构件化领域框架设计与实现

1、构件化领域框架设计与实现    摘要文中介绍了由东北大学软件中心研究开发的构件化领域框架系统NESC.它以构件技术、软件体系结构技术和应用软件开发技术为基础，采用了界面、规则和存储的层次化结构，实现了规则控制、时空关系描述、可视化信息表达、构件静态组合、功能动态组合、分布式构件管理等功能.框架体系结构设计通过应用-技术二维划分、功能提取、局部封闭和全局分层等技术实现，可望达到合理规划设计构件，简化依赖关系，提高运行效率，增强构件通用性以及清晰应用系统概念和结构的目的.关键词软件构件，软件体系结构，领域框架中图法分类号TP311.5NESCA COMPON

2、ENT-BASED DOMAIN SPECIFIC SOFTWARE FRAMEWORKAbstractNESC, the component-based domain specific software framework developed by the Software Center of Northeastern University, is introduced in the paper. Based on software component technology, software architecture technology, and technology of softwa

3、re application development, NESC is constructed using a layered architecture which contains GUIs, business rules, and data access. Goals can be attained such as rule-control, time-and-space-description, visible information expression, static composition of software components, dynamic assembling of

4、system functions, and management of distributed components. The design of NESC uses many system engineering methods such as latticing components by application and technology, distillation of system functions, partial encapsulation and system delamination, all of which can help to design the compone

5、nts reasonably, simplify relationship, enhance runtime efficiency, improve the universality of software components, and purify the concept and structure of application systems.Key wordssoftware component, software architecture, domain specific software framework1引言与软件技术相伴发展的硬件技术在这几十年中取得了显著的成绩.硬件系统的复

6、杂度很高，但与软件相比，设计和实现错误却较少.硬件设计从微观集成电路到宏观的分布式系统均充分体现了技术重用的思想，系统中每一子系统的设计都经过了详尽的分析和测试，上层系统由多个可靠的下层子系统构造而成.所以经过几十年的知识积累，硬件产业终于达到了今天的高峰13.2构件化领域框架的设计NESC是由东北大学软件中心设计实现的具有较广适用范围的信息处理构件化领域框架.它采用了界面、规则和存储的基本层次化结构，以分布式对象技术为基础，实现了规则控制、时空关系描述、可视化信息表达、构件静态组合、功能动态组合、分布式构件库管理等功能.框架体系结构设计通过应用-技术二维划分、功能提取、局部封闭和全局分层等技

7、术实现，可望达到合理规划设计构件，简化依赖关系，提高运行效率，提高构件通用性以及清晰应用系统概念和结构的目的.NESC框架主体是层次结构，其中包括5个功能部分：功能构件集；数据存取服务；分布构件管理；构件组合以及远程方法动态组合.如图1所示 图1NESC框架结构功能构件集是用户实现新功能构件的基础，其中的基本构件实现了框架所提供的一些信息系统基本功能，用户利用它们可以实现更复杂的功能构件；用户自定义构件可作为新构件加入其中，作为框架资源向上层提供支持.数据存取服务构件支持系统的各种商业数据库操作，它实现的功能包括数据库维护、数据访问界面定义、数据高层分类等功能；该构件功能相对完整和独

8、立，可以作为基本构件支持远程方法动态组合和基于规则的构件组织.分布式构件管理构件实现分布式环境下的构件资源管理功能，维护业务系统与构件之间的依赖关系，并依此及时刷新业务系统.构件组合构件基于功能构件集和数据存取服务构件实现功能相对独立的系统，构件组合系统根据应用需求设立系统关键点，通过关键点与构件之间的关联构造组合规则，目标系统根据组合规则组织构件执行，完成整体功能.远程方法动态组合构件可以将分布的、相对独立功能系统组合在同一操作环境中，该操作环境只需通过把柄即可将位于其它机器中的功能包括界面一同在客户端启动46.3实现机制框架采用面向对象方法，设计整个系统由一组构件组成，构件之间定义了确定的

9、通信协议，具体采用Java/RMI/Beans/JDBC等技术实现.3.1功能构件集功能构件集实现的最基本的两个构件是空间属性控制构件和时间属性控制构件.空间属性控制构件实现资源在三维空间中的相互依赖关系，而时间属性控制构件实现资源在时间关系上的相互依赖关系.通过空间和时间构件的复合作用可以将业务系统中构件之间的基本依赖关系规范实现，为上层构件组合系统的工作提供良好的基础.如图2所示. 图2构件关系示意空间属性控制构件内部维护着一个三维空间坐标系，系统以此坐标系为基础实现多种抽象空间数据对象，如点、线、面和域.抽象空间数据对象实现三维坐标系统中的相关空间操作功能，如空间关联，空间搜索

10、，空间量计算等等.各种资源（包括构件）所具有的空间属性均由该构件统一管理和维护.该构件通过可视空间GUI为用户提供直观操作功能.时间属性控制构件内部维护着一组时间坐标系统，其中唯一的绝对时间坐标系统与自然时间一致，其它相对时间坐标系统均以绝对时间坐标系统为基础.每一相对时间坐标系统可描述时间上相互依赖的一组功能构件，具有并发、交叉等复杂时间关系的功能构件可能需要多个相对时间坐标系统相互配合实现其中的相互依赖关系.3.2数据存取服务功能构件数据库是商业信息处理系统的基础.数据存取服务功能构件以通用关系型数据库为基础，实现了数据库操作的各种通用功能，其中包括数据库维护子构件，面向业务信息描述的元数

11、据管理子构件和数据库访问子构件.数据库存取服务构件内部以层次结构实现，数据库维护构件实现的功能包括系统信息模式维护以及系统的各种数据库基本操作.该子构件是整个数据库构件的基础，它在向上层元数据管理子构件和数据库访问子构件提供支持的同时，也要将其部分功能直接通过应用接口向外公开.元数据管理子构件是整个构件的核心，元数据是业务系统中数据关系之外的语义信息，它提供各种技术数据处理过程中所需的描述信息及用户所理解的商业信息和数据语义描述.子构件由3部分构成：商业规则API，多维数据库技术和语义分析层.如图3所示. 图3数据存取服务构件结构数据库访问子构件是整个构件的主体界面，它实现各种可视的

12、数据库操作功能，其中包括表格和报表定义、维护及运行等功能.该子构件以数据库维护子构件和元数据管理子构件为基础，实现业务系统中大量的数据库访问功能.由于该构件可能嵌入业务系统而成为其一部分，所以保证了系统运行的高效性.3.3分布构件管理器分布构件管理器是构件化应用系统的核心，它通过对功能构件集和数据存取服务功能构件的管理为上层构件组合系统提供全面的支持.管理器具体功能包括：动态构件档案维护，业务系统构件引用情况分析，分布式构件管理等功能.构件管理器在构件组合系统构造业务系统时，要为业务系统构造业务系统构件引用表，该表随业务系统变化由管理器对其进行动态维护.业务系统构件每次运行前向管理器咨询，管理

13、器根据构件版本情况指导业务系统装配新版构件.3.4构件组合系统 图4构件组合在这里，业务系统的实现就是将其按照构件化体系结构进行设计的过程.应用系统中构件之间的关系根据业务情况可能非常复杂，通过空间和时间依赖关系的提取后，构件之间的依赖关系得到了简化.由于空间和时间依赖关系实现比较规范，运行效率也较高，所以进行设计时应尽量通过时空关系实现构件之间的依赖.3.5远程方法动态组合系统远程方法动态组合功能实现分布式环境下的独立功能调用.它由两部分组成，服务器向外部提供本地实现的各种独立功能；客户端实现通过网络查询、连接和调用异地服务器提供的功能.如图5所示，客户端与服务器并行存在，所以每一

14、应用系统在使用由其它远程功能方法的同时也将自身的功能方法开放，供其它系统使用.系统运行时，每一客户均可在确定的环境中动态查询由远程方法服务器实现的方法，并根据需要建立动态连接.服务器负责对调用者权限的检查，以决定是否向其提供服务. 图5远程方法动态组合4结束语CORBA，ActiveX和Java技术为构件技术的发展带来了新的空气；软件体系结构的研究成果进一步明确了领域框架在应用软件系统中的作用；东北大学软件中心参与开发的近百项应用软件系统也为我们的工作奠定了基础.NESC作为我中心基于Java构件技术设计实现的一个构件化领域框架系统，是一个较通用的信息处理系统开发平台，基于此框架可以

15、有效地实现异构环境下的分布式系统信息处理系统.目前，该系统正处于功能完善阶段.以该框架为基础的组件化分布式地理信息系统支撑平台、组件化商业办公自动化系统等项目的开发工作也正在顺利展开47. 参考文献1Sefika M. Design conformance management of software systems:An architecture-oriented approach Ph D dissertation.University of Illinois,Urbana-Champaign,19962Garlan D, Shaw M. An introduction to software architecture. CMU SEI Tech Rep:CS-94-166,19943Gacek C. Exploiting domain architectures in software reuse.University of Southern California,Tech Rep: USC/CSE-95-TR-501.4Java Remote Method Invocation Specification.Sun Microsystems, Inc5Java Beans Specification.Sun Microsystems