配器的生成规则；基于生成规则和形式化推 演，研究适配器的自动构造及算法。 4 ) 研制支持自动适配的服务组合原型系统 研究支持自动适配的服务组合原型系统的体系架构；构建一个集服务流程建 模模块、服务组合验证模块、服务行为失配检测模块、服务行为适配模块以及服 务流程运行平台等功能于一体的w e b 服务组合原型系统；基于该原型系统展开服 务交互的自动适配的仿真模拟实验。 1 4 文章结构 本文共分七章，其内容如下所示： 第一章绪论介绍w e b 服务适配技术的研究背景与研究意义，以及本文的主 要研究内容和文章结构。 第二章国内外研究现状比较已有的描述服务行为模型的各形式化方法，并 从三个不同层次上的适配技术综述国内外的研究基础与现状，明确我们的工作重 点。 第三章基于兀演算的w e b 服务行为模型介绍演算的基本语法与操作语 义，如何采用演算表示w e b 服务以及服务行为，并通过例子演示兀演算与w e b 服务和服务行为之间的相互表示。 第四章w e b 服务行为失配检测针对常发生的失配情形进行分析归类，提 出五种失配类型，利用兀演算的自动推演能力验证服务行为的兼容性，并利用 演算的扩展规则推演检测服务行为失配点。 第五章w e b 服务适配器生成在前一章检测到的失配点与失配类型的基础 上，生成相应的适配器，提出w e b 服务适配器生成算法。 第六章支持服务行为失配的服务组合原型提出支持自动行为适配的服务组 1 2 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 合原型系统的体系框架，说明主要功能和组件模块，介绍基于该框架设计的原型 系统，并说明其中的几个关键模块的实现。 第七章结论与展望总结本文工作不足与欠缺点，提出将来的工作重点。 浙江大学硕士学位论文第2 章国内外研究现状 第2 章国内外研究现状 第一章简要概述了w e b 服务适配机制在面向服务的计算与面向服务的软件 架构中的重要地位，是实现服务重用和异质异构服务正确交互的关键技术，w e b 服务适配逐渐成为学术界的研究热点与研究焦点，针对本文以w e b 服务模型的形 式化表达、失配检测和适配器生成机制为研究内容，本章就国内外在这些方面的 相关研究工作进行综述，现有的研究成果是本文进一步研究的基础。 2 1w | e b 服务行为模型与形式化表达 随着w e b 服务技术的发展，w e b 服务模型从简单的接口模型，如基于w s d l 的服务模型，发展到越来越复杂的包含描述服务内部实现细节的行为模型，如 b p e l ，o w l s ，w s c i 等。而随着这些新型的w e b 服务模型的出现和发展，服 务除了包含静态的语法和语义信息外，还应该增加对服务内部控制流、数据流、 状态变迁等动态行为属性的描述，因此，包含服务内部逻辑流程的行为模型是准 确描述一个服务的关键和重点。如何有效建模和表达w e b 服务行为模型成为当前 众多关于服务计算研究的基础和关键。 服务行为模型与形式化表达方法为解决各类w e b 服务行为适配和提高适配 机制的适用性提供模型与理论基础，纵观国内外在这方面的研究文献，可以总结 得出，p e t r i 网、有限状态机和进程代数是目前采用最多的几种形式化方法，而 演算是近几年备受关注和逐步走向应用的一种新的形式化方法。下面将分小节介 绍这三种形式化方法。 2 1 1 有限状态机 有限状态机由一组状态和状态迁移函数组成，w e b 服务之间的交互操作是通 过消息传递实现的，因此采用有限状态机模拟服务交互的消息序列简单而直观。 如个状态迁移可以表示成如下形式： 一 ，其中d i r e c t i o n 可以为+ 表示接 受消息或一表示发送消息。通过一个简单的订单服务可以模拟基于有限状态机的 服务行为，如图2 1 所示： 1 4 浙江大学硕士学位论文 第2 章国内外研究现状 图2 1 基于有限状态机表达的订单服务行为模型 目前采用有限状态机表达服务行为模型的研究成果主要有y e l l i n 和s t r o m 6 1 ， c h o 7 1 及m a g e e 8 1 。 2 1 2p e t r i 网 p e t r i 网是1 9 6 0 年代由卡尔a 佩特里发明的，p e t r i 网是对离散并行系统的数 学表示，适合于描述异步的、并发的计算机系统模型。p e t r i 网可以应用在工作流 管理、工作流模式和协议验证等领域，而简单w e b 服务是组成业务流程的功能载 体和单元，组合的业务流程也可作为复杂的w e b 服务发布。采用p e t r i 网刻画服 务行为模型可以利用其严格的数学模型表达和直观的图形化描述对服务行为进 行建模。p e t r i 网是简单的过程模型，由库所( p l a e e ) 和变迁( t r a i l s i t i o n ) 两种节点， 及有向弧和令牌( t o k e n ) 组成的。库所通常表示被动因素如媒介、子状态、阶段或 条件；变迁通常表示主动因素如事件、操作、转换或传输等；令牌通常表示对象。 采用p e t r i 网表示上节引入的订单服务如图2 2 所示： c l i e n to r d e r c h e c ks t o r e d h a ss t o c kd e l i v e rw a l tf o rp a y t o k e n 图2 2 基于p e t r i 网的订单服务行为模型 目前采用p e t r i 网表达服务行为模型的研究成果主要有a m a r t e n s 4 】及 s n a r a y a n a n 1 0 1 。a m a r t e i l s 【4 1 首先采用p e t r i 网对服务行为进行建模，将由原子 服务组成的业务流程转化成一种特殊的p e t r i 网工作流f 因( w o r k f l o wn e t ) ，通过 将服务行为的兼容性验证转化成p e t r i 网的活性( 1 i v e n e s s ) 相关属性验证，利用支持 o 口 浙江大学硕士学位论文第2 章国内外研究现状 p e t r i 网的工具进行验证。 2 1 3 进程代数 近十年来，采用代数形式的建模方法对系统进行模型和性能评价受到越来越 多学者和系统分析者们的关注。进程代数是模型并发系统并对其结构和行为进行 推理的数学理论，是用来解决并发系统通信问题的代数方法，可以描述和分析并 发、异步、非确定和分布式等系统行为，应用于并发实时系统设计与分析、工作 流管理系统等领域。进程代数的思想是将系统抽象成某种元素，提供严格的语义 描述系统及行为，并以确定的语法规则来演算系统的动态行为。基本进程代数的 代表是t h ec a l c u l u so fc o m m u n i c a t i n gs y s t e m s ( c c s ) 、c o m m u n i c a t i n gs e q u e n t i a l p r o c c s s c s ( c s p ) 。 c c s 中的活动称为代理( a g e n t ) ，可以代表一个系统或者其组成部分。代理发 生的行为称为动作( a c t i o n ) ，经过某一动作之后代理从一个状态( s t a t e ) 变换到另一 个状态( s t a t e ) ，称为迁移( t r a n s i t i o n ) 。c c s 定义了5 种基本的连接符，分别是前缀 ( p r e f i x ) 、和( s u m m a t i o n ) 、组合( c o m p o s i t i o n ) 、限带1 ( r e s t r i c t i o n ) 和重命名 ( r e l a b e l l i n g ) 。表2 1 给出了它们的符号以及意义。通过代理、动作和连接符，c c s 就可以建立模型描述一个系统的行为。 表2 1c c s 的5 种基本连接符 名称符号表达式含义 前缀 和 组合 限制 + l | a p p + q p lq p 三 代理经过动作a 后继续执行代理p 在两个代理尸和q 之间选择一个执行 代理p 和q 可以相互独立的发生动作 代理p 的所有属于集合三的动作对外不 可见，三是动作集合 重命名p ( a b ，x y )代理p 中出现的a 用b 替换，x 用y 替换 进程代数的特性使其非常适合描述并发服务流程模型如b p e l 、w s c d l 、 w s c i 等，并可以对服务行为的兼容性进行定性验证。目前采用进程代数表达服 务行为模型的研究成果主要有【l l 】 1 2 1 1 3 】【1 4 】等。 2 1 4 尢演算 兀演算是由英国爱丁堡大学r o b i nm i l n e r 提出的以进程间的移动通信为研究 1 6 浙江大学硕士学位论文第2 章国内外研究现状 重点的并发理论，是一种简单但具有很强表达能力的语言，是对c c s 的发展，可 以用来描述结构不断变化的并发系统。兀演算是一种移动进程代数，其区别于传 统进程代数的最大特点是移动性，可用于对并发和动态变化的系统进行建模。目 前采用演算表达服务行为模型的研究成果主要有【1 5 】等。 兀演算在描述并发系统的交互行为上具有诱人的简单性，并且可以动态产生 新的通道，并且在已有的通道上传递，然后动态生成通道，其移动性( m o b i l i t y ) 使 其非常适合用来描述动态的服务行为模型。采用基于兀演算的描述的特点有：概 念简单且描述能力强，可通过简单环境复合出复杂环境，尤其是对移动计算这种 复杂的动态环境，可实现全局环境建模。本文将采用兀演算来建模服务行为模型。 关于兀演算的相关概念和如何利用兀演算建模服务行为模型将在第三章详细介 绍。 2 1 5 形式化方法比较 表2 2 几种建模服务行为的形式化方法的比较 对上述几种建模服务行为的形式化方法和其理论特点进行比较，可以给出一 个如表2 2 所示的直观的比较结果，进一步分析，我们可以得出如下这些结论： 1 ) 有限状态机( f i n i t es t a t em a c h i n e ， 的兼容性进行高效的验证，同时， 布式系统进行有效的表示。 f s m ) 的主要优点是其简单性，允许对协议 其简单性却极大的限制了对复杂开放的分 2 ) p e t r i 网适合于描述异步并发现象的系统模型，既有严格的数学定义，又是一 种可用图形表示的组合模型，具有直观、易懂和易用的优点。借助数学开发 的p e t r i 网的分析方法和技术可以用于静态的结构分析，也可以用于动态的行 为分析。p e t r i 网具有较强的流程行为模型的分析和评价能力。 3 ) 有限状态机和基于p e t r i 网的方法在服务行为的描述上采用图形方式较为直 1 7 浙江大学硕士学位论文第2 章国内外研究现状 观，但当服务行为和服务问的交互过程变得较为复杂时，这种图形刻画的方 式容易出现状态空间爆炸，其计算、验证和判定的复杂度也随即增加。 4 ) 因此，众多文献提出采用进程代数的形式化方法。进程代数是用来解决并发 系统通信问题的代数方法，可以描述和分析并发、异步、非确定和分布式等 系统行为。进程代数具有严密定义的形式化语义，能够将服务的行为与清晰 的操作语义联系起来，并且能对他们的属性进行自动验证。进程代数具有更 丰富的协议表示和描述，能对并发系统进行更复杂的分析并支持系统模拟， 但存在一个很大的缺点是其本身固有的复杂性。 兀演算与传统的进程代数c c s 不同的是其能够对基于构件的开放式系统中的 构件间的相关性和交互性进行建模，如局部和全局决策，动态创建新进程，网络 拓扑结构的动态重组。因此，采用冗演算对服务行为进行建模开始成为当前的研 究热点和研究焦点。 2 2 服务适配技术的研究现状 适配技术是增强软件协同正确性和健壮性的重要利器，它可以促进软件实体 间的正确交互，提高软件资产的重用，实现复杂系统的高效开发。目前，适配技 术的研究受到越来越多国内外学者的关注，研究成果也在程序设计、基于构件的 软件开发、流程管理、企业应用集成等领域得到应用。随着网络技术的发展，软 件的表现形式不断演化，国内外适配技术研究重点也随之发生变化。从基于构件 的软件开发中研究构件适配( 【1 6 】0 8 ) ，再到现今面向服务的软件架构中研究服务适 配( b 习) ，每一个研究阶段都涌现出大量研究成果，而这些成果，为本项目展开研 究提供很好的参考价值。鉴于构件和服务概念具备很多相通和相似的特性，且 w e b 服务可被视为一种新型的构件形式，因此本文对构件与服务的概念不作很细 的区分，构件和服务将在本文中交替使用。 服务适配成为近几年来备受关注的热点，研究成果层出不穷。通过归纳分析 与总结，现有研究成果主要从语法、语义和行为三个不同层次对服务适配问题进 行探讨，下面将分三小节介绍。 2 2 1 语法适配 从语法( s i g n a t u r e ) 层研究服务适配包含两个方面的内容：其一是解决服务在 接口名、参数名、参数类型、参数个数等不一致的情况下的失配问题；其二是研 究因服务的开发语言和运行环境的差异性而引发的失配问题。对于前者，比较成 1 8 浙江大学硕士学位论文第2 章国内外研究现状 熟的