Posted on 2005-08-27 11:14
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引用技術(shù)文章
基于構(gòu)件的開(kāi)發(fā)（Component-Based
Development，簡(jiǎn)稱CBD）或基于構(gòu)件的軟件工程（Component-Based Software
Engineering，簡(jiǎn)稱CBSE）是一種軟件開(kāi)發(fā)新范型，它是在一定構(gòu)件模型的支持下，復(fù)用構(gòu)件庫(kù)中的一個(gè)或多個(gè)軟件構(gòu)件，通過(guò)組合手段高效率、高質(zhì)量地構(gòu)造應(yīng)用軟件系統(tǒng)的過(guò)程
由于以分布式對(duì)象為基礎(chǔ)的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)技術(shù)日趨成熟，CBD已經(jīng)成為現(xiàn)今軟件復(fù)用實(shí)踐的研究熱點(diǎn)，被認(rèn)為是最具潛力的軟件工程發(fā)展方向之一。
一、
基本概念
下面簡(jiǎn)單介紹與本文相關(guān)的一些概念，包括構(gòu)件、接口、契約、接口描述語(yǔ)言、構(gòu)件框架等，另外還介紹了CBD的開(kāi)發(fā)模式，以及構(gòu)件技術(shù)和對(duì)象技術(shù)的關(guān)系。
在文獻(xiàn)［Szyperski97］中，Szyperski把構(gòu)件定義為“軟件構(gòu)件是一個(gè)僅帶特定契約接口和顯式語(yǔ)境依賴的結(jié)構(gòu)單元”，同時(shí)他還寫道：“軟件構(gòu)件可以獨(dú)立部署，易于第三方整合。”
根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，可以認(rèn)為構(gòu)件由一方定義其規(guī)格說(shuō)明，被另一方實(shí)現(xiàn)，然后供給第三方使用。接口（interface）是用戶與構(gòu)件發(fā)生交互的連接渠道，第
三方只能通過(guò)構(gòu)件接口的規(guī)格說(shuō)明理解和復(fù)用構(gòu)件，接口規(guī)格說(shuō)明也是一種“契約”（contract）,它足夠精確地描述構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的功能，同時(shí)又不把構(gòu)件限
定于唯一的實(shí)現(xiàn)方法，這種不確定帶來(lái)多解決方案的靈活性。另一方面，雖然構(gòu)件可以獨(dú)立部署的，但是一個(gè)構(gòu)件可能會(huì)用到其它構(gòu)件或平臺(tái)提供的服務(wù)，或者說(shuō)基
于構(gòu)件的軟件系統(tǒng)中通常是多個(gè)構(gòu)件協(xié)作完成一定功能，所以構(gòu)件依賴于組裝環(huán)境或稱為語(yǔ)境（context）。
構(gòu)件基礎(chǔ)設(shè)施
（infrastructure）是異構(gòu)構(gòu)件互操作的標(biāo)準(zhǔn)和通信平臺(tái)，構(gòu)件框架（Framework）是構(gòu)件實(shí)例“即插即用”的支撐結(jié)構(gòu)。通過(guò)一定的環(huán)境
條件和交互規(guī)則，構(gòu)件框架允許一組構(gòu)件形成一個(gè)“孤島”，獨(dú)立地與外部構(gòu)件或其他框架交互和協(xié)作，因此構(gòu)件框架及其內(nèi)含的構(gòu)件也可以視為一個(gè)構(gòu)件，于是構(gòu)
件通過(guò)不斷的迭代和合成，構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。目前，有多個(gè)組織和公司制定了構(gòu)件基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)或開(kāi)發(fā)了相關(guān)產(chǎn)品，也為構(gòu)件、構(gòu)件框架和接口建立
了模型和技術(shù)規(guī)范，其中OMG CORBA［OMG01］、Microsoft COM／DCOM（或.NET）［Microsoft01,
Box99］以及Sun JavaBean／EJB［Perrone01］占主導(dǎo)地位，本文第六章將重點(diǎn)討論CORBA CCM（CORBA
Component Model）構(gòu)件模型，并介紹基于CCM技術(shù)的演化構(gòu)件模型。
特別地，通過(guò)購(gòu)買獲得的第三方構(gòu)件稱為COTS（commercial
off-the-shelf
，簡(jiǎn)稱COTS）構(gòu)件，作為內(nèi)部（in-house）構(gòu)件的對(duì)應(yīng)概念。使用COTS是無(wú)源碼的完全黑盒復(fù)用，既有成本低、即買即用的優(yōu)點(diǎn)，又有不一定滿足需求或誤配的風(fēng)險(xiǎn)。
CBD遵循“購(gòu)買而不創(chuàng)建（buy, don’t build）”的開(kāi)發(fā)哲學(xué)［Clements95］，讓人們從“一切從頭開(kāi)始”（build
from
scratch）的程序編制轉(zhuǎn)向軟件組裝。基于構(gòu)件的開(kāi)發(fā)任務(wù)包括創(chuàng)建、檢索和評(píng)價(jià)、適配（adaptation）、組裝、測(cè)試和驗(yàn)證、配置和部署
（deployment）、維護(hù)和演進(jìn)，以及遺產(chǎn)系統(tǒng)（legacy）的再工程等主要活動(dòng)，它們與傳統(tǒng)的生命周期中的方法不盡相同。首先，CBD采用以構(gòu)
件庫(kù)為中心的開(kāi)發(fā)模式，構(gòu)件檢索和評(píng)價(jià)是CBD的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，這里我們理解的構(gòu)件庫(kù)不僅僅是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，而是廣泛的、一切可獲得的構(gòu)件資源，尤其
是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的軟件構(gòu)件。其次，構(gòu)件形成是一種在軟件體系結(jié)構(gòu)支持下的組裝過(guò)程，也就是說(shuō)，在應(yīng)用領(lǐng)域里需要用DSSA將獨(dú)立的構(gòu)件組裝成完整的應(yīng)用
系統(tǒng)，可見(jiàn)構(gòu)件的匹配和一致性驗(yàn)證也成為CBD的關(guān)鍵任務(wù)。再次，CBD過(guò)程中需要同一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化接軌，相同的構(gòu)件可能由多個(gè)軟件供應(yīng)商生產(chǎn)，被多個(gè)用
戶使用，所以構(gòu)件接口、構(gòu)件基礎(chǔ)設(shè)施必須標(biāo)準(zhǔn)化。最后，CBD需要配置管理（Configuration
Management），即專門處理構(gòu)件的集成、配置和發(fā)布（distribution）的有關(guān)事宜，于是構(gòu)件的配置、適配和部署都是CBD的關(guān)鍵任務(wù)。
構(gòu)件技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)緊密相關(guān)。構(gòu)件和對(duì)象都是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象描述，通過(guò)接口封裝了可復(fù)用的代碼實(shí)現(xiàn)，不同的是，首先在概念層面上，對(duì)象描述客觀世
界實(shí)體（identity），構(gòu)件提供客觀世界服務(wù)（service）［Petre00］，其次在復(fù)用策略上，對(duì)象是通過(guò)繼承實(shí)現(xiàn)復(fù)用，而構(gòu)件是通過(guò)合成
實(shí)現(xiàn)復(fù)用；最后在技術(shù)手段上，構(gòu)件通過(guò)對(duì)象技術(shù)而實(shí)現(xiàn)，對(duì)象按規(guī)定經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌诎b（wrap）之后成為構(gòu)件，一個(gè)構(gòu)件通常是多個(gè)對(duì)象的集合體。
當(dāng)今，構(gòu)件技術(shù)已經(jīng)成為計(jì)算環(huán)境的基本組成之一，眾多中間件產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)工具提供了對(duì)不同構(gòu)件模型的實(shí)現(xiàn)支持，特別在分布式、企業(yè)級(jí)應(yīng)用軟
件系統(tǒng)中，無(wú)不把軟件的構(gòu)件化作為解決維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)的唯一途徑。然而，雖然業(yè)已存在了大量的CBD概念、方法和工具，軟件業(yè)并未完全遷移到CBD軟件
開(kāi)發(fā)范型，一個(gè)主要原因是缺少一套成熟的CBD開(kāi)發(fā)方法學(xué)，至今尚未完全解決如下關(guān)鍵問(wèn)題［Bergner99］：
（1）必須建立一個(gè)完善的CBD概念框架，用數(shù)學(xué)方法定義構(gòu)件相關(guān)概念的形式化模型，既要盡可能的簡(jiǎn)單，又要足以描述已有的構(gòu)件基本概念和開(kāi)發(fā)技術(shù)。
（2）必須有切實(shí)可行的構(gòu)件描述方法和技術(shù)。在構(gòu)件概念框架基礎(chǔ)上，為構(gòu)件開(kāi)發(fā)者建立相互交流的特殊語(yǔ)言，例如UML［Booch01］的圖形化描述技術(shù)和CORBA
IDL［OMG01］的文本描述技術(shù)，理想的描述技術(shù)可以提供系統(tǒng)的一致性約束和正確性驗(yàn)證。
（3）要為CBD的開(kāi)發(fā)流程建立一個(gè)合理的過(guò)程模型，特別要研究如何為扮演不同角色的開(kāi)發(fā)者分配相應(yīng)的任務(wù)，例如軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)軟件構(gòu)架設(shè)計(jì)的詳細(xì)職責(zé)和結(jié)果驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
（4）要有支持描述技術(shù)和過(guò)程模型的輔助開(kāi)發(fā)工具，至少需要具備開(kāi)發(fā)構(gòu)件、實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)和生成文檔的工具。理想的開(kāi)發(fā)工具還包括關(guān)鍵系統(tǒng)特征的驗(yàn)證工具。
顯見(jiàn)，上述這些問(wèn)題和前面介紹的軟件復(fù)用目的和任務(wù)緊密相關(guān)，必須從軟件復(fù)用的認(rèn)識(shí)高度分析CBD方法中存在的問(wèn)題，重點(diǎn)是使用知識(shí)表示方法和演化計(jì)算
方法解決構(gòu)件的語(yǔ)義模型和自動(dòng)過(guò)程問(wèn)題，包括CBD原理和技術(shù)中的構(gòu)件模型、構(gòu)件體系結(jié)構(gòu)和描述語(yǔ)言和基于構(gòu)件的開(kāi)發(fā)過(guò)程等幾方面內(nèi)容。
二、
CBSE/CBD的工程學(xué)目標(biāo)
CBSE/CBD的工程學(xué)（管理）目標(biāo)如下：
（1）
降低費(fèi)用：這是所有軟件開(kāi)發(fā)方法學(xué)的共同目標(biāo)，CBSE/CBD把成本效率提高到軟件復(fù)用方法的最高境界。
（2）
方便裝配：CBSE/CBD的最大特征是一系列構(gòu)件的裝配過(guò)程。
（3） 提高復(fù)用性：全面考慮構(gòu)件在多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中的復(fù)用潛力。
（4）
提高可定制性和適應(yīng)性：開(kāi)發(fā)者可以按需配置構(gòu)件；
（5） 提高可維護(hù)性：在系統(tǒng)中可以方便地添加、刪除和修改構(gòu)件。
三、
CBSE/CBD的技術(shù)目標(biāo)
CBSE/CBD的技術(shù)目標(biāo)如下：
（1） 降低耦合：耦合指構(gòu)件之間的相關(guān)性；
（2）
提高內(nèi)聚：內(nèi)聚指構(gòu)件內(nèi)元素之間的相關(guān)性；
（3） 控制粒度：粒度系統(tǒng)中構(gòu)件對(duì)應(yīng)問(wèn)題域的規(guī)模，包括構(gòu)件數(shù)量和大小兩個(gè)方面；
四、
CBSE/CBD的研究方向
CBSE/CBD的研究方向：
（1） 基于構(gòu)件軟件工程方法的概念模型過(guò)程模型；
（2）
構(gòu)件模型：研究構(gòu)件的本質(zhì)特征及構(gòu)件間的關(guān)系；
（3） 構(gòu)件獲取：有目的的構(gòu)件生產(chǎn)和從已有系統(tǒng)中挖掘提取構(gòu)件；
（4）
構(gòu)件描述語(yǔ)言：以構(gòu)件模型為基礎(chǔ)，解決構(gòu)件的精確描述、理解及組裝問(wèn)題；
（5）
構(gòu)件庫(kù)（構(gòu)件分類與檢索）：研究構(gòu)件分類策略、組織模式及檢索策略，建立構(gòu)件庫(kù)系統(tǒng)，支持構(gòu)件的有效管理；
（6）
構(gòu)件集成組裝：在構(gòu)件模型的基礎(chǔ)上研究構(gòu)件組裝機(jī)制，包括源代碼級(jí)的組裝和基于構(gòu)件對(duì)象互操作性的運(yùn)行級(jí)組裝；
（7）
標(biāo)準(zhǔn)化：構(gòu)件模型的標(biāo)準(zhǔn)化和構(gòu)件庫(kù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化；
（8） 構(gòu)件系統(tǒng)的安全性問(wèn)題和時(shí)效（real-time）問(wèn)題;
（9）
非技術(shù)因素對(duì)CBD的影響：法律法規(guī)、商業(yè)實(shí)踐、組織結(jié)構(gòu)等方面的挑戰(zhàn)和策略。
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