1 引言
??? 構件是可獨立開發和部署的單元，它具有自包含性，可重用性。基于構件的軟件開發可以提高軟件開發效率和產品質量, 基于構件的軟件開發要求相應的工具支持. 基于構件的開發環境" title="開發環境">開發環境(Component-based Development Environment, 簡稱CBDE)已成為軟件工程領域的一個研究熱點。CBDE必須為用戶提供重用構件的所有信息.本文介紹了構件模型" title="構件模型">構件模型的研究現狀" title="研究現狀">研究現狀，CBDE環境的需求以及java語言對CBDE需求的滿足，最后給出了一個原型系統實現。
2 構件模型
??? 構件的表現形式多種多樣，但在組裝開發環境中應以一種統一的方式對其建模，才能實現異構" title="異構">異構構件的集成，實現真正的構件重用。
2.1 構件模型內容
??? 構件模型定義了構件的本質屬性，規定了構件接口的結構以及構件之間、構件與構件基礎設施之間的交互機制。對構件的建模通常包含以下幾個方面[1]：
。語法級：傳統的接口描述語言、通常的程序設計語言；
。行為級：通過前后條件來刻畫操作的語義；
。同步級：設定構件的不同操作之間的同步來保證相應操作的原子性；
。質量級：刻畫構件所提供的服務的質量，如：最大響應延遲、平均響應時間等。
。非技術級:包括作者,日期,公司名稱,關鍵詞等.
2.2 研究現狀
?? 目前在學術界和產業界出現了多種構件模型，其中Traczi 90年提出的3C模型是學術界普遍認同的一個具有指導性作用的構件模型。該模型從概念（Concept）、內容（Content）和語境（Context）三個不同方面來描述構件[3]：
。概念：關于構件做什么的抽象描述，可以通過概念去理解構件的功能。概念包括接口規范和語義描述兩個部分。
。內容：概念的具體實現，描述構件如何完成概念所刻畫的功能。
。語境：構件和外圍環境在概念級和內容級的關系，語境刻畫構件的應用環境，為構件的選用和適應性修改提供指導。
? ?但是3C模型本身沒有形式化的良好定義。在產業界，成熟的構件模型有OMG的CORBA、Microsoft的COM/DCOM/COM+和SUN的JavaBeans/EJB，它們三足鼎立，構成了實現級構件模型工業標準的競爭與互操作并存的格局。但這些構件模型有自己獨有的實現語法和語義，要實現異構構件的共享有一定困難。 許多文獻提出了自己的構件模型，及其相應的組裝方法。但這些模型通常局限于專有的領域，缺乏通用性。現有的構件模型一般認為構件由構件接口和構件內容兩部分組成，構件接口是為成功復用" title="復用">復用該軟件實體而需要提供給外界的所有信息，包括構件向外提供和請求的服務、構件的自描述信息和定制信息、構件的初始化、實例化和永久化方法以及構件對目標復用環境的依賴和構件組裝信息等[4]。構件內容就是直接復用的軟件實體，它可以具有源代碼、二進制碼、文檔、分析設計模型和腳本等不同的物理形態，并遵從一定的格式標準。XML語言被用來作為構件的描述語言，將有利于基于Web的構件復用。Java語言作為跨平臺的語言可用來實現構件內容。
3 基于構件的開發環境（Component-Based Development Environment）
??? 基于構件的開發的前提除了要有大量可供選擇的構件外，還需要有相應的工具支撐。CBDE可幫助用戶完成基于構件的開發過程，為構件的瀏覽、定制和組裝提供統一平臺，從而支持異構構件的集成和組裝。
3.1 CBDE的功能需求
??? CBDE的設計必須滿足如下七種需求[2]:
。?必須遵循模塊化設計的規則. CBDE環境能夠將構件的私有部分和公開部分進行分離. 私有部分無法從構件外部訪問,一般包括構件的實現和資源兩部分. 公有部分包括構件的自描述信息,實例化機制,以及可選的公共接口定義. 語法描述的基本單元是接口, 接口描述是獨立于構件, 根據接口描述開發商可以提供可互換的構件.
。?環境必須支持構件的自描述, 構件的元數據直接存儲在構件內部. 外部描述易造成構件實現與描述數據的不一致性, 且不易構件的查詢. 而內部自描述提供了自動生成描述文件的可能性; 減輕了對構件庫的要求;而且將構件之間的依賴關系描述也封裝在構件內部,利于構件實現的演化.
。?構件必須在一個全局的接口名字空間內定義和訪問. 這樣就能以全球唯一的方式命名構件接口,從而降低名字空間的語義匹配問題.
。?環境必須支持構件開發和應用組裝兩種開發過程. CBDE支持傳統的構件開發,但又擅長于支持應用組裝,構件開發集中在功能方面,應用組裝著重于應用的商業邏輯. 應用組裝是包含搜索,選擇,配置構件三步的一個迭代過程.
。 必須支持多種視圖,包括開發視圖,組裝視圖,類型視圖和實例視圖. 前兩者表示前述的面向構件的兩種開發過程, 后兩者表示組裝視圖的兩種刻面.?
。?必須解決構件的維護問題. 引用重用可以解決構件的演化問題. 引用重用意味著在Internet上保存引用構件的單一主備份， 一般CBDE以緩存機制提供復制功能, 同時CBDE在使用構件的應用和存放該構件的庫之間建立永久連接,這樣構件能實現自動更新.
3.2 Java語言對CBDE的支持
?? Java語言支持構件技術, 如SUN提出的構件模型有JavaBean和Enterprise Java Bean. 而且Java語言能很好的滿足第2節中提出的需求[2].
。?Java語言支持在類級和包級的封裝. 一個構件可以看成一個或多個類或者是一個包.
。?Java語言用接口實現比多重繼承更強的功能。接口和類可以同等對待，接口把方法的定義和類的層次區分開來，通過它可以在運行時動態地定位所調用的方法，有利于代碼的重用。
。?Java提供反射機制,能在運行時獲取構件的型構描述. 因此自動生成構件的自描述信息成為可能.
。?Java接口使用一種世界通用的名字空間定義, 例如包的命名定義以反向的Internet域名開始。
。?Java支持動態鏈接和后綁定。
4 原型實現
??? 基于上述思想，我們利用Java語言設計了構件組裝引擎的原型系統，系統的支撐運行環境如圖1示。Java作為構件的實現語言，XML作為構件的描述語言，基于XML的體系結構描述語言作為模式語言。組裝模式描述了構件間的連接方式，它被看作是與構件同等的實體。組裝模式描述了角色之間的交互關系，一個構件能扮演一個或多個角色，一個角色也可被不同的構件實現。該系統的主要功能模塊為：
1）．用戶需求的可視化表示到構件組裝腳本語言的轉換
a．?將用戶需求、構件的使用場景以及構件交互關系用相應的文檔表示格式記錄下來。
b．?構件間的交互可以用消息序列圖描述，傳送的消息來自面向領域構件間交互原語字典。這樣在描述構件和組裝模式時能避免對API的直接調用，增加重用性。
2）．構件組裝語言編譯器設計實現
? ? 包括語法分析器，語義分析器和代碼生成器。
??? 因為構件組裝語言采用XML語法結構，語法分析器可以使用XML相關技術實現。語義分析器主要是針對消息序列圖和組裝語義定義實現。代碼生成器完成構件組裝語言到最終系統編程語言的實現，主要是原語與具體API的映射。體現了應用＝構件＋腳本的理念。
??? 構件是可獨立開發和部署的單元，它具有自包含性，可重用性。基于構件的軟件開發可以提高軟件開發效率和產品質量, 基于構件的軟件開發要求相應的工具支持. 基于構件的開發環境" title="開發環境">開發環境(Component-based Development Environment, 簡稱CBDE)已成為軟件工程領域的一個研究熱點。CBDE必須為用戶提供重用構件的所有信息.本文介紹了構件模型" title="構件模型">構件模型的研究現狀" title="研究現狀">研究現狀，CBDE環境的需求以及java語言對CBDE需求的滿足，最后給出了一個原型系統實現。
2 構件模型
??? 構件的表現形式多種多樣，但在組裝開發環境中應以一種統一的方式對其建模，才能實現異構" title="異構">異構構件的集成，實現真正的構件重用。
2.1 構件模型內容
??? 構件模型定義了構件的本質屬性，規定了構件接口的結構以及構件之間、構件與構件基礎設施之間的交互機制。對構件的建模通常包含以下幾個方面[1]：
。語法級：傳統的接口描述語言、通常的程序設計語言；
。行為級：通過前后條件來刻畫操作的語義；
。同步級：設定構件的不同操作之間的同步來保證相應操作的原子性；
。質量級：刻畫構件所提供的服務的質量，如：最大響應延遲、平均響應時間等。
。非技術級:包括作者,日期,公司名稱,關鍵詞等.
2.2 研究現狀
?? 目前在學術界和產業界出現了多種構件模型，其中Traczi 90年提出的3C模型是學術界普遍認同的一個具有指導性作用的構件模型。該模型從概念（Concept）、內容（Content）和語境（Context）三個不同方面來描述構件[3]：
。概念：關于構件做什么的抽象描述，可以通過概念去理解構件的功能。概念包括接口規范和語義描述兩個部分。
。內容：概念的具體實現，描述構件如何完成概念所刻畫的功能。
。語境：構件和外圍環境在概念級和內容級的關系，語境刻畫構件的應用環境，為構件的選用和適應性修改提供指導。
? ?但是3C模型本身沒有形式化的良好定義。在產業界，成熟的構件模型有OMG的CORBA、Microsoft的COM/DCOM/COM+和SUN的JavaBeans/EJB，它們三足鼎立，構成了實現級構件模型工業標準的競爭與互操作并存的格局。但這些構件模型有自己獨有的實現語法和語義，要實現異構構件的共享有一定困難。 許多文獻提出了自己的構件模型，及其相應的組裝方法。但這些模型通常局限于專有的領域，缺乏通用性。現有的構件模型一般認為構件由構件接口和構件內容兩部分組成，構件接口是為成功復用" title="復用">復用該軟件實體而需要提供給外界的所有信息，包括構件向外提供和請求的服務、構件的自描述信息和定制信息、構件的初始化、實例化和永久化方法以及構件對目標復用環境的依賴和構件組裝信息等[4]。構件內容就是直接復用的軟件實體，它可以具有源代碼、二進制碼、文檔、分析設計模型和腳本等不同的物理形態，并遵從一定的格式標準。XML語言被用來作為構件的描述語言，將有利于基于Web的構件復用。Java語言作為跨平臺的語言可用來實現構件內容。
3 基于構件的開發環境（Component-Based Development Environment）
??? 基于構件的開發的前提除了要有大量可供選擇的構件外，還需要有相應的工具支撐。CBDE可幫助用戶完成基于構件的開發過程，為構件的瀏覽、定制和組裝提供統一平臺，從而支持異構構件的集成和組裝。
3.1 CBDE的功能需求
??? CBDE的設計必須滿足如下七種需求[2]:
。?必須遵循模塊化設計的規則. CBDE環境能夠將構件的私有部分和公開部分進行分離. 私有部分無法從構件外部訪問,一般包括構件的實現和資源兩部分. 公有部分包括構件的自描述信息,實例化機制,以及可選的公共接口定義. 語法描述的基本單元是接口, 接口描述是獨立于構件, 根據接口描述開發商可以提供可互換的構件.
。?環境必須支持構件的自描述, 構件的元數據直接存儲在構件內部. 外部描述易造成構件實現與描述數據的不一致性, 且不易構件的查詢. 而內部自描述提供了自動生成描述文件的可能性; 減輕了對構件庫的要求;而且將構件之間的依賴關系描述也封裝在構件內部,利于構件實現的演化.
。?構件必須在一個全局的接口名字空間內定義和訪問. 這樣就能以全球唯一的方式命名構件接口,從而降低名字空間的語義匹配問題.
。?環境必須支持構件開發和應用組裝兩種開發過程. CBDE支持傳統的構件開發,但又擅長于支持應用組裝,構件開發集中在功能方面,應用組裝著重于應用的商業邏輯. 應用組裝是包含搜索,選擇,配置構件三步的一個迭代過程.
。 必須支持多種視圖,包括開發視圖,組裝視圖,類型視圖和實例視圖. 前兩者表示前述的面向構件的兩種開發過程, 后兩者表示組裝視圖的兩種刻面.?
。?必須解決構件的維護問題. 引用重用可以解決構件的演化問題. 引用重用意味著在Internet上保存引用構件的單一主備份， 一般CBDE以緩存機制提供復制功能, 同時CBDE在使用構件的應用和存放該構件的庫之間建立永久連接,這樣構件能實現自動更新.
3.2 Java語言對CBDE的支持
?? Java語言支持構件技術, 如SUN提出的構件模型有JavaBean和Enterprise Java Bean. 而且Java語言能很好的滿足第2節中提出的需求[2].
。?Java語言支持在類級和包級的封裝. 一個構件可以看成一個或多個類或者是一個包.
。?Java語言用接口實現比多重繼承更強的功能。接口和類可以同等對待，接口把方法的定義和類的層次區分開來，通過它可以在運行時動態地定位所調用的方法，有利于代碼的重用。
。?Java提供反射機制,能在運行時獲取構件的型構描述. 因此自動生成構件的自描述信息成為可能.
。?Java接口使用一種世界通用的名字空間定義, 例如包的命名定義以反向的Internet域名開始。
。?Java支持動態鏈接和后綁定。
4 原型實現
??? 基于上述思想，我們利用Java語言設計了構件組裝引擎的原型系統，系統的支撐運行環境如圖1示。Java作為構件的實現語言，XML作為構件的描述語言，基于XML的體系結構描述語言作為模式語言。組裝模式描述了構件間的連接方式，它被看作是與構件同等的實體。組裝模式描述了角色之間的交互關系，一個構件能扮演一個或多個角色，一個角色也可被不同的構件實現。該系統的主要功能模塊為：
1）．用戶需求的可視化表示到構件組裝腳本語言的轉換
a．?將用戶需求、構件的使用場景以及構件交互關系用相應的文檔表示格式記錄下來。
b．?構件間的交互可以用消息序列圖描述，傳送的消息來自面向領域構件間交互原語字典。這樣在描述構件和組裝模式時能避免對API的直接調用，增加重用性。
2）．構件組裝語言編譯器設計實現
? ? 包括語法分析器，語義分析器和代碼生成器。
??? 因為構件組裝語言采用XML語法結構，語法分析器可以使用XML相關技術實現。語義分析器主要是針對消息序列圖和組裝語義定義實現。代碼生成器完成構件組裝語言到最終系統編程語言的實現，主要是原語與具體API的映射。體現了應用＝構件＋腳本的理念。
結論
??? 本文給出了構件模型的研究現狀和存在問題，研究了基于構件的開發環境需滿足的條件，并利用Java語言實現了構件組裝引擎原型系統，可視化構件組裝模型的設計已應用于數據表示引擎系統中。
參考文獻
[1] Beugnard, A., Jézéquel, J.-M., Plouzeau, N., and Watkins, D. Making Components Contract Aware.
Computer 32, 7 (1999), 38-45.
[2] C. Lüer and D. Rosenblum, "WREN - An Environment for Component-Based Development", In Proceedings of the Joint 8th European Software Engineering Conference and 9th ACM Sigsoft International Symposium on the Foundations of Software Engineering (FSE-9), Vienna, 2001,
[3] Tracz, W., “Where Does Reuse Start?” Proc. Realities of Reuse Workshop, Syracuse University CASE Center, January 1990.
[4] 張波 基于XML的分布式軟件體系結構研究 中科院博士學位論文 2001
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