（系统工程专业论文）基于图划分理论的业务构件识别方法的研究与应用.pdf

摘要 摘要 随着信息化进程的逐步加深，企业需要灵活的信息系统构建体系来满足不断 变化的业务需求，最终增强企业参与市场竞争和国际合作的能力。基于构件的信 息系统成为满足这一要求的最佳选择，它可以通过组装构件的方式来适应企业业 务需求的灵活变化。 基于构件的信息系统的实施必须满足一个前提条件，那就是要有一个稳定的 构件模型。业务构件识别作为构件开发模型的首要步骤，在建模过程中起着相当 重要的作用。目前，理论界已有不少业务构件识别方法，但这些方法缺乏标准方 法学和应用实践的指导。基于对文献的研究和现实使用情况的调研，论文分析了 现有企业信息化过程中出现的信息系统“孤岛 问题对企业的影响，提出企业信 息化应该关注信息系统的整体应用。因此，论文在业务构件建模的基础上，通过 深入分析现有的业务构件识别方法的特点和问题，提出了一种基于图划分理论的 业务构件识别的新方法，希望有利于提高业务构件建模过程的精确性和实用性。 论文提出的业务构件识别方法围绕业务建模、语义抽象和识别算法三个方面 展开，不仅满足了业务构件之间高内聚、低耦合性质，而且在实现低复用成本的 同时还提高了业务构件的复用度和复用效率。在业务建模方面，论文采用组织动 态实质建模方法中“事务”的概念，综合利用领域分析、目标分解和“事务”三 种建模优势，实现业务构件的大粒度和通用性。在语义抽象方面，论文扩展了传 统的业务构件识别的关联度，划分了实体关联、过程关联和实体过程关联，将权 重图与业务构件进行转化，实现了业务构件内容的精确性。在识别算法方面，论 文继承了传统的基于聚类的识别方法，提出了适应度函数，运用遗传算法进行权 重图划分，实现了业务构件之间信息交互最小化，达到较低的业务构件复用成本。 论文的最后部分通过银行证券卡变更业务实例对提出的业务构件识别方法 进行仿真，并进一步对仿真结果做出分析和评价。仿真结果表明，论文提出的业 务构件识别方法在降低复用成本的同时，还提高了复用度和复用效率，具有一定 的实用性。 关键词：业务构件识别；图划分；银行业务仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hi n f o r m a t i z a t i o np r o c e s sa c c e l e r a t i n gi t sp a c e ，e n t e r p r i s en e e df l e x i b l e i n f o r m a t i o ns y s t e ma r c h i t e c t u r et os a t i s f yt h ec h a n g e a b l eb u s i n e s sd e m a n d ，f i n a l l y f u r t h e rt os t r e n g t ht h ea b i l i t yt op a r t i c i p a t ei ni n t e r n a t i o n a lc o o p e r a t i o na n dm a r k e t c o m p e t i t i o n c o m p o n e n t b a s e di n f o r m a t i o ns y s t e mc a nm a t c ht h ef l e x i b l ec h a n g e so f b u s i n e s sd e m a n di nt h ew a yt oa s s e m b l ec o m p o n e n t s ；i tb e c o m e st h eb e s tc h o i c ef o r e n t e r p r i s e t h es u c c e s s f u li m p l e m e n t a t i o no fc o m p o n e n t - b a s e d s y s t e mm u s t m e e ta p r e c o n d i t i o n t h a t h a v i n g as t a b l e c o m p o n e n tm o d e l b u s i n e s sc o m p o n e n t i d e n t i f i c a t i o ni st h ef i r s ts t e po fc o m p o n e n tm o d e l ，i tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e c u r r e n t l y , t h e r ea r em a n yi d e n t i f i c a t i o nm e t h o d so fb u s i n e s sc o m p o n e n t ，b u ta l l m e t h o d sa r el a c ko fg u i d a n c eo fs t a n d a r dm e t h o d o l o g ya n dp r a c t i c ea p p l i c a t i o n w i t h t h er e s e a r c ho fa b o v el i t e r a t u r ea n di n v e s t i g a t i o no fe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n ，t h i sp a p e r d i s c u s s e st h ep r o b l e mo f i n f o r m a t i o ni s o l a t i o ni s l a n d h a sb e e ni m p a c to ne n t e r p r i s e i n f o r m a t i z a t i o np r o c e s s ，a n dp o i n t st h a te n t e r p r i s ei n f o r m a t i z a t i o ns h o u l dp a ym o r e a t t e n t i o no nt h ew h q l ea p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o ns y s t e m s ot h r o u g ha n a l y s i so ft h e c h a r a c t e r sa n dp r o b l e m so fa v a i l a b l eb u s i n e s sc o m p o n e n ti d e n t i f i c a t i o no nb u s i n e s s c o m p o n e n tm o d e l i n g ，t h i sp a p e rp r o p o s e san e wm e t h o do fb u s i n e s sc o m p o n e n t i d e n t i f i c a t i o n 、析t l lg r a p hs e g m e n t a t i o ni no r d e rt oi m p r o v et h ee x a c t n e s sa n d a p p l i c a t i o no ft h ep r o c e s so fb u s i n e s sc o m p o n e n tm o d e l i n g i nt h i sp a p e rt h em e t h o do fb u s i n e s sc o m p o n e n ti d e n t i f i c a t i o ni sc e n t e r e do nt h r e e a s p e c t so fb u s i n e s sm o d e l i n g 、s e m a n t i ca b s t r a c t i o na n di d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h m t h e n e wi d e n t i f i c a t i o nm e t h o dn o to n l ys a t i s f i e st h eq u a l i t yo fh i g h e rc o h e s i o na n dl o w e r c o u p l i n gb e t w e e nb u s i n e s sc o m p o n e n t s ，r e s u l t i n gi n l o w e rr e u s ec o s t ，b u ta l s o i m p r o v e st h er e u s ed e g r e eo fb u s i n e s sc o m p o n e n t f o rt h eb u s i n e s sm o d e l i n g ，i ti s i n t r o d u c e dt h en o t i o no f “t r a c t i o n i nd y n a m i ce s s e n t i a lm o d e l i n go fo r g a n i z a t i o n ( d e m o ) i tt a k e sa d v a n t a g eo fm o d e l i n gb e n e f i t so fd o m a i na n a l y s i s ，o b j e c t i v e d e c o m p o s i t i o na n d t r a c t i o n ”t or e s u l t i nt h e q u a l i t yo fl a r g e - g r a n u l a r i t y a n d g e n e r a l - p u r p o s eo fb u s i n e s sc o m p o n e n t ；f o rs e m a n t i ca b s t r a c t i o n ，t h ec o n n e c t i o no f b u s i n e s se l e m e n t sa r ee x t e n d e dt o e n t i t yc o n n e c t i o n 、p r o c e s sc o n n e c t i o na n d e n t i t y - p r o c e s sc o n n e c t i o n , a n dt h ew e i g h t e dg r a p hi sc o n v e r t e di n t ob u s i n e s s i l a b s t r a e t c o m p o n e n t sr e s u l t i n gi na c c u r a c yo fc o n t e n to fb u s i n e s sc o m p o n e n t ；f o ri d e n t i f i c a t i o n a l g o r i t h m ，i tu s e sc l u s t e r i n gi d e n t i f i c a t i o nw i t hg e n e t i ca l g o r i t h m , p r o p o s e st h e e v a l u a t i o nf u n c t i o ni no r d e rt ol e s sc o m m u n i c a t i o ni n f o r m a t i o nb e t w e e nb u s i n e s s c o m p o n e n t sf o rl o w e rr e u s ec o s t 1 1 1 el a s ts e c t i o ni nt h i sp a p e r , w ea p p l i c a t et h eb u s i n e s sc o m p o n e n ti d e n t i f i c a t i o n m e t h o dp r o p o s e di nb a n k i n gb u s i n e s so ft h es e c u r i t i e sc a r dc h a n g e ，a n de v a l u a t et h e i n s t a n c eb u s i n e s sr e s u l t t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h e b u s i n e s sc o m p o n e n t i d e n t i f i c a t i o nm e t h o dp r o p o s e di nt h ep a p e rd o e si m p r o v et h er e u s ed e g r e ea n dr e d u c e t h er e u s ec o s to fb u s i n e s sc o m p o n e n t n en e wi d e n t i f i c a t i o nm e t h o dh a sp r a c t i c a l u s e k e yw o r d s ：b u s i n e s sc o m p o n e n ti d e n t i f i c a t i o n ；g r a p hs e g m e n t a t i o n ；b a n k i n g b u s i n e s ss i m u l a t i o n i i i 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。本人在 论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。 本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。 声明人( 签名) ；协蕊侈 渺年6 月l o l l 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大学有权保留 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电子版，有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅，有权将学位论文的 内容编入有关数据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的 学位论文在解密后适用本规定。 本学位论文属于 1 保密( ) ，在年解密后适用本授权书。 ， 2 不保密v ) ( 请在以上相应括号内打“ ) 作者签名 导师签名 日期：1 口8 年b 月 f9 日 日期：沙。万年月o 日 第l 章绪论 1 1 研究背景与意义 1 1 1 研究背景 第1 章绪论 近几年来，伴随着全球经济一体化进程的不断加快，网络技术和电子商务被 广泛应用，信息技术飞速发展，人类社会逐渐进入知识经济时代，企业所处的市 场环境发生了巨大的变化。这些变化迫使企业进行管理思想和管理模式上的改 变，以适应灵活多变的企业内外部环境，从而赢得市场竞争。 企业面临的主要挑战来自变化，而变化的表现形式是多方面的。在全球化市 场竞争的促动下，企业的业务具有不可避免的复杂性和多变性。企业信息化是企 业在现代信息革命中致胜的利器，但目前企业的信息技术和信息系统还不能跟上 灵活的业务需求变化的步伐，业务与技术隔阂仍然客观存在。业务的复杂性、多 变性以及业务与技术隔阂给信息系统的开发带来巨大的挑战。企业信息化建设主 要面临来自复杂多变的环境和客户要求的多样性两个方面的挑战。 ( 1 ) 复杂多变的环境 信息化建设将面临复杂和多变的环境，不仅包括客户的业务，也包括信息技 术本身，业务环境和技术环境都处于持续的变化当中。政治、经济、社会、市场 等多变的企业周边环境、企业业务的复杂多变、信息技术的飞速发展、管理模式 的日益创新等造成企业的信息系统必须能够随着企业业务的个性化做出快速调 整，这种快速调整成为企业竞争和发展的基本要求。 ( 2 ) 客户多变的要求 随着社会生产力水平的不断提高，市场已由过去的“卖方市场转向“买方 市场”，客户的选择范围不断扩大，使得他们对产品的期望值大为提高。客户不 再只满足于合理的价格，而是追求产品的个性化，客户的这种个性化需求，往往 导致多品种、小批量定单这种突发事件 2 1 。信息系统需要满足客户的更高要求， 这不仅要求信息系统能够降低客户服务成本，而且还必须为企业增加相应的收益 【3 】。信息系统应该全面、正确和迅速地实现管理者的管理和业务要求，并在业务 基于图划分理论的业务构件识别方法的研究与应用 持续完善的过程中实现快速调整。 以银行业为例，银行业作为推动全球经济发展的核心产业，它的市场竞争程 度领先于其它产业，同时银行业也是信息化实践最早、应用最充分的行业之一。 但是随着信息化程度的不断加深，银行的信息化建设也面临着问题。当前，银行 业务范围已经比十年前宽广了很多，而且还在不断拓展。银行业务的运作模式和 协作方式也呈多样化发展，市场的激烈竞争和不断增加的监管要求又促使银行管 理更精细化。随着业务竞争日益加剧，新产品、新系统的开发时间越来越短，灵 活度越来越强，这对银行后台的产品管理和服务都提出了更高的要求。 现有的信息系统所面临的挑战，主要是由于信息系统不能够紧密地跟随企业 业务过程的变化来满足用户的要求。如何在多变的业务需求条件下建设信息系统 成为企业信息化建设的关键问题。面对信息系统所面临的困境，产生了新的信息 系统开发模式基于构件的系统开发方法。基于构件的系统开发是一种新的开 发模式，它支持企业信息系统的重构，企业从业务需求出发，通过构件组装来构 架、简化和集成各类信息系统，提升信息系统开发、发布和维护的效率。 1 1 2 研究意义 企业在参与全球化市场竞争中，必须不断调整自己的竞争要素。研究表n 凋t 4 1 ， 企业项目失败的8 0 原因在于系统不能快速适应变化着的业务需求。可见，系统 快速响应变化的能力，即系统可重构性，在企业竞争中起着非常重要的作用。与 系统的稳定性、鲁棒性、精确性、快速性等性质一样，可重构性己成为信息系统 的智能特性之一【5 】，是衡量系统响应变化能力的重要指标，是信息系统具有生命 力的表现。 信息系统的开发是一个庞大的系统工程，它涉及组织的内部结构、管理模式、 生产加工、经营管理过程、数据的收集与处理过程、计算机软硬件系统的管理和 应用、软件系统的开发等各个方面，这就增大了开发一个信息系统的工程规模和 难度【6 栩。形形色色的变化给信息系统的开发带来很大的挑战，信息系统的开发必 须综合考虑企业的业务流程的组成及其变化，并与其开发方法结合起来。基于构 件的系统开发改变了传统的信息系统开发方式，通过业务处理的共性抽象化、标 准化并进行封装形成真正意义上的“即插即用”的业务构件，有效地解决了信息 2 第l 章绪论 系统的可重构问题。基于构件思想开发的系统，具有构件之间依赖性、相关度低 的特点，便于分解、组装，大大提高了系统的可维护性和可重构性，显著地减少 了信息系统开发的复杂度，避免了开发资源的极大浪费。业务构件技术是构件技 术的最新发展，不仅促进了软件生产工业化，减少业务技术隔阂，还可以用较小 的成本实现企业各部门商业价值链的增值，能够高效率地进行更为复杂的商业 活动【8 。9 】。业务构件可以很好地模拟业务过程，并将其平滑地转变成软件实现， 设计良好的业务构件可通过“即插即用 的方式随业务变化而灵活重组【l o 】。 目前，我国企业信息化建设与经济发展的要求还存在着很大的差距，传统的 开发方法很难满足高效率、低成本、个性化和柔性的要求，为了应对多变的企业 环境和业务发展的需要，基于构件的信息系统开发成为企业作出改变的最佳方 法，而适应业务流程柔性变化的构件模型的建立正是其关键所在。作为构件建模 的首要步骤，业务构件识别己成为业界研究的关键问题。构件的获取手段有多种。 目前市场上已经有大量源代码和目标码构件，但遗憾的是，具有更高复用价值的 分析设计构件以及面向特定应用领域，而不是计算机领域的业务构件还非常少 见。一些关注信息技术发展的国内外专家学者已经对业务构件的基础理论进行了 一定的探讨和研究【l l - 1 4 】，指出研究业务构件的积极意义和对企业信息化建设的促 进作用1 。1 7 1 ，并且对业务构件的构建方法进行了分析探讨陋2 6 1 。然而，当前对业 务构件的研究大部分着眼于理论层面，还没有形成统一的理论标准，尤其是在业 务构件识别的理论研究方面。在构件系统的实践应用方面，业务构件的识别作为 需求分析的一部分，国内大多数银行和少数企业目前仍处在探索阶段，并不成熟。 因此，论文在业务构件建模的基础上对业务构件识别方法进行研究，从理论 和实践两个角度对业务构件识别方法进行分析和改进，希望有助于提高企业信息 系统的质量、效率和对管理变化的适应性，为推动我国企业信息化建设的工程化、 产业化提供理论指导。 1 2 国内外研究现状与实践 1 2 1 国内外研究现状 由于互联网发展对计算机应用系统的深刻影响，以及信息化应用需求与软件 开发方式之间的矛盾，国内外软件企业开始了信息系统的构件化研究。构件技术 基于图划分理论的业务构件识别方法的研究与应用 源于软件工程中的软件重用和面向对象技术，早在1 9 6 8 年m c l l r o y 在大量生产 软件构件的中提出了“软件组装生产线的思想 。构件最大特点是可以不断复 用，可以显著降低成本，缩减开发周期。采用构件技术实现软件复用，对提高生 产效率，减少大量重复劳动，适应业务流程变化，实现业务需求都有重大意义。 构件代表了新一代软件技术的发展方向，各发达国家都十分重视构件的基础 研究和应用研究，但大部分研究和应用都针对于软件构件，没有涉及到与具体业 务的结合。目前，国外的一些科研机构和大型软件公司在软件构件模型及其规范 方面己取得很大进步，较有影响的软件构件模型主要有o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n t o r g a n i z a t i o n ，对象管理组织) 提出的c o b a c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ，通用对象请求代理体系结构) 模型、m i c r o s o f t 公司提出的 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，组件对象模型) 和d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t o b j e c tm o d e l ，分布式组件对象模型) 模型，s u n 公司提出的e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n ，企业级j a v ab e a n ) 模型。不过，这些模型仅局限于系统底层基础构件的描 述，没有形成构件化系统所需的可独立配置、适应业务需求的领域产品单元。随 着研究的深入，国外的研究从技术层面上升到基于构件的开发方法上。s a p 、 o r a c l e 等都己提出了开放式、构件化软件开发方法。例如，世界知名的e r p 厂商 s a p 公司，它的产品刚3r e l e a s e4 x 为金融，零售，公共设施等多个行业提供了 先进的业务系统解决，但它们没有给出具体可操作的业务构件划分和接口设计方 法，从而导致业务构件的设计过程只能依赖于个人的设计经验，无法保证业务构 件的质量。在国内，不少大学和科研机构对此进行了大量的研究。在理论上，北 京大学、清华大学、中科院软件所等单位对此类问题进行了大量的研究工作，发 表了不少有关的学术论文【2 7 】；在实际工程上，青鸟公司、中软公司等己在这方 面进行了有益的尝试。北大青鸟推出的电子资金清算系统采用构件化设计思想及 实现方法，充分运用通信中间件及交易处理平台的优势，符合金融电子化应用系 统发展方向，满足清算系统的业务需求。上海普元公司构造的“普元e o s 构件化 业务基础平台”由e o s 架构平台、基础构件、业务构件组成。但国内的这些研究 主要集中在系统的结构、开发框架、基础构件的应用机制与方法及一些特定的应 用实例上，并没有形成可以满足业务需求变化、实现业务构件灵活配置的系统需 求。 4 第l 章绪论 1 2 2 构件化系统开发在我国银行业中的应用 基于构件的系统开发认为企业的业务不再是一个个信息孤岛，而是可以通过 业务构件的封装实现业务灵活快捷的变化。这种开发方法在满足企业灵活多变的 业务需求的同时，还降低了信息系统的开发和维护的效率，在银行业中已经存在 很多的实践应用，并有效的解决了我国银行业信息化建设中的诸多问题。 在国外，瑞士信贷集团是全球最早成功实施构件化体系构架的客户之一。到 目前为止，瑞士信贷集团已经取得了令人瞩目的收益，在实现7 0 的服务重用的 同时，系统的总开发和集成成本下降了7 3 。我国在电信、企业、政府和金融行 业1 1 8 】都已经存在采用构件化思想进行系统开发的实践和应用案例。银行业作为 信息化建设的先驱和典型，面对激烈的市场竞争和多样化的业务运作模式，构件 化系统开发实践应用也是最充分的。中国银行江苏省分行于2 0 0 5 年初成立了改进 风险管理项目组，提出面向构件的系统开发，实现了每个岗位都是风险管理系统 的业务构件，从而能够满足系统业务流程根据业务需要快速进行调整的要求【2 9 1 。 中国建设银行通过面向构件的流程产品，采用标准的小颗粒构件构造流程级别的 标准服务构件，逐步构造流程银行1 3 0 j 。中国交通银行经过三年的实践，采用构 件化生产方式完成了十几个应用系统，包括人力资源系统、操作型客户关系管理 系统、资产风险管理系统、太平洋信用卡服务等管理信息系统，这些系统的改造 实现了交通银行高效、灵活的服务流程【3 1 1 。中国农业银行和兴业银行为了适应 业务需求的快速变化，分别在资金交易管理系统和【3 2 】的信用卡网银系统跚中采 用构件化的方法进行尝试性开发，并且也取得了定的成功。 1 3 研究内容与方法 在全球化市场竞争的促动下，企业的业务具有不可避免的复杂性及多变性。 信息技术作为企业实现竞争优势的关键工具，多变的业务通常转化为企业信息系 统的要求，这就使得企业的信息系统必须具有快速适应业务需求的能力，而基于 构件的信息系统可以快速实现需求重构，将成为未来企业级软件形态的主流。 构件系统成功的关键是要有一个稳定的构件开发模型，任何有缺陷的构件 都可能造成商用系统的隐患。业务构件识别作为构件开发模型的首要步骤，在建 基于图划分理论的业务构件识别方法的研究与应用 模过程中起着相当重要的作用，它直接决定了构件开发模型的质量，最终影响到 整个信息系统的实施。高质量的业务构件开发识别技术被认为是构件开发建模的 基础。而传统的业务构件识别方法通常侧重于业务构件识别的某一方面，比如注 重复用度而忽略了复用成本和效率等因素 3 4 - 3 5 】，注重复用成本而基本没考虑构件 的复用性问题【2 0 】【2 2 】【3 6 】，输入建模语言绝大多数采用u m l ，降低了业务构件的粒度， 从而造成业务构件的复用度不高【1 8 】【2 0 1 2 2 】【3 6 】【3 7 1 。论文希望提出一种新的业务构件 识别方法，使其保证识别出的业务构件不仅能够满足业务构件之间信息交互最小 化，即最低复用成本，同时还能够考虑语义抽象等其它复用性能指标，最大程度 的提高业务构件的复用度。 为了改进传统业务构件识别方法的弊端，保证识别出的业务构件的质量，论 文提出的业务构件的识别方法是在图划分方法的基础上采用定性和定量相结合 的方式来实现的。定性的方法是指业务分析建模部分，通过业务领域分析，建立 业务构件模型，提高业务建模的语义抽象度。定量的方法主要是指业务构件识别 的图划分算法的实现思想。主要思想是将抽取出的业务元素和业务元素之间的关 系模型化为权重图，按照高内聚低耦合的原则对权重图进行划分，生成代表业务 构件的最优图聚类集合，最终完成业务构件的识别。业务元素关系分为为静态关 联和动态关联两种，同时动态关联再次被划分为过程关联和实体过程关联，这样 做的结果进一步提高了构件的识别质量，降低了耦合度。最后，通过银行证券卡 业务变更实例对论文提出的业务构件识别方法进行应用仿真，并对识别结果进行 了性能指标的评价。 论文的研究逻辑框架见图1 1 。 图1 1 ：论文的研究逻辑框架 6 第1 章绪论 1 4 章节安排 论文的章节安排如下： 第1 章，绪论。提出本研究的背景、意义、构件化系统开发在国内外研究现 状和在我国银行业的应用实践，最后介绍了论文研究的内容和方法。 第2 章，业务构件开发方法。概述支持重构的信息系统开发方法，着重介绍 了业务构件开发方法，并提出该种方法相对与其它支持重构开发方法的优势。 第3 章，业务构件识别概述。首先提出业务构件识别的概念，并介绍了业务 构件建模过程，最后着重对业务构件识别方法进行综述。 第4 章，基于图划分理论的业务构件识别方法。介绍了基于图划分理论的业 务构件识别的主要思想，方法设计，并在业务构件识别过程的基础上详细介绍了 论文提出的业务构件识别方法的过程。 第5 章，建模。介绍了基于图划分理论的业务构件识别方法的建模过程、算 法实现和性能分析。 第6 章，业务构件识别方法在银行业务实例中的应用。通过银行证券卡变更 业务实例对论文提出的识别方法进行应用仿真，并进一步对仿真结果作出分析。 第7 章，总结与展望。总结了论文的研究方法，提出了论文研究方法存在的 一些不足之处，并据此对未来的研究方向作了探讨。 基于图划分理论的业务构件识别方法的研究与应用 第2 章业务构件开发方法 2 1 支持重构的开发方法概述 信息系统的开发方法主要是研究如何充分利用当代的系统分析和信息处理 技术，具体的开发出一个用于企业生产和经营管理活动的管理信息系统。目前有 关信息系统开发方法的研究成果很多，按照信息系统的开发方法的演化进程可以 表示为结构化开发方法一面向对象开发方法( o r i e n t e do b j e c td e v e l o p m e n t ， o o d ) 一分布式面向对象开发方法一基于构件的开发方法( c o m p o n e n t b a s e d d e v e l o p m e n t ，c b d ) 。其中，信息系统开发方法主要经历了两次变革性的飞跃： 传统软件工程向面向对象的软件工程( o r i e n t e do b j e c ts o f t w a r ee n g i n e e r ，o o s e ) 的飞跃；o o s e 向基于构件的软件工程( c o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r ， c b s e ) 的飞跃。 2 1 1 面向对象开发方法 软件工程的第一次飞跃，即传统软件工程向面向对象的软件工程的飞跃，促 进了结构化方法向o o d 的演化，从理论上解决了分析与设计之间的鸿沟问题。 面向对象方法通过利用对象的信息建模概念，如实体、关系、属性等，同时运用 封装、继承等机制来构造模拟现实系统。传统的结构化设计基本点是面向过程的， 系统被分解为若干个过程。而面向对象的方法是采用构造模型的观点，在系统开 发的过程中，各个步骤的共同目标是构造一个问题域的模型。结构化方法，在需 求分析中，采用的是以功能( 功能分解法) 或数据( 数据流法) 为中心的分析方法， 这些分析方法的共同缺点是：功能与数据分离，不能直接地映射问题域，往往会 造成对问题域的理解偏差，最终导致分析与设计之间的鸿沟。而o o d ，用对象 和类( 将功能与数据封装) 的观点来看待问题域，能够直接、自然地映射问题域， 经面向对象分析与设计得出的模型与现实世界只存在很小的语义差异。不仅如 此，在对需求变化的适应性以及支持软件重用等方面，o o d 都具有良好的表现。 面向对象技术有四个特征：抽象、封装、继承和多态性。 8 第2 章业务构件开发方法 抽象：旨在抽取对象的共同特性，忽略细节。抽象有不同的层次，例如，把 对象抽象类，把类层次关联抽象成类库。 封装：对象通过接口对外提供服务却隐藏其实现细节，其它对象可通过向该 对象发消息来获得服务，封装使得在修改对象的实现时不至于影响其它对象。 继承：允许一个对象向另一个对象传递自己的能力和行为。 多态性：在运行时通过匹配的接口，用一个对象去替代另一个对象的能力。 即给一组共享相同行为和属性的对象一个公用的描述。 o o d 方法主要通过类继承机制来支持软件复用，但继承多少破坏了封装， 而且类的重用程度不是很高，类与最终的实现系统之间存在很大的不同。多态使 得有着共同描述的对象实例可以用不同的动作响应相同的请求，这一点使应用程 序可以适应变化，使设计具有扩展性。 面向对象给出了软件系统的体系结构，引入了软件复用的思维方法，公认为 当前的发展主流，然而在实际应用时，还存在着一系列问题。目前面向对象能很 好应用的领域有限( 如v b 的界面设计，多媒体软件设计) ，真正用纯面向对象 技术来开发大型软件的并不多。其原因有：如何提炼对象类，采用面向对象的分 析是不可行的；由于对象无统一标准，因此还停留在程序员自己复用，很难共享， 更谈不上分布式情况下复用；纯面向对象要摒弃原有的许多技术等。产生上述问 题的根本原因是由于认知体系上的不完整，由此基于面向对象的构件软件应运而 生。 2 1 2 基于构件的开发方法 为了降低软件开发费用，提高软件复用性、提高软件的可适应性和可维护性， 基于构件的开发或基于构件的软件工程( c o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ， c b s e ) 出现了，这是软件工程的第二次飞跃，即由o o s e 向c b s e 的飞跃。 c b s e 是在一定构件模型的支持下，复用构件库中的一个或多个软件构件， 通过组合手段高效率、高质量地构造应用软件系统的过程【l 丌，是通过装配可重 用的软件构件的方法来构造应用程序。它包含了系统分析、构造、维护和扩展各 个方面，在这些方面都是以构件方法为核心的。c b d 的主要目标是通过集成构 件来开发系统、开发可复用的构件即通过定制和替换构件来维护和更新系统。 9 基于图划分理论的业务构件识别方法的研究与应用 c b d 要实现按单定做的分离原则，支持整合的构件框架，产品和过程必须可配 置、支持复用等功能，这就要求这种开发方法要满足降低耦合、提高内聚和控制 构件的粒度的目标。 c b s e 和传统的一切从头开始的软件开发过程有着实质性的不同，它要求 整个开发过程都适应于软件复用，业务构件从需求到部署整个开发生命周期都是 可复用的基本单元【l5 1 。图2 1 是基于构件的开发过程示意图。 一一一一一j一一一一一j - - 一一一一jl 一一一一一一一j 一一一一一一一l 一一一一一 图2 1 ：基于构件软件开发过程 资料来源：黄柳青，王满红：构件中国，2 0 0 6 年5 月。 基于构件开发方法以构件为中心组织整个开发过程，具体内容为： 需求阶段：捕获需求，识别业务构件，归纳业务构件需求。 分析与高层设计阶段：分析业务构件，识别服务构件，架构设计，归纳服务 构件需求。 并行开发与测试阶段：开发并测试业务构件和服务构件，应用系统。 提交、发布与部署阶段：提交服务构件、业务构件到构件库，发布应用系统， 部署应用系统。 管理阶段：对系统运行构件的管理和维护。 构件技术与面向对象技术紧密相关。构件和对象都是对现实世界的抽象描 述，通过接口封装了可复用的代码实现，不同的是，对象描述客观世界实体，构 件提供客观世界服务3 引。构件不一定按照面向对象的语言编写，任何一种可以 实现构件标准接口和所需功能的语言都可以用来编写构件。但由于面向对象语言 的特点，一般认为它是编写构件最自然而对语言。面向构件的技术扬弃了面向对 象技术的某些特点。多态性和继承性是面向对象技术的重要特点，但是对象之间 的继承可能造成系统间的级联现象，父类的改动会引起子类的改动，这些显然不 1 0 第2 章业务构件开发方法 适合于面向构件的技术。面向构件的技术更强调封装性，它希望程序修改导致的 影响严格的限制于构件内部。另外面向构件的方法涵盖面要广于面向对象方法。 面向构件的方法包括了系统分析，系统设计，建模，项目组织和构件的开发管理 等，而面向对象技术通常只包括了面向对象分析，面向对象设计，面向对象编程 三个方面。构件技术与面向对象技术主要的区别见表2 1 。 表2 - 1 ：构件技术与面向对象技术对比 构件技术 面向对象技术 思维层次组织系统 功能构件提供客观世界服务对象描述客观世界实体 编程语言不限面向对象的语言 复用手段继承合成 关注点 抽象、封装复用、组装 目标应用系统间更大范围的复用应用系统内更大范围的复用 涵盖范围广 窄 c b d 从o o d 发展而来，却能“脱胎换骨”。对比o o d 的三个阶段( 分析、 设计和实现) ，c b d 开发的三阶段：建模、构件构造和应用组装，的确体现了一 种变革的思想。o o d 得出的是单体系统，而c b d 的软件复用、行业分工及软件 工业化的思想，使得开发过程是演化和并发的，从而大大地提高了开发效率。 c b d 可用于构建快速地满足业务需求的低成本、优质、高效率、具有良好的扩 展性、可维护性和灵活性的系统。总之，c b d 这种全新的重用方法及全新的开 发模型，极大地提高了软件开发的可重用性、生产率及适应变化的能力。 2 2 业务构件开发方法 业务构件开发方法( b u s i n e s sc o m p o n e n td e v e l o p m e n t ，b c d ) 是基于构件 开发的一种主要方法，b c d 将管理业务与构件技术结合形成的业务构件来支持 c b d 思想的实现【39 1 。b c d 方法的研究包括四个方面的内容h o 】：业务构件的概念； 业务构件系统；业务构件的内部结构；业务构件系统的开发过程。 2 2 1 业务构件 为了理解业务构件的概念，首先要了解业务对象和构件的概念，因为业务构 基于图划分理论的业务构件识别方法的研究与应用 件是业务对象与构件概念的融合。 ( 1 ) 业务对象 o m g 给出的业务对象( b u s i n e s so b j e c t ) 定义是：业务对象是业务领域中某业 务的抽象，用于刻画业务处理过程中所涉及到的一切有意义的东西，包括静态实 体，及动态的事件与处理逻辑。业务对象至少包括业务名称、业务属性、行为、 关系、规则、政策和约束。例如，业务对象可能是一个人、地点、事件、业务过 程或业务概念。典型的业务对象的例子有雇员、产品、支付等。 ( 2 ) 构件 “构件” 一词来自传统行业，特别是建筑行业，但是构件理念目前已经应 运到各行各业。但在软件行业，随着构件技术的研究和实践活动，人们对软件构 件的定义也不尽相同。在欧洲“面向对象编程( e c o o p ) 会议上提出：“构件 是一个具有规范接口和明确上下文依赖的组装单元。构件能够被独立部署和被第 三方组装。l e m e n ss z y p e r s k i 给出的定义是：“构件是可单独生产、获取、部 署的二进制单元，它们之间是可以相互作用构成一个功能系统 4 1 1 。”d e s m o n d d s o u z a 和a l a n w i l l s 对软件构件的定义：“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，通过接口与其它构件组装成更 大的整体。”f r a n zh u b e r 等从对象实现角度给出了构件的定义：“构件是一个 动态变化的对象的集合组成，这些对象既可以是在构件内部也可以是接口的一部 分。构件之间可以之间交互，也可以通过独立的对象进行胶合。” 构件与通常意义上的对象不同，构件是一个黑盒。构件表现出的外部特征是 它能够提供的一系列服务。服务表示一种契约或承诺，即当某些前提条件被满足 时，该构件将保证实现某项功能或执行某个操作。构件与环境的交互是不可避免 的。构件可以从环境中获取它所需的服务，并为环境提供另一些服务。此外，构 件是具有状态的，在特定状态下，对一些服务的调用是合法的，而另一些服务 被禁止【4 2 1 。 综合以上的定义，可以得出，构件包含了以下几个特点：从物理角度看，构 件是一个可交付的软件单元；从功能角度看，构件提供一定的服务或功能，这些 功能集合到一起满足一定的软件需求，构件通过接口提供服务；从完整性角度看， 。如果没有特殊说明，本文中“构件”都是指“软件构件”。“构件”有时又称为“组件”，本文统一称 为构件。 1 2 第2 章业务构件开发方法 构件具有独立性，通过不同的复用构造不同的业务应用。 ( 3 ) 业务构件 根据w k o y a c y u s k i l 的定义，业务构件( b u s i n e s sc o m p o n e n t ) 是业务对象的软 件实现，表达了自治的业务概念；是自治的、可复用的信息系统的元素，可由若 干软件构件的合成，这些软件构件通过必要的表达、应用和部署在信息系统中达 到自治、可重利用【1 1 】。从这个定义可以看出，业务构件的概念是软件构件实施 之后的对应概念，它是软件构件的集合。如果业务对象是问题域的概念，业务构 件就是解域的概念，业务构件更侧重于实现，但二者并非是对应的关系【4 3 1 。 业务构件描述并实现了某个相对独立的业务功能模块。他描述的并非随便某 个业务概念，而是在问题空间内相对自治的概念。例如，“竞争对手信息管理 就可以作为独立的业务功能模块，也适合以业务构件的形式分割。而如果把“修 改竞争对手电话号码”作为一个业务构件，则不合适，因为这个粒度太小。业务 构件是一个单独业务概念的软件实现形式，它本身是一个大粒度的构件，它不仅 为整个开发周期提供了统一概念，也为分布式系统功能的封装提供了统一概念。 通过以上的描述，业务构件可以看作是自治业务概念或业务