第10章基于组件开发的软件工程
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组件的技术的关键涉及组件做什么、构建交互的规 则、组件存在的环境等。相应的在实现中有各种支撑性 的技术： • 组件模型。研究组件的本质特征及组件间的关系； • 组件描述语言。以组件模型为基础，解决组件的精 确描述、理解和组装问题； • 组件分类与检索。研究组件的分类策略、组织模式 及检索策略，建立组件库系统，支持组件的有效管理。 • 组件复合组装。包括源代码级的组装和基于组件对 象互操作性的运行级组装； • 标准化。包括组件模型的标准化和组件库的标准化； • 软件架构。研究如何快速、可靠的应用可复用组件 进行系统构造的方式，着重于系统的整体结构和组件级 的关联。
通过研究下列问题确定用例：
针对每个参与者系统将完成哪些任务；参与者需要获知系统哪 些情况；参与者是否将外部的变化通知系统；系统要修改和建立哪 些信息，参与者如何参与其中；用例是否需要支持系统的管理和维 护等等。
仅给出用例的名称和简短描述，细化描述放在后面 分析或高层设计阶段。
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“业务组件需求”是指对用户有业务价值的需求， 因此该活动就是将用户需求分配给业务组件，即确保 并验证业务组件对用户有价值。
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2、 CBSE过程分析与高层设计
用户交互设计 架构选型
界面设计师
架构设计师
业务组件分析 数据模型设计 业务组件设计
产生： 系统架构文档
确定系统架构 服务组件需求
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10.3 CBSE过程
下图是Pressman给出的CBSE过程模型。 该模型强调 CBSE过程是一个并行的轨迹： 即领域工程和基于组件的开发并行的发生。 领域工程创建应用领域的模型，该模型作 为软件工程过程中分析用户需求的基础。领域 工程创建的结构模型为应用的设计提供了输入， 建立的可复用组件可被从事组件开发的软件人 员使用。
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需求接口
使用此组件的系统 应该提供的服务 component
服务接口（API）
由该组件提 供的服务
例如：
sensorManagement
addSensor
removeSensor
startSensor
sensorData
Data Collector
stopSensor testSensor
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组件关系的建模
该图 显示Order系统组件如何依赖于其他组件
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下图 显示Store组件的内部结构：
端口提供一种方法，它显示建模组件的服务/需求接口如何 与它里面的部分相关联 。 13 西安交通大学 刘海岩
基于组件开发的两种思路： 完成高层设计，对设计中的组件给出描述，以便找出 可复用的组件，这些组件可在体系结构层次上加入或 更详细的设计层次上加入。 先根据需求搜寻可复用组件，再将设计建立在获得的 组件基础上。 两种思路可结合起来。
这些与应用无 关的服务可被 不同的组件使 用
由组件模型提供的服务
为利用组件模型所提供的服务，将组件部署在预先定 义的标准的容器中。容器是一组接口，通过这些接口来访 问支持服务的实现。组件本身不能被其他组件直接访问， 8 西安交通大学 刘海岩 它们通过容器进行访问。
10.2 基于组件的开发
对于业务和商业系统，可复用的实体从细粒度的 函数到整个应用系统，而基于组件的开发为进行系统 化的复用创造了机会。 组件有两个关键特性: （1）组件是独立可执行的实体。组件的源代码是不 可能得到的，所以无需编译。 （2）组件所提供的服务可以通过其接口得到，而且 所有的交互都是通过接口实现的。组件接口表现为参 数化的过程，其内部状态是不会暴露出来的。 组件在大多数情况下可被看成有两种关联接口： 需求接口和服务接口。见下图：
设计系统 体系结构
描复用 系统需求 描述 搜寻并验证 可复用组件 对需求作 某些修改 复用驱动设计
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体系结构 设计
集成系统
组件合成
组件合成是通过组件组装来创建新系统的过程。 合成的类型包括： • 顺序合成：各个组件的服务接口组合在一起，可 能需要编写一些额外的代码来连接这些组件。 • 层次合成：一个组件直接调用另一个组件所提供 的服务。即由一个 “组合连接器”绑定一个组件的服 务接口到另外的一个组件的需求接口上。 。 • 叠加合成：多个组件接口集中在一起创建一个新 组件。重复操作需要删除。 （见下页图）
可重用资产分析
组件库中所积累的业务组件是经过多次复用并锤炼 的结果，其设计往往是经过优化调整的。上游活动识别 出的业务组件，应充分重视已有的成熟业务组件所提供 的参考意义，因此上游活动的工作成果会有一定的调整。
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确定并验证业务组件需求 需求是分层次的，能够体现软件系统将给用户带 来业务价值的需求称为用户需求。而软件为达到用户 需求所必须提供的功能（服务）属于下层的需求，有 时称为服务级需求，服务级需求是软件为达到用户需 求所必须提供的功能，其数量往往比用户需求高一个 数量级，这些需求在软件架构设计时再考虑。
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领域分析 领域 工程
软件架构开发
可复用组件开发
领域模型
结构模型
可复用 组件库
组件认证
组件适应
组件更新
分析
体系结构设计
组件组装
组件工程
应用软件
基于组件的应用 系统的开发
测试
一个支持 CBSE的过程模型 西安交通大学 刘海岩
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1、 CBSE过程的需求阶段
CBSE强调了软件复用，在需求阶段还有一些重要的目 标：识别并找出可复用的组件。主要角色、步骤、主 要文档见下图：
第10章 基于组件开发的软件工程
概念 基于组件的开发 基于组件的软件工程 （CBSE）过程
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1
10.1 有关概念
组件（Component）也称构件，是比对象更高级 的抽象。它是对一组类的组合进行封装，并完成一个 或多个功能的特定服务，并客户提供了多个接口。 因 此组件是可以被直接复用的、由组件接口与组件实现 两部分组成软件实体。 组件技术是应用级别的集成技术，涉及到组件的 描述方法、调用方法和运行体系。组件技术的基本思 想是将应用软件分解成一个个独立的单元，将软件开 发的过程转变成为类似于“搭积木”的搭建过程，通 过组装不同的软件组件来实现软件的集成。应用软件 的开发就成为各种不同组件的集成过程。
识别业务组件
确定业务组件 ，并将捕获的功能需求和非功能需求 分配给每个业务组件。
将用例分组可帮助确定业务组件。业务组件是完成 业务功能的整体，内部封装了展现逻辑、业务行为和数 据管理，实现给用户带来业务价值的用户需求。因此需 要深入考察业务词汇表或业务模型，理清各个业务概念 之间的关系，将需求结构化，使每个用例总是从属于一 个业务组件。
捕捉领域词汇 需求捕获 确定参与者和用例 识别业务组件
需求分析师 领域专家
组件库管理员
可重用资产分析 业务组件 需求规约 可重用组 件列表
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确定并验证业务组件需求
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捕捉领域词汇 定义系统开发过程中使用的领域词汇表或领域模型， 统一对所处领域的认识。具体方式有两种： ● 词汇表（采用自然语言） 如银行卡的卡号业务规则说明如下：
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A
A
A
B
B a）顺序合成
B b）层次合成 c）叠加合成
组件合成的类型
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在合成独立开发的可复用组件时，会经常面临接口不 兼容的问题，如：
• 参数不兼容：接口每一边的操作有相同的名字， 但参数的类型和数目不同。
• 操作不兼容：服务接口和需求接口操作名不同。 • 操作不完备：一个组件的服务接口是另一个组件的 需求接口的子集，或者相反。 对所有情况，都必须通过编写适配器组件来解决不兼 容的问题，可将一个组件的接口转换为另一个组件的 接口。
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组件模型
组件模型定义了组件实现、文档书写以及部署的 标准。这些标准为开发者确保组件的互操作性而设立。 最重要的模型有：CORBA、Enterprise Java Bean和 COM+。 组件模型的基本要素分类为： • 组件接口要素：规定如何定义组件接口及其包括 的要素，如操作名、参数及异常等。同时还指定接口 定义的语言（IDL）。 • 使用组件的需知信息要素：为使组件远程分布和 访问，需要给组件一个特定的名字。 COM+用128位 标识符， CORBA和EJB用的是“根”为因特网域名 的一个层次化的名字。该类要素中还有反映组件本身 接口和属性信息的元数据，以供用户访问。 • 组件部署要素：定义如何打包为一个可独立执行 的实体、何时和如何替换的控制规则。
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软件技术发展过程：
程序 = 算法 + 数据结构 软件 = 程序 + 文档 模块化（构件化）是软件的规模与复杂性 发展到一定程度时产生的必然结果 关注焦点的不同，形成了不同的技术： 数据与操作的封装 面向对象技术 利用网络计算环境 分布计算技术 利用已经开发出的软件 软件复用技术
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组件模型不仅是标准，同时还是那些支持组件执行的 中间件的基础。操作系统提供了一组可被应用使用的通用 服务，组件模型的实现提供了类似的共享的服务给组件。
水平服务 组件管理 并发 平台服务 寻址 接口定义 异常管理 组件通信 事务管理 持久性 资源管理 信息安全 这些基本服务 使组件间可以 相互通信
可重用资产分析
可重用服务组 件列表
组件库管理员 西安交通大学 刘海岩
确定服务组件需求
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用户交互设计 用户界面原型和流程设计，确定和优化交互过程， 提高系统的可用性。可用状态图表达“屏幕”或“页 面”的跳转流程。 架构选定 选择架构风格。利用构件平台提供的技术定义架 构。前期的用例模型通过标明哪些是与本系统交互的 外部系统来明确系统的边界。 业务组件分析 分析的客体是问题域。分析的目的是建立“理想 化”的解决方案，未考虑具体的技术环境。通过对业 务组件“黑盒”进行分析，确定从业务组件（给用户 带来业务价值的用户需求）到服务组件（为达到用户 需求必须提供的服务）的分解方案（用例由多个组件 的协作实现，或一个组件会服务于多个用例）。
Initialise
report listAll
数据采集组件的接口
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组件可用两个 区域来描述：
图中额外的区显示Order组件提供的服务接口和需求 接口，提供了名为 OrderEntry 和 AccountPayable 的服 务接口，也要求另外的组件提供名为Person的需求接口。
位数：16位 格式：xxxxxyyyyzzzzzzn 说明：xxxxx为银行卡组织为总行卡机构分配的标识号 yyyy为各银行发卡子机构分配的联行号 zzzzzz为发卡序号 n为检验位
●
领域模型（采用UML）
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需求捕获 捕获系统的功能需求和非功能需求 确定参与者和用例 确定与本系统交互的人或外部系统。 有助于确定系统的边界、有助于理解系统的目标。
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数据模型设计 应专人负责持久化机制。 业务组件设计 业务组件白盒化：确定接口、完成业务组件的服 务组件集以及每个服务组件的接口。每个业务组件的 职责可以借助服务组件之间的交互图来辅助发现。 组件的描述： 3C模型：Concept、Content、Context： 概念：描述组件可以做什么，完整的描述组件的 接口。 内容：描述组件是如何实现的，对维护人员才开 放。 上下文：描述组件的应用领域、使用环境，便于 开发人员选择适当的组件以满足应用需求。
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不论哪种技术 模块形式及模块之间的协作方式是关键问题
面向对象技术：
分布计算技术： 软件复用技术：
对象 对象之间的关联 不同节点上的运行程序 及程序之间的通讯 软件组件 软件组件的组装
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基于组件的软件工程（Component-Based Software Engineering，CBSE）强调使用可复用的组 件来建造软件系统。从“实现”系统转向“集成”系 统，它改变着软件的开发方式和人们的思维方式。它 支持“购买”而非“开发”的思想，真正改变了软件 生产模式。可实现下述要求： • 提供一种手段，使的应用软件可用预先编好的、 功能明确的产品部件定制而成，并可用不同版本的部 件实现应用的扩展和更新。 • 利用模块化方法，将复杂的难以维护的系统分解 为互相独立、协同工作的部件，并努力使这些部件可 重用。 • 突破时间、空间及不同硬件设备的限制，利用客 户和软件之间统一的接口实现跨平台的互操作。
组件的技术的关键涉及组件做什么、构建交互的规 则、组件存在的环境等。相应的在实现中有各种支撑性 的技术： • 组件模型。研究组件的本质特征及组件间的关系； • 组件描述语言。以组件模型为基础，解决组件的精 确描述、理解和组装问题； • 组件分类与检索。研究组件的分类策略、组织模式 及检索策略，建立组件库系统，支持组件的有效管理。 • 组件复合组装。包括源代码级的组装和基于组件对 象互操作性的运行级组装； • 标准化。包括组件模型的标准化和组件库的标准化； • 软件架构。研究如何快速、可靠的应用可复用组件 进行系统构造的方式，着重于系统的整体结构和组件级 的关联。
通过研究下列问题确定用例：
针对每个参与者系统将完成哪些任务；参与者需要获知系统哪 些情况；参与者是否将外部的变化通知系统；系统要修改和建立哪 些信息，参与者如何参与其中；用例是否需要支持系统的管理和维 护等等。
仅给出用例的名称和简短描述，细化描述放在后面 分析或高层设计阶段。
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“业务组件需求”是指对用户有业务价值的需求， 因此该活动就是将用户需求分配给业务组件，即确保 并验证业务组件对用户有价值。
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2、 CBSE过程分析与高层设计
用户交互设计 架构选型
界面设计师
架构设计师
业务组件分析 数据模型设计 业务组件设计
产生： 系统架构文档
确定系统架构 服务组件需求
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10.3 CBSE过程
下图是Pressman给出的CBSE过程模型。 该模型强调 CBSE过程是一个并行的轨迹： 即领域工程和基于组件的开发并行的发生。 领域工程创建应用领域的模型，该模型作 为软件工程过程中分析用户需求的基础。领域 工程创建的结构模型为应用的设计提供了输入， 建立的可复用组件可被从事组件开发的软件人 员使用。
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需求接口
使用此组件的系统 应该提供的服务 component
服务接口（API）
由该组件提 供的服务
例如：
sensorManagement
addSensor
removeSensor
startSensor
sensorData
Data Collector
stopSensor testSensor
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组件关系的建模
该图 显示Order系统组件如何依赖于其他组件
西安交通大学 刘海岩 12
下图 显示Store组件的内部结构：
端口提供一种方法，它显示建模组件的服务/需求接口如何 与它里面的部分相关联 。 13 西安交通大学 刘海岩
基于组件开发的两种思路： 完成高层设计，对设计中的组件给出描述，以便找出 可复用的组件，这些组件可在体系结构层次上加入或 更详细的设计层次上加入。 先根据需求搜寻可复用组件，再将设计建立在获得的 组件基础上。 两种思路可结合起来。
这些与应用无 关的服务可被 不同的组件使 用
由组件模型提供的服务
为利用组件模型所提供的服务，将组件部署在预先定 义的标准的容器中。容器是一组接口，通过这些接口来访 问支持服务的实现。组件本身不能被其他组件直接访问， 8 西安交通大学 刘海岩 它们通过容器进行访问。
10.2 基于组件的开发
对于业务和商业系统，可复用的实体从细粒度的 函数到整个应用系统，而基于组件的开发为进行系统 化的复用创造了机会。 组件有两个关键特性: （1）组件是独立可执行的实体。组件的源代码是不 可能得到的，所以无需编译。 （2）组件所提供的服务可以通过其接口得到，而且 所有的交互都是通过接口实现的。组件接口表现为参 数化的过程，其内部状态是不会暴露出来的。 组件在大多数情况下可被看成有两种关联接口： 需求接口和服务接口。见下图：
设计系统 体系结构
描复用 系统需求 描述 搜寻并验证 可复用组件 对需求作 某些修改 复用驱动设计
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体系结构 设计
集成系统
组件合成
组件合成是通过组件组装来创建新系统的过程。 合成的类型包括： • 顺序合成：各个组件的服务接口组合在一起，可 能需要编写一些额外的代码来连接这些组件。 • 层次合成：一个组件直接调用另一个组件所提供 的服务。即由一个 “组合连接器”绑定一个组件的服 务接口到另外的一个组件的需求接口上。 。 • 叠加合成：多个组件接口集中在一起创建一个新 组件。重复操作需要删除。 （见下页图）
可重用资产分析
组件库中所积累的业务组件是经过多次复用并锤炼 的结果，其设计往往是经过优化调整的。上游活动识别 出的业务组件，应充分重视已有的成熟业务组件所提供 的参考意义，因此上游活动的工作成果会有一定的调整。
西安交通大学 刘海岩 23
确定并验证业务组件需求 需求是分层次的，能够体现软件系统将给用户带 来业务价值的需求称为用户需求。而软件为达到用户 需求所必须提供的功能（服务）属于下层的需求，有 时称为服务级需求，服务级需求是软件为达到用户需 求所必须提供的功能，其数量往往比用户需求高一个 数量级，这些需求在软件架构设计时再考虑。
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领域分析 领域 工程
软件架构开发
可复用组件开发
领域模型
结构模型
可复用 组件库
组件认证
组件适应
组件更新
分析
体系结构设计
组件组装
组件工程
应用软件
基于组件的应用 系统的开发
测试
一个支持 CBSE的过程模型 西安交通大学 刘海岩
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1、 CBSE过程的需求阶段
CBSE强调了软件复用，在需求阶段还有一些重要的目 标：识别并找出可复用的组件。主要角色、步骤、主 要文档见下图：
第10章 基于组件开发的软件工程
概念 基于组件的开发 基于组件的软件工程 （CBSE）过程
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1
10.1 有关概念
组件（Component）也称构件，是比对象更高级 的抽象。它是对一组类的组合进行封装，并完成一个 或多个功能的特定服务，并客户提供了多个接口。 因 此组件是可以被直接复用的、由组件接口与组件实现 两部分组成软件实体。 组件技术是应用级别的集成技术，涉及到组件的 描述方法、调用方法和运行体系。组件技术的基本思 想是将应用软件分解成一个个独立的单元，将软件开 发的过程转变成为类似于“搭积木”的搭建过程，通 过组装不同的软件组件来实现软件的集成。应用软件 的开发就成为各种不同组件的集成过程。
识别业务组件
确定业务组件 ，并将捕获的功能需求和非功能需求 分配给每个业务组件。
将用例分组可帮助确定业务组件。业务组件是完成 业务功能的整体，内部封装了展现逻辑、业务行为和数 据管理，实现给用户带来业务价值的用户需求。因此需 要深入考察业务词汇表或业务模型，理清各个业务概念 之间的关系，将需求结构化，使每个用例总是从属于一 个业务组件。
捕捉领域词汇 需求捕获 确定参与者和用例 识别业务组件
需求分析师 领域专家
组件库管理员
可重用资产分析 业务组件 需求规约 可重用组 件列表
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确定并验证业务组件需求
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捕捉领域词汇 定义系统开发过程中使用的领域词汇表或领域模型， 统一对所处领域的认识。具体方式有两种： ● 词汇表（采用自然语言） 如银行卡的卡号业务规则说明如下：
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A
A
A
B
B a）顺序合成
B b）层次合成 c）叠加合成
组件合成的类型
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在合成独立开发的可复用组件时，会经常面临接口不 兼容的问题，如：
• 参数不兼容：接口每一边的操作有相同的名字， 但参数的类型和数目不同。
• 操作不兼容：服务接口和需求接口操作名不同。 • 操作不完备：一个组件的服务接口是另一个组件的 需求接口的子集，或者相反。 对所有情况，都必须通过编写适配器组件来解决不兼 容的问题，可将一个组件的接口转换为另一个组件的 接口。
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组件模型
组件模型定义了组件实现、文档书写以及部署的 标准。这些标准为开发者确保组件的互操作性而设立。 最重要的模型有：CORBA、Enterprise Java Bean和 COM+。 组件模型的基本要素分类为： • 组件接口要素：规定如何定义组件接口及其包括 的要素，如操作名、参数及异常等。同时还指定接口 定义的语言（IDL）。 • 使用组件的需知信息要素：为使组件远程分布和 访问，需要给组件一个特定的名字。 COM+用128位 标识符， CORBA和EJB用的是“根”为因特网域名 的一个层次化的名字。该类要素中还有反映组件本身 接口和属性信息的元数据，以供用户访问。 • 组件部署要素：定义如何打包为一个可独立执行 的实体、何时和如何替换的控制规则。
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软件技术发展过程：
程序 = 算法 + 数据结构 软件 = 程序 + 文档 模块化（构件化）是软件的规模与复杂性 发展到一定程度时产生的必然结果 关注焦点的不同，形成了不同的技术： 数据与操作的封装 面向对象技术 利用网络计算环境 分布计算技术 利用已经开发出的软件 软件复用技术
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组件模型不仅是标准，同时还是那些支持组件执行的 中间件的基础。操作系统提供了一组可被应用使用的通用 服务，组件模型的实现提供了类似的共享的服务给组件。
水平服务 组件管理 并发 平台服务 寻址 接口定义 异常管理 组件通信 事务管理 持久性 资源管理 信息安全 这些基本服务 使组件间可以 相互通信
可重用资产分析
可重用服务组 件列表
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用户交互设计 用户界面原型和流程设计，确定和优化交互过程， 提高系统的可用性。可用状态图表达“屏幕”或“页 面”的跳转流程。 架构选定 选择架构风格。利用构件平台提供的技术定义架 构。前期的用例模型通过标明哪些是与本系统交互的 外部系统来明确系统的边界。 业务组件分析 分析的客体是问题域。分析的目的是建立“理想 化”的解决方案，未考虑具体的技术环境。通过对业 务组件“黑盒”进行分析，确定从业务组件（给用户 带来业务价值的用户需求）到服务组件（为达到用户 需求必须提供的服务）的分解方案（用例由多个组件 的协作实现，或一个组件会服务于多个用例）。
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report listAll
数据采集组件的接口
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组件可用两个 区域来描述：
图中额外的区显示Order组件提供的服务接口和需求 接口，提供了名为 OrderEntry 和 AccountPayable 的服 务接口，也要求另外的组件提供名为Person的需求接口。
位数：16位 格式：xxxxxyyyyzzzzzzn 说明：xxxxx为银行卡组织为总行卡机构分配的标识号 yyyy为各银行发卡子机构分配的联行号 zzzzzz为发卡序号 n为检验位
●
领域模型（采用UML）
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需求捕获 捕获系统的功能需求和非功能需求 确定参与者和用例 确定与本系统交互的人或外部系统。 有助于确定系统的边界、有助于理解系统的目标。
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数据模型设计 应专人负责持久化机制。 业务组件设计 业务组件白盒化：确定接口、完成业务组件的服 务组件集以及每个服务组件的接口。每个业务组件的 职责可以借助服务组件之间的交互图来辅助发现。 组件的描述： 3C模型：Concept、Content、Context： 概念：描述组件可以做什么，完整的描述组件的 接口。 内容：描述组件是如何实现的，对维护人员才开 放。 上下文：描述组件的应用领域、使用环境，便于 开发人员选择适当的组件以满足应用需求。
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不论哪种技术 模块形式及模块之间的协作方式是关键问题
面向对象技术：
分布计算技术： 软件复用技术：
对象 对象之间的关联 不同节点上的运行程序 及程序之间的通讯 软件组件 软件组件的组装
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基于组件的软件工程（Component-Based Software Engineering，CBSE）强调使用可复用的组 件来建造软件系统。从“实现”系统转向“集成”系 统，它改变着软件的开发方式和人们的思维方式。它 支持“购买”而非“开发”的思想，真正改变了软件 生产模式。可实现下述要求： • 提供一种手段，使的应用软件可用预先编好的、 功能明确的产品部件定制而成，并可用不同版本的部 件实现应用的扩展和更新。 • 利用模块化方法，将复杂的难以维护的系统分解 为互相独立、协同工作的部件，并努力使这些部件可 重用。 • 突破时间、空间及不同硬件设备的限制，利用客 户和软件之间统一的接口实现跨平台的互操作。