1 引言
??? 構件是可獨立開發(fā)和部署的單元，它具有自包含性，可重用性?；跇嫾能浖_發(fā)可以提高軟件開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量, 基于構件的軟件開發(fā)要求相應的工具支持. 基于構件的開發(fā)環(huán)境" title="開發(fā)環(huán)境">開發(fā)環(huán)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(xiàn)狀" title="研究現(xiàn)狀">研究現(xiàn)狀，CBDE環(huán)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(tǒng)實現(xiàn)。
2 構件模型
??? 構件的表現(xiàn)形式多種多樣，但在組裝開發(fā)環(huán)境中應以一種統(tǒng)一的方式對其建模，才能實現(xiàn)異構" title="異構">異構構件的集成，實現(xiàn)真正的構件重用。
2.1 構件模型內(nèi)容
??? 構件模型定義了構件的本質(zhì)屬性，規(guī)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(tǒng)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(zhì)量級：刻畫構件所提供的服務的質(zhì)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(xiàn)狀
?? 目前在學術界和產(chǎn)業(yè)界出現(xiàn)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(nèi)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(guī)范和語義描述兩個部分。
。內(nèi)容：概念的具體實現(xiàn)，描述構件如何完成概念所刻畫的功能。
。語境：構件和外圍環(huán)境在概念級和內(nèi)容級的關系，語境刻畫構件的應用環(huán)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(chǎn)業(yè)界，成熟的構件模型有OMG的CORBA、Microsoft的COM/DCOM/COM+和SUN的JavaBeans/EJB，它們?nèi)愣α?，構成了實現(xiàn)級構件模型工業(yè)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(xiàn)語法和語義，要實現(xiàn)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?，F(xiàn)有的構件模型一般認為構件由構件接口和構件內(nèi)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(huán)境的依賴和構件組裝信息等[4]。構件內(nèi)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(tài)，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(xiàn)構件內(nèi)容。
3 基于構件的開發(fā)環(huán)境（Component-Based Development Environment）
??? 基于構件的開發(fā)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(fā)過程，為構件的瀏覽、定制和組裝提供統(tǒng)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(guī)則. CBDE環(huán)境能夠?qū)嫾乃接胁糠趾凸_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(xiàn)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(jù)接口描述開發(fā)商可以提供可互換的構件.
。?環(huán)境必須支持構件的自描述, 構件的元數(shù)據(jù)直接存儲在構件內(nèi)部. 外部描述易造成構件實現(xiàn)與描述數(shù)據(jù)的不一致性, 且不易構件的查詢. 而內(nèi)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(nèi)部,利于構件實現(xiàn)的演化.
。?構件必須在一個全局的接口名字空間內(nèi)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(huán)境必須支持構件開發(fā)和應用組裝兩種開發(fā)過程. CBDE支持傳統(tǒng)的構件開發(fā),但又擅長于支持應用組裝,構件開發(fā)集中在功能方面,應用組裝著重于應用的商業(yè)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(fā)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(fā)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(qū)分開來，通過它可以在運行時動態(tài)地定位所調(diào)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(tài)鏈接和后綁定。
4 原型實現(xiàn)
??? 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(tǒng)，系統(tǒng)的支撐運行環(huán)境如圖1示。Java作為構件的實現(xiàn)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(xiàn)。該系統(tǒng)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(zhuǎn)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(diào)用，增加重用性。
2）．構件組裝語言編譯器設計實現(xiàn)
? ? 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(xiàn)。語義分析器主要是針對消息序列圖和組裝語義定義實現(xiàn)。代碼生成器完成構件組裝語言到最終系統(tǒng)編程語言的實現(xiàn)，主要是原語與具體API的映射。體現(xiàn)了應用＝構件＋腳本的理念。
??? 構件是可獨立開發(fā)和部署的單元，它具有自包含性，可重用性?；跇嫾能浖_發(fā)可以提高軟件開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量, 基于構件的軟件開發(fā)要求相應的工具支持. 基于構件的開發(fā)環(huán)境" title="開發(fā)環(huán)境">開發(fā)環(huán)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(xiàn)狀" title="研究現(xiàn)狀">研究現(xiàn)狀，CBDE環(huán)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(tǒng)實現(xiàn)。
2 構件模型
??? 構件的表現(xiàn)形式多種多樣，但在組裝開發(fā)環(huán)境中應以一種統(tǒng)一的方式對其建模，才能實現(xiàn)異構" title="異構">異構構件的集成，實現(xiàn)真正的構件重用。
2.1 構件模型內(nèi)容
??? 構件模型定義了構件的本質(zhì)屬性，規(guī)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(tǒng)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(zhì)量級：刻畫構件所提供的服務的質(zhì)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(xiàn)狀
?? 目前在學術界和產(chǎn)業(yè)界出現(xiàn)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(nèi)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(guī)范和語義描述兩個部分。
。內(nèi)容：概念的具體實現(xiàn)，描述構件如何完成概念所刻畫的功能。
。語境：構件和外圍環(huán)境在概念級和內(nèi)容級的關系，語境刻畫構件的應用環(huán)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(chǎn)業(yè)界，成熟的構件模型有OMG的CORBA、Microsoft的COM/DCOM/COM+和SUN的JavaBeans/EJB，它們?nèi)愣α?，構成了實現(xiàn)級構件模型工業(yè)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(xiàn)語法和語義，要實現(xiàn)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?，F(xiàn)有的構件模型一般認為構件由構件接口和構件內(nèi)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(huán)境的依賴和構件組裝信息等[4]。構件內(nèi)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(tài)，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(xiàn)構件內(nèi)容。
3 基于構件的開發(fā)環(huán)境（Component-Based Development Environment）
??? 基于構件的開發(fā)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(fā)過程，為構件的瀏覽、定制和組裝提供統(tǒng)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(guī)則. CBDE環(huán)境能夠?qū)嫾乃接胁糠趾凸_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(xiàn)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(jù)接口描述開發(fā)商可以提供可互換的構件.
。?環(huán)境必須支持構件的自描述, 構件的元數(shù)據(jù)直接存儲在構件內(nèi)部. 外部描述易造成構件實現(xiàn)與描述數(shù)據(jù)的不一致性, 且不易構件的查詢. 而內(nèi)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(nèi)部,利于構件實現(xiàn)的演化.
。?構件必須在一個全局的接口名字空間內(nèi)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(huán)境必須支持構件開發(fā)和應用組裝兩種開發(fā)過程. CBDE支持傳統(tǒng)的構件開發(fā),但又擅長于支持應用組裝,構件開發(fā)集中在功能方面,應用組裝著重于應用的商業(yè)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(fā)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(fā)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(qū)分開來，通過它可以在運行時動態(tài)地定位所調(diào)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(tài)鏈接和后綁定。
4 原型實現(xiàn)
??? 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(tǒng)，系統(tǒng)的支撐運行環(huán)境如圖1示。Java作為構件的實現(xiàn)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(xiàn)。該系統(tǒng)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(zhuǎn)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(diào)用，增加重用性。
2）．構件組裝語言編譯器設計實現(xiàn)
? ? 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(xiàn)。語義分析器主要是針對消息序列圖和組裝語義定義實現(xiàn)。代碼生成器完成構件組裝語言到最終系統(tǒng)編程語言的實現(xiàn)，主要是原語與具體API的映射。體現(xiàn)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(xiàn)狀和存在問題，研究了基于構件的開發(fā)環(huán)境需滿足的條件，并利用Java語言實現(xiàn)了構件組裝引擎原型系統(tǒng)，可視化構件組裝模型的設計已應用于數(shù)據(jù)表示引擎系統(tǒng)中。
參考文獻
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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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