（计算机软件与理论专业论文）基于web应用框架的平台相关模型及其映射规则.pdf

山东大学硕士学位论文 基于w e b 应用框架的平台相关模型及其映射规则 摘要 随着对w e b 应用开发效率及质量要求的不断提高，开发工作的 难度不断增加在w e b 应用开发过程中存在很多直接影响开发的 因素，主要包括开发平台及技术灵活多样，导航关系复杂，而且需 求的多变性要求应用系统具有良好的可扩充性及可维护性目前针 对以上问题已经提出了若干w e b 应用开发方法，在一定程度上提 高了系统的质量同时模型驱动架构( m d a ) 所倡导的提升应用 开发层次、代码自动生成的方法提高了开发效率并且增加了应用模 型复用程度 本文根据模型驱动架构的基本思想和理论，参考目前广泛使用 的各种开发方法及w e b 应用框架，抽取这些框架的公共特征，提 出了一种以系统任务为核心的平台相关模型框架( t o p s m 框架) 此框架包含静态模型、行为模型和界面模型的集合，并且具有良好 结构性与可扩充性同时本文提出了a u i p i m 平台无关模型到此 平台相关模型的映射规则。在t o p s m 框架的基础上按照此模型映 射规则，由平台无关模型得到平台相关模型该模型的建立为代码 自动生成提供平台相关信息支持并且使目标应用具有较高的可扩 充性及可维护性另外该模型支持w e b 应用界面模型信息的描述。 在完整表达应用信息的同时使w e b 应用的静态模型、行为模型、 界面模型分离，体现了应用的良好体系结构结构各种模型之间的 低耦合简化了模型到代码的转化算法，进而简化代码生成器的构 造 本文还提出了从平台无关模型到平台相关模型的转换方法本 方法采用了与本课题前期工作中以界面模型元素为线索不同的模 山东大学硕士学位论文 型转换方法，而是根据不同的层次按照静态模型、行为模型、界面 模型分别进行转换。使用平台无关模型信息填充平天相关模型框 架，使平台相关模型信息更适合特定运行框架下w e b 应用的自动 生成 本文同时给出了模型映射规则的形式化表达方式根据映射规 则将平台无关模型作为模型映射器的输入，将平台相关模型作为输 出，为应用代码的自动生成提供平台相关信息支持通过此形式化 表达方式，为使模型映射器与映射规则相分离、映射规则的可编辑 提供了基础。 本文为实现平台无关模型到平台相关模型的映射提供了一种方 法，改进了原有工作直接由平台无关模型到代码的映射方法。为今 后向更多不同平台下的目标转化提供了一种解决方案在开发过程 中体现了平台无关模型的可复用性特点，提高了应用开发的抽象层 次因此在一定程度上简化了w e b 应用的开发过程，减少了w e b 应用的开发成本同时保证目标应用具有良好的可维护性及可扩充 性 关键词：平台相关模型框架、基于w e b 应用框架的平台相关模型、 任务为核心的平台相关模型、模型映射规则、模型映射方法、代码 生成 山东大学硕士学位论文 w e ba p p l i c a t i o nf r a m e w o r kb a s e d p l a t f o r ms p e c i f i cm o d e la n di t sm a p p i n g r u l e s a b s t r a c t b e c a u s et h ew e ba p p l i c a t i o ni s r e q u e s t e dm o r ed e v e l o p m e n t e f f i c i e n c ya n dh i g h e rq u a l i t y ，t h ed e v e l o p m e n ti sh a r d e r t h e r ea r e m a n yc h a l l e n g e s i n d e v e l o p m e n tm e t h o d s u c h a s d e v e l o p m e n t p l a t f o r m a n dt e c h n o l o g ya r e v a r i a b l e ，n a v i g a t i o n a lr e l a t i o n s a r e c o m p l e xi nw e ba p p l i c a t i o n ，a n dt h ev a r i a b l er e q u i r e m e n t sr e s u l ti n t h es t r u c t u r eo fs y s t e mh a sm o r ee x t e n s i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y t h e r ea r em a n yw e b a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tm c t h o d o l o g i e st oc o p e w i t hs u c hq u e s t i o n s a n dt h em a i ni d e a o fm d at h a ti m p r o v et h e l e v e lo fd e v e l o p m e n ta n dc o d eg e n e r a t i o nm e t h o di m p r o v et h e d e v e l o p m e n te f f i c i e n c ya n dm o d e lr e u s a b i l i t y t h i sp a p e ri sb a s e do nt h em e t h o d o l o g yo fm d a ，a n di tr e f e r st o t h e w e l lu s e dw e ba p p l i c a t i o nf r a m e w o r k sa n dd e v e l o p m e n tm e t h o d i ta b s t r a c t st h ec o m m o np r o p e r t i e so ft h ef r a m e w o r k s ，t h e np r o v i d e d at a s ko r i e n t e dp s m ( p l a t f o r ms p e c i f i cm o d e l ) f r a m e w o r k ( t o - p s m f r a m e w o r k ) t h i sf r a m e w o r kh a sb e t t e rs t r u c t u r ea n de x t e n s i b i l i t y b a s e do ut h i sf r a m e w o r kt h i sp a p e rp r o v i d e st h em a p p i n gr u l e st o s u p p o r tm a p p i n gf r o ma u i p i mt ot o p s m t h et o - p s mp r o v i d e p l a t f o r ms p e c i f i ci n f o r m a t i o nt ot h ec o d eg e n e r a t i o na n dt h ew e b a p p l i c a t i o nw i l lh a v em o r ee x t e n s i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y t h i s t o - p s ma l s oh a st h ea b i l i t yt oe x p r e s st h ei n t e r f a c ei n f o r m a t i o no f w e ba p p l i c a t i o n b e c a u s eo ft h es e p a r a t i o no fs t a t i cm o d e l ，b e h a v i o r h i 山东大学硕士学位论文 m o d e la n di n t e r f a c em o d e ii nt h et o - p s m t h ea r c h i t e c t u r eo ft h e w e ba p p l i c a t i o ni sw e l lf o r m e d b e c a u s et h el o o s ec o u p l eo ft h e d i f f e r e n tm o d e l si np s m ，i tw i l ls i m p l i f yt h em e t h o do fm a p p i n gf r o m t o - p s mt oc o d e ，a n ds os i m p l i f yt h es t r u c t u r eo fc o d eg e n e r a t o r t h i sp a p e ra l s o p r o v i d e s t h em e t h o do ft h e m a p p i n gf r o m a u i - p i mt ot o - p s m t h i sm e t h o di sb a s e do nt h r e el e v e l si n c l u d i n g s t a t i cm o d e l b e h a v i o rm o d e la n di n t e r f a c em o d e l i ti sd i f f e r e n tf r o m p a s tw o r k st h a tt a k e si n t e r f a c em o d e le l e m e n ta sc l u e i tu s e st h e a u i p i mi n f o r m a t i o nt of i l li nt h et o p s mf r a m e w o r k a n dt h e t o - p s mi n f o r m a t i o ni sb e t t e rf i tw i t hc o d eg e n e r a t i o no fw e b a p p l i c a t i o ni nc e r t a i nr u n t i m ef r a m e w o r k a n dt h i s p a p e rp r o v i d e sf o r m a l i z e dd e s c r i p t i o n o ft h em o d e l m a p p i n gr u l e s a c c o r d i n gt ot h er u l e si tt a k e st h ea u i p i ma si n p u t a n dt a k e st h et o - p s ma s o u t p u t ，a n dp r o v i d e sp l a t f o r ms p e c i f i c i n f o r m a t i o nt ot h ec o d eg e n e r a t o r t h i sf o r m a l i z e dd e s c r i p t i o nc o u l d m a k eh e l pt ot h es e p a r a t i o no fm o d e lm a p p i n gf r o mm a p p i n gr u l e s ， a n dp r o v i d et h ea b i l i t yo fe d i t i n gt h ep r i n c i p l e t h i sp a p e rp r o v i d e sam e t h o dt h a tc a nm a pf r o mp i mt op s m i t i m p r o v e st h em e t h o dt h a tm a p sf r o mp i mt oc o d ed i r e c t l yi np a s t w o r k s a n di tt a k e sf o n tar e s o l u t i o no fm a p p i n gf r o mo n ep i mt o s e v e r a lp s m s t h i sr e s o l u t i o ni n c a r n a t e st h er e u s a b i l i t yo fp i ma n d a b s t r a c tt h ed e v e l o p m e n tl e v e l s oi tw i l ls i m p l i f yt h ed e v e l o p m e n t p r o g r e s s o fw e ba p p l i c a t i o ni ns o m e w a y a n dc u to f ft h e d e v e l o p m e n t c o s t i t a l s ow i l l p r o v i d em a i n t a i n a b j l j t y a n d e x t e n s i b i l i t yo ft h ew e ba p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：p l a t f o r ms p e c i f i cm o d e lf r a m e w o r k ，w e ba p p l i c a t i o n f r a m e w o r kb a s e dp s m ，t a s ko r i e n t e dp s m ，m o d e lm a p p i n gr u l e s ， m o d e lm a p p i n gm e t h o d ，c o d eg e n e r a t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：j 鞋日 期：墨! ! 兰：生， 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鞋导师签名： 日期；! ：! 山东大学硕士学位论文 1 引言 1 1问题提出的背景 随着网络技术的飞速发展，w e b 应用逐渐成为企业信息系统 重要组成部分建立w e b 应用的过程中主要存在以下几个难点： 第一，运行平台和开发平台多样、技术复杂多变，给开发和维护工 作造成困难第二，w e b 应用需求的多变性要求开发中充分考虑 应用的可扩充性第三，界面之间的导航关系复杂第四，代码书 写量大，难以保证正确性和开发效率由于以上等原因，造成开发 w e b 应用工作量大、复杂而琐碎针对以上问题目前提出了模型 驱动开发( m d a ) 【l j 理论支持的代码自动生成的方法该方法在一 定程度上解决了上述部分问题，但是如何保证基于模型自动生成的 w e b 应用的正确性，并使其具有良好的可靠性和可维护性，则提 出了更高的要求 模型驱动开发过程中不仅应当实现模型到应用代码转换的自 动化，而且还应使目标应用满足较高的非功能性需求，因此必然要 求有良好的模型支持目前提出的具有代表性的w e b 应用设计模 型和方法有o o h d m1 2 j f 射、r m m1 4 1 、w w m 5 1 等其主要思想是将 w e b 应用模型分为概念模型、导航模型以及表示模型三个部分， 使应用逻辑与具体界面形式分离这在一定程度上保证了w e b 应 用模型良好的体系结构，但是这些模型大都属于概念层次上的，其 方法也缺乏必要的形式化约束，难以实施操作因此不适子工程化 的代码自动生成 模型驱动开发的基本思想在于提高软件开发的抽象层次，实现 模型层面上的重用，以及软件工程的自动化。基于这一思想，开发 人员可根据模型自动生成不同平台下应用系统，而不必关心平台相 关的技术细节目前代码自动生成方面的研究也取得一定的进展， 山东大学硕士学位论文 提出了各种模型向代码转换的方法。但是大部分方法是单纯以减少 手工编写工作量为目的的，没有从系统体系结构考虑闯题，因此生 成的目标是简单的、局部性代码片段。 针对以上提出的问题，本文借鉴o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n t g r o u p ) 制定的模型驱动体系结构m d a 的基本思想和理论，提出 了基于j 2 e e1 6 】平台w e b 应用框架的平台相关模型t o p s m ( t a s k o r i e n t e dp l a t f o r ms p e c i f i cm o d e l ) 框架。同时提出了平台无关模型 a u i p i m ( p l a t f o r mi u d e p e n d e n tm o d e l ) 到t o p s m 的转换规则。 为模型驱动的w e b 应用代码自动生成提供支持 1 2 本文的研究内容 针对目前w e b 应用开发方法以及应用代码自动生成的研究， 本文重点关注于模型驱动开发中平台相关模型的建立以及平台无 关模型到平台相关模型转换的研究本文的研究内容主要分为三个 部分 第一，建立基予j 2 e e 的w e b 应用框架的p s m 框架根据目 前广泛使用的j 2 e e 平台下w e b 应用框架，归纳、总结并抽取其共 同特征，建立t o p s m 框架作为模型转换的基础。同时在该框架的 支持下建立t o p s m 目标模型 第二，建立a u i ( a b s t r a c tu s e ri n t e r f a c e ) 1 7 1 平台无关模型到 t o p s m 的转换规则即如何从a u i p i m 中抽取特定信息填充 t o p s m 框架，并转换为t o p s m ，为代码生成提供平台相关支持 第三，给出a u i p i m 到t o p s m 转换规则的形式化描述同 时完成模型问转换的自动化实现，即完成模型映射器的构造。 1 3 本文的研究基础 本文是整个模型驱动的w e b 应用代码自动生成课题的一部 分，其它部分研究工作为本文提供了a u i 模型，作为p i m 到t o p s m 映射的源端同时a u i w e b 系统运行框架则提供了从t o - p s m 到 山东大学硕士学位论文 代码映射的目标端。 1 4 本文的意义和创新 本文的意义和创新性在于： ( 1 ) 总结了目前广泛使用的j 2 e e 平台下w e b 应用框架共同 特性，提出了基于这些特征的w e b 应用平台相关模型框架该框 架由静态模型、行为模型和界面模型三部分组成充分体现了w e b 应用控制、模型及视图相分离的原则，保证了生成目标应用代码架 构的可靠性与可维护性 ( 2 ) 采用以任务为核心的组织模型结构，针对w e b 应用所 特有的导航关系复杂的问题，清晰定义了系统的任务处理及导航关 联。 ( 3 ) 将用户界面信息融入到所建立的平台相关模型框架中， 为界面代码的自动生成提供了支持，进一步减少了w e b 应用开发 工作量同时这也是与其他平台相关模型的重要区别之一 ( 4 ) 提出a u i p i m 到t o p s m 的映射规则，同时给出了形式 化表示方法映射规则反映的是两种模型之间的对应关系，为模型 问的映射提供依据和约束条件而形式化表示则为实现规则与映射 器相分离、规则可编辑奠定了基础。 。 ( 5 ) 在模型映射转换过程中，采用一种基于平台无关模型信 息抽取的转换方法即在目标p s m 框架确定的情况下，使用平台 无关模型信息填充该框架，生成平台相关模型，使得模型转换目的 性明确，并且在一定程度上消除了p i m 中信息冗余同时在实现 代码生成的过程中，为代码生成器的构造提供了平台相关信息支 持，提高了代码生成的自动化程度以及目标应用的可扩充性 1 5 本文的组织结构 本文整体分为八部分，第一部分引言，介绍问题的背景、主要 研究内容以及创新点；第二部分就本文研究的内容进行文献综述； 3 山东大学硕士学位论文 第三部分介绍本文使用的平台无关模型a u i p 1 m ；第四部分分析并 研究了当前目标w e b 应用框架的相似特点，简要介绍了a u i w e b 目标应用框架；第五部分提出并阐述t o - p s m 框架，并详细介绍其 模型构成；第六部分提出a u i p i m 到t o - p s m 的映射规则，并且 给出其形式化定义；第七部分列举实例说明模型映射的过程第八 部分为全文的总结 2 国内外相关研究现状 2 1 代码自动生成的研究 2 1 1 代码自动生成概况 代码自动生成的研究已经经历了一段时间起初，这一思想提 出的主要原因是应用系统的规模越来越大，其中存在大量的重复性 代码模块，使得编写与维护的工作量很大但是随着软件体系结构 与设计模式1 8 l 的研究与发展，以及它们在应用系统开发中所发挥的 作用，在一定程度上减少了设计开发中重复代码过多这一问题的影 响 随着软件工程的进一步发展，对软件开发提出了更高的要求 目前软件开发平台多样，应用软件系统需求变化性强因此，近年 来出现了对模型驱动架构( m d a ) 的研究，提出了模型化系统设计， 以提高软件开发抽象层次以及代码自动生成的工程实现。 传统意义上的代码生成，首先识别应用源代码中经常出现的重 复性代码，然后自动生成这些重复部分来代替手工编写的目标代码 p 】。所谓目标代码，是指应用相关的一系列产品，例如文档，脚本， 定义文件等如果没有代码生成工具，开发者将手工书写所有代码， 虽然这样可以得到灵活性较高的产品，但是使用代码自动生成可以 更加降低成本，减少出错率，使可靠性更强。 山东大学硕士学位论文 代码自动生成过程主要包 括以下三个部分，如图2 1 所 示： 模板特定系统代码片段， 组成系统的相对稳定的部分， 它可以被灵活组织成不同的表 现形式 实例模型系统中的模型 实例信息，可以认为是系统模 型的形式化描述 生成文本输出结果文件， 图2 1 ：代码生成过程 可以包括系统的源代码、文档等 2 1 2 代码自动生成的发展过程 随着代码自动生成思想的提出，相应的代码生成器也在其结 构、构造方法方面得到了不断改进和发展，其发展过程可以分为三 个时期或三代1 9 l 第一代代码生成器( g l c g ) 通常是由开发者构造，他们检查并 抽出源代码中重复的部分，并且借助代码生成器代替手工编码 第一代代码生成器主要有以下特点： ， ( 1 ) 它只产生一种类型的生成文本 ( 2 ) 模板文本和代码生成器被硬编码在一起，通常使用”p r i n t ” 指令。 第一代代码生成器的主要问题是修改模板代价高，生成的代码 类型单一，在大规模的系统开发中，对于每一个不同的需求都要产 生相应的g l c g ： 第- - 代代码生成器( 9 2 c g ) ，设计者将模板转移到外部文件中 9 2 c g 成为这个文件的解析器9 2 c g 主要有以下特性： ( 1 ) 仍然产生特定情况下的代码。 ( 2 ) 模板成为外部文件 5 山东大学硕士学位论文 ( 3 ) 工具使用者可以修改模板 由于模板便于修改，因此生成代码的质量相对较高第二代生 成方法的缺点是每种代码生成器都要定义自己的模板语言由于只 有很少开发者擅长书写解析器，因此特殊的模板语言对于工具使用 者比较模糊，难以掌握。所以模板的更改和维护成为问题。 第三代代码生成器 ( 9 3 c g ) ，代码生成器成为一个 能够解释通用目的模板语言的 解析器。如图2 2 所示。9 3 c g 有以下性质： ( 1 ) 它能够产生适合解决 各种问题的代码 ( 2 ) 模板看上去开始像一 段程序或脚本 在9 3 e g 中特定于问题的处 宴惘教髁用彤 式化描建 犊板为婷与 奉龠语言的提 含 图2 2 ：第三代代码生成器 理从代码生成器中转移到模板中，即模板中含有负责解释实例模型 的脚本代码生成器被精简为快速、通用目的的引擎，完成混合模 板和实例数据的基本任务 2 1 3 目前对代码自动生成的研究 针对代码自动生成研究的不断发展，目前在代码生成方面国内 外研究者提出了不少方法和思路 【1 0 】中提出了一种基于模型的j a v a 代码自动生成方法【1 1 】 中提出了一种基于x m l 的半自动化的w e b 应用代码自动生成方 法。【1 2 】中总结了当前代码生成器并将其分为三类，指出目前主要 是基于模板的代码生成器它使得模板与生成器分离，增加了代码 生成的灵活性，同时设计模式也被考虑加入到代码生成中【a 3 提 出了设计模式的建模及用于自动生成的描述方式，在一定程度上增 强了生成系统的可维护性，但是其组织模式的方法复杂，模式不易 6 山东大学硕士学位论文 于维护【1 4 】中提出了一种基于模板与代码模式的w e b 应用自动 生成方法以上方法，在一定程度上实现了部分代码的自动生成， 但基本上不是针对整体应用系统，并且缺乏目标系统框架的支持 根据代码生成器的一般性定义可以看出，代码生成器工作的不 可缺少的前提之一是必须有目标系统的信息描述，即系统的形式化 描述。改进对系统的描述对于改进代码生成器的组织结构以及代码 生成效率非常重要。同时映射规则是代码生成的原则与标准。为此， 本文对目标系统的平台相关描述、模型映射规则的确立进行了研 究在一定程度上有助于改善代码生成器的结构，提高代码生成效 率同时也为使代码自动生成成为工程化方法提供一定支持 2 2w e b 应用开发方法的研究 w e b 应用的开发除了具有普通应用开发的复杂性以外，还具 有自身的特点对于w e b 应用我们需要考虑的一个重要方面就是 超文本形式，另外w e b 应用是基于请求应答方式处理任务 超文本应用开发的成功关键在于开发者对于复杂数据的捕获 和组织能力。为了控制潜在的连接增长，需要用更加自然方法将任 务处理与结果展示进行连接在一个合理的设计方法中，超文本应 用开发者至少要面对两类问题：总体任务，例如定义所有元素的类 和应用的导航结构；局部任务，例如填充导航节点内容 超文本设计逐渐引起人们的关注由于复杂的信息空间中存在 非结构化和动态特性的数据，同时必须考虑导航问题，因此提出复 杂的问题必须通过系统的和模块化的方法进行解决 目前w e b 应用的开发建模方法主要有以下几种，这里给出其 主要特点及它们之间的相互比较 2 2 1 开发方法以及模型的研究 对于开发方法研究其典型代表有： h d m ( h y p e r t e x td e s i g nm o d e l ) t 1 5 1 的主要思想是首先定义一 7 山东大学硕士学位论文 个通用的模型h d m 给出了一个应用框架的定义，它描述了信息 元素的所有类以及它们的表现特性、内部组织结构和它们之间的交 互类型因此，该框架重点反映的是应用中任何给定类的结构和语 义信息。h d m 的主要特点是从不同的视点出发根据不同的表示角 色，将链接分类( 结构链接，应用链接和视点链接) o o h d m(o b j e c t - o r i e n t e d h y p e r m e d i ad e s i g n m e t h o d o l o g y ) 【2 l 【3 1 的主要贡献是 它创建了一种设计 过程，利用面向对 象的概念，设计一 系列模型主要有 以下阶段：( 1 ) 概 念设计这一阶段 的主要目的是中立 的获取领域的语意 而尽量不去关注任图2 3o o h d m 中的概念模型导航模型 务和用户的类型( 2 ) 导航设计根据特定用户的需要。确定需要 展示的概念模型中的信息( 3 ) 抽象界面设计j 需要定义用户观 察到的界面对象，即导航对象的展示形式，以及如何触发导航等 最后是系统实现，是将导航对象和抽象界面对象映射为实际环境下 的应用过程如图2 3 所示 r m m ( r e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n tm e t h o d o l o g y ) 1 受e r 模型 和h d m 的影响，在r m m 中内容层次是单独建模的，而表示层次 是结合超文本层次定义的它提出了r m d m ( r e l a t i o n s h i p m a n a g e m e n td a t am o d e l ) ，使用e r 模型作为内容层次模型，受到 h d m 方法的影响提出自己的超文本层次和表示层次模型建模方 法。在导航模式中提供了索引和向导实体之间的关系用来获取导 航中的内容信息r m m 提出了一种开发过程，包括需求分析和以 8 山东大学硕士学位论文 e r 图形式的内容建模。 w w m(w e b f o r m - b a s e dw e b a p p l l c a t i o n m o d e l i n g m e t h o d o l o g y ) 1 5 1w w m 提出了基于u m l 和u c m 面向对象的w e b 应用建模方法。u c m ( u s ec a s em a p s ) ! ”1 给出了一个基于情景的系 统它填充了高层次体系结构和设计阶段细节的差距，已经广泛应 用到许多系统中在文献【1 6 】中，作者描述了从u c m 模型得到消 息顺序图的技术和方法 w w m 使用用例作为开发过程的驱动在w w m 中使用用例图、 类图、顺序图，并且使用u c m 注释的子集 但是大多数设计方法关注于w e b 应用怎样开发可以达到更好 的设计质量、更加广泛的代码生成、更完善的设计文档，并且易于 维护等方面很少关注w e b 应用的体系结构，即系统是怎么样构 成的，是由哪些部件或连接器进行交互以完成系统功能【1 7 】特别 是目前大多数方法没有支持w e b 应用的非功能性需求软件体系 结构和w e b 应用设计之间的差距使得很多w e b 应用开发方法失 去了优势，增加了开发时间，并且容易造成需求和设计之间的不一 致 w e b s a ( w e bs o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ) ! 1 方法在w e b 应用说明 中增加了体系结构的说明，对其他方法做了补充并且使用m d a 标准【o m g2 0 0 1 来规范描述模型 w e b s a 将w e b 应用结构分为需求视图、功能视图、体系结构 视图进行描述需求视图又分为功能性需求和非功能性需求；功能 视图分为概念、表现、处理、导航等子视图；体系结构视图分为逻 辑和物理体系结构子视图。 使用m d a 定义w e b 应用体系结构，为w e b s a 提供了三个重 要的特性：( 1 ) 提高了w e b 应用的开发速度；( 2 ) 使得w e b 接 口与已存在模块的集成更加容易；( 3 ) 减少w e b 应用开发成本 9 山东大学硕士学位论文 2 2 2 目标框架研究 目前在j 2 e e 平台下开发w e b 应用一般要基于特定的框架，如 s t r u t s 1 8 l f l 9 】框架、s p r i n g 2 0 l 框架等。在框架的支持下开发应用程序， 可以直接使用框架提供的各种基础设施，使得应用具有良好的体系 结构、较高的稳定性及可维护性目前较为广泛使用的几种框架有 如下几种。 i m o d e l l 框架【2 1 i m o d e l l 体系结构中( 以j 2 e e 平台为例说明) ，j s p 页面处理所 有的请求并且负责向客户显示结果客户请求被直接发送到j s p 页 面，j s p 页面可以与j a v a b e a n s 或者其他服务进行通信但是最终 j s p 页面为用户选择下一个展示界面下一个展示的界面或者取决 于j s p 的选择或者取决于用户的请求参数。 2 m o d e l 2 框架| 2 1 1 m o d e l 2 框架中用户请求首先被一个s e r v l e t 解释分析，通常称 它为c o n t r o l l e rs e r v l e t 它负责处理请求的初始化，并且决定下一个 显示界面在m o d e l 2 框架中用户从不向j s p 页面发送请求 c o n t r o l l e rs e r v l e t 充当一个交通枢纽，这样它可以完成一系列通用 操作，例如授权、身份验证和国际化等一旦请求处理完成，它将 根据处理结果的不同选择不同的展示界面 可以看出m o d e l 2 框架与m o d e l l 框架的主要区别是它引入了一 个c o n t r o l l e rs e r v l e t 作为唯一的入口，并且提供了比m o d e l l 框架 更高的灵活性和可复用性在m o d e l 2 框架中业务逻辑、展示输出 以及请求处理被清晰的分离，这一点被m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ( m v c ) 模式充分体现 虽然m o d e l 2 框架总的看来比较复杂，它实际上大大简化了应 用。它的使用使得应用具有更高的可维护性和可扩展性但是并不 意味着使用m o d e l l 框架是错误的设计。对于相对简单的应用以及 应用导航关系不太复杂，同时不需要很多集中的任务处理，并且应 用需求相对稳定的情况下，m o d e l l 框架也许更加适合但是对于 山东大学硕士学位论文 大多数企业级的w e b 应用来讲，m o d e l 2 框架更能适应要求。 3 s t r u t s 框架| 1 8 1 1 ”i s t r u t s 框架目前在w e b 应用开发中已经得到广泛应用。它基 于m v c 模式，较好的将模型、视图和控制进行分离，充分体现了 业务逻辑与表现形式分离的原则它采用控制器集中控制客户请 求 s t r u t s 框架分为控制层、业务服务层、数据实体层和表示层等 四部分如图2 4 所示 图2 4 ：s t r u t s 框架的体系结构 控制层主要完成请求的响应，分发和请求处理结果的导航工 作本层主要由任务分发器、任务处理前端、任务映射器等组成 任务分发器是系统响应外部请求，并将请求转发到相应处理部件的 集中控制器。s t r u t s 框架使用a c t i o n s e r v l e t 作为任务分发器 业务服务层主要完成实际系统任务的处理工作以及为系统服 务提供必要的公共支持本层次主要由领域对象和公共服务对象组 成 数据实体层主要为应用系统提供数据对象，一方面为任务处理 1 1 山东大学硕士学位论文 提供数据、另一方面为处理结果提供暂时的存储。 表示层主要完成应用系统对用户的展示工作，例如为用户提供 操作界面、展示处理结果等 2 3 模型驱动开发体系结构( m d a ) 的研究 随着应用系统的不断发展，其规模不断扩大，并且构建软件系 统使用的平台多样，同时在开发应用系统过程中，用户的需求也在 不断改变如何在这种情况下，开发出具有较高可靠性及可维护性 的系统，为软件研究人员提出了更高层次的要求而理想的软件开 发方法是，开发人员不必关心应用实现的具体平台，只需关注于应 用系统的业务逻辑即提高软件开发人员的开发层次，使用模型驱 动软件开发过程 因此，最近很多组织已经开始对模型驱动的体系架构( m d a ) 进行研究，并且提供解决方案m d a 是一种应用系统设计和实现 的方法m d a 鼓励在软件的开发过程中有效的使用系统的模型， 并且它支持创建类似系统的最佳实践的重用根据对象管理组织 ( o m g ) 定义的标准，m d a 是一种组织和管理被自动化工具支持 的企业体系架构、用于定义模型和推动不同模型类型之间的转换的 服务、标准和方法 m d a 技术的相关概念均是o m g 的一系列标准：如统一建模语 言u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 【2 2 1 、元对象设施m o f 2 3 l ( m e t a o b j e c tf a c i l i t y ) 、x m l 元数据交换x m i l 2 4 i ( x m lm e t a d a t a i n t e r c h a n g e ) 、公共数据仓库元模型c w m1 2 5 】( c o m m o nw a r e h o u s e m e t a m o d c l ) 。 其中m o f 为m d a 的核心，它包含四个模型层次，如表2 i 所 示m o f 可以被用来描述关系数据模型的建模结构，也被用来描 述u m l 类模型的建模结构；它还被用来描述其他种类的建模所用 到的结构m o f 是通用的、抽象的，用于定义元模型的语言，它 可以被称为m e t a m e t a m o d e l 或者定义元模型的模型 山东大学硕士学位论文 元层次描述 元素 m 3 m o f ，即定义元模型m o f 类、m o f 属性、m o f 关联等 的构造集合 m 2 元模型，由m o f 构u m l 类、u m l 属性、u m l 状态、 造的实例组成u m l 活动等；c w m 表、c w m 列 等 m l 模型，由m 2 元模型“c u s t o m e r ”类、“a c c o u n t ”类； 构造的实例组成。e m p l o y e e ”表、“v e n d o r ”表等 m 0 对象和数据，也即客户j a n es m i t h 、客户j o cj o n e s 、 m 1 模型构造的实例账户2 9 8 9 、账户2 3 4 4 、员工 a 3 9 4 9 、商家7 8 9 8 8 等 表2 1m o f 元层次 本文所提出的t o p s m 框架相当于m o f 层次中m 2 层的模型 通过对a u i p i m 进行模型映射后得到的t o p s m 就是使用t o p s m 框架定义的m 2 层元素的实例只是本文没有使用表2 1 所示的m 2 层中的u m l 元素，而是t o p s m 框架元素 2 3 1 模型驱动开发中的各种模型及相互关系 在模型驱动开发过程中， 根据开发的不同阶段、以及开 发参与者担任的角色不同，需 要使用不同的模型这些模型 处于不同的层次，为系统开发 提供不同抽象层次的系统描 述由于软件开发方法及过程 的不同，所用到的模型会存在 山东大学硕士学位论文 逻辑模型和物理模型逻辑模型通过类和行为模型描述了系统 的逻辑物理模型描述了在开发时和运行时用到的物理工件和资 源，包含模型文件，源代码文件、可执行文件、档案文件、处理器 等等 需求模型和计算模型。需求模型描述了逻辑系统，而不是业务， 但是它是用独立于计算的方式来描述的，这意味着，需求模型尽可 能不考虑技术因素。计算模型也描述了逻辑系统，但是它考虑了技 术因素计算模型为生成器提供了更完整的信息 平台独立模型( p i m ) 和平台相关模型( p s m ) p i m 是使用与 系统实现平台无关的概念描述系统，而p s m 则是使用与实现平台 相关的概念描述应用系统。p i m 和p s m 之间的差异取决于对平台 技术参考集合的规定，p i m 独立于这些平台p i m 和p s m 是计算 模型p i m 考虑了一些技术因素，从p i m 派生的p s m 则考虑了更 多的同特定平台相关的技术因素 誓莩；嚣鬻回日卧回日卧囤 包含了三个模型，两个交 一i 士il ：l一 1 4 山东大学硕士学位论文 p s m ，在许多情况下仍需要用户干预或强化p s m 描述但是总可 以从p i m 生成一个基本可运行的应用程序。 本文主要研究的就是p i m 到p s m 的转换如图2 7 所示 模型总是以某种语言表述 的可以是u m l ，也可以是自然 语言。或者某种编程语言为了 支持模型的自动转换，需要对模 型或模型描述施加一定的限制或 约束本文采用了a u i p i m 模型 作为p i m ，该模型已经具有一套 完整的定义语言 ( 2 ) 模型驱动开发的优点1 2 6 1 日 如书 图2 7 ：p i m 到p s m 的转换 提高生产效率：模型驱动开发使开发者的焦点转移到了p i m 的设计和开发上所需的p s m 是通过变换自动从p i m 生成的变 换只需要被定义一次，然后就可以在开发中多次应用这个变换不 必关注目标平台的细节。技术细节会通过从p i m 的变换自动加入 p s m 因此提高了生产效率 增强可移植性t 可移植性是通过把开发焦点转移到 p i m 而获得的因为p i m 是跨平台的、与平台无关的同 一个p i m 可以被自动变换成多个不同平台上的p s m 。因此 在这个意义上，p i m 层次上定义的所有东西都是完全可移 植的 支持互操作性：如图2 8 所示， ，p i m 、 从一个p i m 生成