05软件构件技术概述(一)

程软件构件技术计算机与信息学院2010.12程声明•本课件为计算机与信息学院2010级硕士研究生课程《软件复用》专用；•本课件为非正式出版物，仅供选课同学参考，不得外传。

如有不当之处，欢迎指正、交流；•在制作本课件的过程中，参阅了大量的学术论文、论著和教材，有些没有一一列举，对它们的作者表示真诚的感谢。

程主要内容一、软件构件二、软件构件模型三、应用框架四、基于构件的软件开发方法软件复用硕士研究生课程一、软件构件1、构件的概念定义１：一个软件构件是一个可独立交付的软件单元，封装了设计和实现的内容，并向外提供接口，通过接口与其它构件组装成更大的整体；定义２：一个软件构件是一个仅通过契约化的接口和显式的语境依赖进行组装的单元，能够被独立地部署和由第三方组装；定义３：一个构件是体现一个目标问题域的语义，并独立于复杂的实现技术；定义４：一个构件代表一个自包含(Self-Contained)的实体，能够向其环境输出功能并可通过定义明确的开放的接口从环境输入功能；定义５：一个构件由一个动态变化的对象集组成，这些对象既可以在构件的内部也可能是其接口的一部分。

构件间既可以直接交互，也可以通过独立的对象进行胶合。

这是从对象实现技术的角度给出的构件定义；定义６：一个通过接口向外提供服务的软件包。

这是Microsoft 的技术文档给出的定义。

软件复用硕士研究生课程上述定义的共同要素是：软件构件是可以独立交付、发布的二进制功能单元，符合构件模型（或具有规范接口），不同构件开发机构开发的构件能够按应用的需要进行组装。

构件具有多种形态类、类树、框架、构架等构件具有多种层次分析件、设计件、代码件、运行件等构件需要多方面描述名称、属性、对外接口、所需接口等软件复用硕士研究生课程构件的表现（1）打包角度（Packaging ）：将构件作为发布、提交的单位。

强调构件是一组单元，可以作为整体被复用；（2）服务角度（Service ）：将构件作为功能的提供者，看成向消费者提供服务的软件实体。

同时强调了提供者和消费者之间的协议概念。

（3）完整性角度（Integrity ）：将构件看成一组软件共同维护它所操作数据的完整性，独立于其它构件的执行。

这一标准是构件易于更新的必要条件。

这里强调的是软件替换的概念打包Packaging Component服务完整性Component Specification Service Component Model ElementIndependentComponent Interface*****1图4.1从三个角度表示构件程•软件构件是一个可以独立开发与交付的软件单位，符合构件模型（或具有规范接口），向外界（如应用框架、其他构件或最终用户）提供服务。

不同的构件开发机构开发的构件能够按需要进行组装。

•构件应该具有以下属性：有用性、可用性、质量、适应性、可移植性。

•构件应该具备以下几个特征：自描述可定制可集成连接机制构件必须能够识别其属性、存取方法和事件，这些信息可以使开发环境将第三方软件构件无缝地结合起来提供一个典型的图形方式环境，软件构件的属性只能通过控制面板来设置构件必须可以被编程语言直接控制。

构件也可以和脚本语言连接或者与从代码级访问构件的环境连接构件必须能产生事件或者具有让程序员从语义上实现相互连接的其他机制程程程2.软件构件及性质构件是一个可独立开发和交付的软件单位，其设计和实现封装在一起，通过接口向外界（应用框架、其它构件或最终用户）提供服务。

（1）复用(reusability)，复用是构件存在的意义，也是构件技术的目的和发展驱动力；（2）封装(capsulizability)，构件是一个自包含的实体，封装了设计和实现细节，仅通过接口与外界交互；（3）定制(customizabiltiy)，构件可按照不同的应用需求进行定制，定制是构件组装必不可少的步骤。

（4）组装(compositability)，构件通过组装可以形成更大的整体（应用系统），组装是实施复用的手段。

软件复用硕士研究生课程 2 主要研究内容(1)构件获取，是从事有目的的构件生产的第一步，对已有系统进行分析和研究，从中挖掘提取有复用价值的构件；(2)构件模型，研究构件的本质特征和内部组织结构及构件间的关系，指导构件及构件系统的实现，如3C 模型；(3)构件描述语言，以构件模型为基础，解决构件的精确描述、理解及组装问题，如构件描述语言、构件组装描述符等；(4)构件分类与检索，研究构件分类策略、组织模式及检索策略，建立构件库系统，支持构件的有效管理；(5)构件组装，在构件模型的基础上研究构件的组装机制，包括利用特定组装工具进行的静态组装和基于构件互操作性的运行级组装。

(6)标准化，包括构件模型的标准化和构件库系统的标准化。

标准的建立和实施是构件技术得以充分发挥其优势的前提条件。

软件复用硕士研究生课程3.构件的表示与检索•W.Frakes从构件表示方法出发，将已发表的构件表示与检索方法分为人工智能（AI）方法、超文本方法和信息科学方法三类。

•i则按照构件表示的复杂度和检索效果的递增关系将已发表的构件表示与检索方法分为基于文本的、基于词法描述子的和基于规约的三类。

•W.Frakes重点讨论了应用信息科学的编目方法来实现构件的表示与检索的方法。

在信息科学方法中以枚举、刻面、属性值、关键词和正文等分类编目与检索方法最为常用，其中又以关键词(Keyword)分类和刻面(Faceted)分类两种方法应用最为常见。

(1)构件的分类软件复用硕士研究生课程•关键词分类方法原理简单，操作方便，易学易用。

构件按一组与之相关联的关键词进行编目，查询者通过给出关键词来查找所需构件。

关键词对相应构件的描述不够准确时，缺少上下文语境，容易产生歧义，因而查询效率较低。

•刻面分类方法选择能准确描述构件本质特征的一组特定视角，并将这些特定视角称为构件的刻面(Facets)，然后在刻面中定义一组术语（即关键词），并据此对构件进行分类。

各个刻面的术语共同构成结构化的术语空间。

术语仅限于在给定的刻面之中取值（也就是取自受控的词汇表）。

这一做法将关键词（术语）置于特定语境之中，从而提高构件的查询效率。

刻面的选择和术语空间的建立主要取决于构件库的领域特征和软件复的需求。

如REBOOT构件库中定义了抽象(Abstraction)、操作(Operations)、操作对象(OperatesOn)和依赖(Dependencies)四个刻面程根据构件形态分类：运行态目标码代码软件程根据构件功能分类：•每个应用系统的特有构成成分专用构件•应用系统所属领域的共性构成成分领域构件•特定于计算机系统的构成成分基础构件程使用环境应用领域功能表示方法层次...程构件之间的关系精化关系版本关系包含关系协作关系等1.01.11.4(2)构件检索软件复用硕士研究生课程•基于词法描述子的编码与信息科学编目方法中“基于受控词汇表”的表示方法类似。

必须在构件生产与应用的各个环节参与者间建立和维护公共词汇表。

在这一方法类中，最具特色是近似匹配算法。

近似匹配算法将基于偏序关系的检索扩展为基于距离的检索，从而可以利用带权语义网、模糊逻辑触发器和带权的术语空间•基于规约的编码和检索方法基于形式化的构件规约，排除了一般检索可能存在的编码二义性，具有良好的理论背景。

构件规约通常能够保证构件被准确找到和正确使用。

4 构件的组装软件复用硕士研究生课程•构件组装技术是基于构件的软件开发的核心技术。

构件必须经过组装才能形成应用系统，才能实现构件的价值。

因为构件的组装从构件生产与服务的反方向对构件技术的发展形成强大的约束。

构件本身的编程技术并不是难点，如何将构件组装成应用却受到构件模型与体系结构、构件粒度、运行环境、接口等要素的制约。

反过来，使这些因素尽可能地有利于构件的组装，则更为关键和重要。

•按其特征分为黑盒（Black-box）组装方法、白盒（White-box）灰盒（Grey-Box）组装方法，灰盒方法介于“黑”“白”之间，是当前技术发展的合适选择。

“灰盒”通过调整构件的组装机制而不是修改构件来达到应用系统组装的需求，在一定程度上保证了构件的“黑盒性”，同时又不要求构件集合的高度完备化。

因此，近来对构件组装技术的研究主要集中在灰盒方法方面。

1、灰盒组装（也称为灰盒复用）方法软件复用硕士研究生课程•基于框架（framework）的组装•基于连接子（connector）的组装•基于粘连码（glue code）的组装基于框架的构件组装技术软件复用硕士研究生课程Guijun Wang等提出了一个构件组装框架，框架分别在体系结构层、构件层和分布式对象基础设施三个独立的层次上考虑构件的组装问题，然后再将这三个层次连接起来形成构件组装框架。

在组装框架的基础上，还提出了基于Port和Link的构件组装方法。

使用这个方法，先定义各类Port和Link,并通过各种Link来组装带有各种Port的构件。

A.P.Barros等提出工作流构件框架（Workflow component framework）。

针对异构环境下不同工作流的互操作问题，定义了抽象通信（abstracted communication）和抽象服务接口（abstracted service interface）的概念，从而构造多工作流构件集成组装的体系框架。

在该体系框架下，各工作流构件只是一个个插件（plug-in），它们的组装通过抽象通信和抽象服务接口进行。

John Penix提出的构件自动自适应（adaptation）和集成的框架——Rebound。

由于其核心思想是通过构件规约及应用需求规约的匹配来选择构件的自适应策略，因而被称为“基于理解的复用”。

Rebound主要考虑了类型（type）, 接口（interface）及行为（behavior）三种类型的自适应。

构件组装则通过匹配问题形式规约和已有构件的规约来进行。

基于连接器的构件组装技术软件复用硕士研究生课程Michihiro Matsumoto等从研究构件连接器的可靠性出发，设计了支持高度可靠的基于构件的软件开发工具。

其提高可靠性的方法是自动验证求精后的需求规约和自动生成连接器。

工具以体系树（tree architecture）为基于构件的软件体系结构，用行为规约投影（projection-style behavioral specification）来表示原始需求规约和求精后的描述构件关联的规约，并根据求精后的规约中的连接器部分和原构件连接器之间的对应，自动生成连接器。

Bridget Spitznagel等提出了连接器模型及构造连接器的复合方法。

将连接器模型CM 定义为一个六元组：CM = (C，L，S，T，P，W)，C是构件中的应用程序代码，L是应用层下面的通信库、生成的存根等，S是由OS提供的底层服务，T是数据或参数表等，P是有关各部分调用关系的约束，W是有关连接子行为的形式规约。