基于構(gòu)件技術(shù)的軟件復(fù)用技術(shù)及其MIS應(yīng)用

“有效的開(kāi)發(fā)軟件”和“有效的復(fù)用軟件”一直是軟件工程領(lǐng)域兩個(gè)永恒的主題。軟件復(fù)用是提高軟件開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量的有效途徑，軟件復(fù)用的主要思想是，將軟件看成是由不同功能部分的“組件”所組成的有機(jī)體，每一個(gè)組件在設(shè)計(jì)編寫時(shí)可以被設(shè)計(jì)成完成同類工作的通用工具。這樣，如果完成各種工作的組件被建立起來(lái)以后，編寫一特定軟件的工作就變成了只是將各種不同組件組織連接起來(lái)的簡(jiǎn)單問(wèn)題，這對(duì)于軟件產(chǎn)品的最終質(zhì)量和維護(hù)工作都有本質(zhì)性的改變。

構(gòu)件技術(shù)是支持軟件復(fù)用的核心技術(shù)，是近幾年來(lái)迅速發(fā)展并受到高度重視的一個(gè)學(xué)科分支。它的出現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)MIS開(kāi)發(fā)過(guò)程的一次變革，是基于面向?qū)ο蟮?、以嵌入后馬上可以“即插即用”概念為中心、通過(guò)構(gòu)件的組合來(lái)支持應(yīng)用的技術(shù)體系。標(biāo)準(zhǔn)零部件生產(chǎn)業(yè)的獨(dú)立存在和發(fā)展是產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的前提。軟件產(chǎn)業(yè)要發(fā)展并形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的生產(chǎn)和構(gòu)件的復(fù)用是關(guān)鍵因素。而軟件復(fù)用模式是產(chǎn)業(yè)工程化、工業(yè)化的必由之路。這正是軟件復(fù)用受到高度重視的根本原因。

1 軟件復(fù)用與軟件構(gòu)件

1.1 軟件復(fù)用的基本概念

軟件復(fù)用是指重復(fù)使用“為了復(fù)用目的而設(shè)計(jì)的軟件”的過(guò)程[1]。軟件復(fù)用是在軟件開(kāi)發(fā)中避免重復(fù)勞動(dòng)的解決方案，它包括對(duì)軟件生產(chǎn)過(guò)程中其他勞動(dòng)成果的復(fù)用，如需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試用例和使用手冊(cè)等。

依據(jù)對(duì)可復(fù)用信息進(jìn)行復(fù)用的方式，可以將軟件復(fù)用區(qū)分為黑盒(Black-box)復(fù)用和白盒(White-box)復(fù)用。黑盒復(fù)用是指對(duì)可復(fù)用構(gòu)件不作任何修改，原封不動(dòng)地復(fù)用。這類可復(fù)用構(gòu)件比較通用，往往具有很好的封裝性，并具有標(biāo)準(zhǔn)的接口；而且這類構(gòu)件的復(fù)用率較高，因此要求有很高的質(zhì)量和可靠性。白盒復(fù)用是指在復(fù)用一個(gè)構(gòu)件時(shí)須對(duì)其進(jìn)行部分修改，以適應(yīng)具體應(yīng)用的需要。

1.2 實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用的關(guān)鍵因素

實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用的關(guān)鍵因素如圖1所示，主要包括：軟件構(gòu)件技術(shù)、領(lǐng)域工程、軟件構(gòu)架技術(shù)、軟件再工程、開(kāi)放系統(tǒng)技術(shù)、軟件過(guò)程、CASE技術(shù)，以及各種非技術(shù)因素[2]。


1.3 軟件復(fù)用過(guò)程

　軟件復(fù)用過(guò)程如圖2所示，可分為以下步驟：(1)認(rèn)識(shí)到有可能復(fù)用的機(jī)會(huì)；(2)分解、抽象；(3)分類并建立復(fù)用構(gòu)件庫(kù)；(4)檢索與選擇復(fù)用構(gòu)件；(5)對(duì)復(fù)用構(gòu)件具體化；(6)重新組裝成新軟件。


1.4 構(gòu)件的基本概念

在眾多的軟件復(fù)用開(kāi)發(fā)方法中，基于構(gòu)件的軟件開(kāi)發(fā)方法是一條有效、實(shí)際的軟件復(fù)用途徑。所謂構(gòu)件是指系統(tǒng)中可以明確辨識(shí)的構(gòu)成成份，軟件構(gòu)件是系統(tǒng)中具有一定意義的獨(dú)立構(gòu)成成份[3]。

構(gòu)件應(yīng)具備的基本特征：(1)復(fù)用：復(fù)用是構(gòu)件最基本的性質(zhì)，構(gòu)件的設(shè)計(jì)必須滿足能在新的應(yīng)用項(xiàng)目中使用；(2)封裝：是對(duì)外界隱藏構(gòu)件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，僅通過(guò)接口與外界交互，可以保證構(gòu)件功能復(fù)用的完整性和構(gòu)件開(kāi)發(fā)及交互的獨(dú)立性；(3)組裝：構(gòu)件可以通過(guò)組裝形成新的構(gòu)件或系統(tǒng)，組裝是構(gòu)件復(fù)用的手段；(4)粒度：構(gòu)件是有大小的，與領(lǐng)域相關(guān)的構(gòu)件粒度大；(5)層次：構(gòu)件可以按層次進(jìn)行劃分，企業(yè)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜邏輯可以通過(guò)分層來(lái)解決。

2 基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)

對(duì)于構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)按可復(fù)用的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、打包、編寫文檔。構(gòu)件應(yīng)當(dāng)是內(nèi)聚的，并具有相當(dāng)穩(wěn)定的公開(kāi)的接口。有的構(gòu)件具有廣泛的可復(fù)用性，可復(fù)用到眾多種類的應(yīng)用系統(tǒng)中。而有的構(gòu)件則只能在有限的特定范圍內(nèi)被復(fù)用。

復(fù)用者從軟件體系結(jié)構(gòu)和可復(fù)用構(gòu)件的模型入手，將現(xiàn)成的可復(fù)用資產(chǎn)匯集在一起，以滿足客戶的需求。復(fù)用者應(yīng)當(dāng)利用可復(fù)用資產(chǎn)提供的可變性機(jī)制對(duì)所需的構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)化。如果僅利用現(xiàn)有的可復(fù)用構(gòu)件還不足以完全滿足客戶所有的需求，則就需要另外編程。最后，把所需要的構(gòu)件集成在一起，并進(jìn)行測(cè)試，形成應(yīng)用系統(tǒng)。

單獨(dú)的一個(gè)構(gòu)件往往用處不大，但若干個(gè)構(gòu)件聯(lián)合起來(lái)，用處就大了。所以要將相關(guān)的構(gòu)件組織在一起，形成構(gòu)件系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中的開(kāi)發(fā)者往往需要使用多個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，因此，應(yīng)當(dāng)把構(gòu)件系統(tǒng)當(dāng)作系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行管理，必要時(shí)可自行開(kāi)發(fā)構(gòu)件系統(tǒng)。一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)的規(guī)?？纱罂尚?，小到只有幾個(gè)構(gòu)件及支持文檔。

應(yīng)用系統(tǒng)要復(fù)用公共的構(gòu)件，要從構(gòu)件系統(tǒng)中挑選所需的可復(fù)用構(gòu)件。構(gòu)件系統(tǒng)中的構(gòu)件之間存在若干種關(guān)系，例如，一個(gè)構(gòu)件可從其他構(gòu)件那里繼承其功能(即繼承關(guān)系)，也可以發(fā)送消息給其他構(gòu)件，或者可以與其他構(gòu)件聯(lián)合、支持協(xié)同工作。

總之，一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)是能提供一系列具有可復(fù)用特性的系統(tǒng)產(chǎn)品。這些特性被實(shí)現(xiàn)為相互依賴相互連接的眾多構(gòu)件，包括眾多的類型、軟件包和文檔。一個(gè)好的構(gòu)件系統(tǒng)使得復(fù)用者能夠又快、又好、又省地開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。對(duì)構(gòu)件系統(tǒng)中的每個(gè)構(gòu)件，都要精心地進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使得它具有適當(dāng)?shù)撵`活性，能夠與其他構(gòu)件(甚至與其他構(gòu)件系統(tǒng))協(xié)同工作，向復(fù)用者提供適當(dāng)層次的功能。構(gòu)件系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是易于理解和易于使用的，每個(gè)構(gòu)件類型、類以及與其他構(gòu)件的相互作用，均應(yīng)當(dāng)有良好的文檔，并且所使用的術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)具有一致性，對(duì)構(gòu)件應(yīng)當(dāng)是仔細(xì)地進(jìn)行建模、實(shí)現(xiàn)、制作文檔、測(cè)試，以便于以后的有效維護(hù)和改進(jìn)。

3 軟件復(fù)用技術(shù)在MIS中的應(yīng)用

基于可復(fù)用構(gòu)件MIS的開(kāi)發(fā)過(guò)程如圖3所示，有如下5個(gè)步驟：

(1)需求分析
基于可復(fù)用構(gòu)件的MIS需求分析可以采用改進(jìn)后的信息模型法，在數(shù)據(jù)分析、建立穩(wěn)定的數(shù)據(jù)集合和邏輯數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，從信息模型、狀態(tài)模型和功能模型中組織構(gòu)件，建立系統(tǒng)模型。更多的是采用OOA，由此提煉的類構(gòu)件對(duì)構(gòu)件復(fù)用更有利。要利用在開(kāi)發(fā)MIS系統(tǒng)之初準(zhǔn)備的構(gòu)件庫(kù)，并收集一些已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的MIS的總體設(shè)計(jì)、規(guī)范、局部流程以及某些人機(jī)界面、通用功能模塊、簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)工具等。使用戶需求的系統(tǒng)模型盡可能與已經(jīng)收集的可復(fù)用構(gòu)件等成分相聯(lián)系。
(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在構(gòu)件復(fù)用情況下，由于代碼被封裝于構(gòu)件之中，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)應(yīng)是可以實(shí)現(xiàn)的構(gòu)件表達(dá)式，以支持后續(xù)的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。MIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)在內(nèi)容上包括了數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和過(guò)程設(shè)計(jì)等，在階段劃分上，又可以分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。在概要設(shè)計(jì)階段，MIS設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定系統(tǒng)的概況，即把需求轉(zhuǎn)化為概念數(shù)據(jù)模型和軟件體系結(jié)構(gòu)，該階段的工作需要MIS構(gòu)件庫(kù)的支持。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，邏輯數(shù)據(jù)模型通過(guò)進(jìn)一步細(xì)化轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)模型，如數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。為了使體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)變?yōu)榭赡?，需要將體系結(jié)構(gòu)中的過(guò)程構(gòu)件(模塊)定義映射成實(shí)際程序構(gòu)件的結(jié)構(gòu)化表達(dá)式。對(duì)相對(duì)于構(gòu)件庫(kù)無(wú)解的模塊需要進(jìn)行原先的過(guò)程設(shè)計(jì)。至此，需求信息已轉(zhuǎn)換為程序員可以接受的設(shè)計(jì)方案。
(3)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
在MIS實(shí)現(xiàn)中，首先是數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)MIS建模工具自動(dòng)在DBMS上完成，也可以由用戶利用相應(yīng)工具手工完成。其次是把構(gòu)件表達(dá)式變成程序?qū)崿F(xiàn)，將進(jìn)行過(guò)程分析得到的描述信息稱為過(guò)程構(gòu)件。對(duì)于過(guò)程構(gòu)件，可以用某一具體語(yǔ)言加以實(shí)現(xiàn)，最好使用對(duì)象對(duì)其進(jìn)行封裝。對(duì)于無(wú)需改動(dòng)的可復(fù)用構(gòu)件，僅需要根據(jù)構(gòu)件索引將其從構(gòu)件庫(kù)中提取出來(lái)，作為MIS的一個(gè)模塊。多數(shù)情況下，需要對(duì)提取出的構(gòu)件進(jìn)行改造以適應(yīng)新的應(yīng)用系統(tǒng)。常見(jiàn)的改造形式是修改源程序，還可以通過(guò)面向?qū)ο蟮睦^承、重載及動(dòng)態(tài)編聯(lián)等特性進(jìn)行改造。在一些情況下，還需要組合幾個(gè)構(gòu)件形成更大粒度的構(gòu)件以滿足某一特定功能需要。通過(guò)以上方法形成各個(gè)功能模塊，再將這些模塊通過(guò)控制模塊聯(lián)系起來(lái)形成應(yīng)用系統(tǒng)雛形。
(4)系統(tǒng)測(cè)試
根據(jù)需求分析中提出的功能要求、性能要求等設(shè)計(jì)測(cè)試用例，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面測(cè)試、驗(yàn)證、優(yōu)化，形成MIS系統(tǒng)原型，提交給用戶評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)意見(jiàn)，返回前面的相關(guān)步驟，進(jìn)行修改。通過(guò)復(fù)用上次開(kāi)發(fā)過(guò)程的成果，可以很快形成新的原型，直到需求得到滿足，MIS系統(tǒng)發(fā)布為止。
(5)系統(tǒng)維護(hù)
基于可復(fù)用構(gòu)件的MIS由于其自身的特點(diǎn)，因此必須重新考慮MIS的維護(hù)問(wèn)題。一個(gè)基于可復(fù)用構(gòu)件的MIS采用的構(gòu)件可以是COTS構(gòu)件、公開(kāi)構(gòu)件、自由構(gòu)件、共享構(gòu)件等。對(duì)構(gòu)件集成者來(lái)說(shuō)，當(dāng)把這些構(gòu)件集成到系統(tǒng)中時(shí)，由于缺乏部分或全部源代碼，使得維護(hù)變得十分困難。如果構(gòu)件全部是“黑盒”，其可見(jiàn)部分僅局限于描述構(gòu)件的使用和功能的文檔上，那么這對(duì)全部由黑盒構(gòu)成的系統(tǒng)的維護(hù)，又增添了新的難度。對(duì)構(gòu)件賣主來(lái)說(shuō)，不能只考慮特定MIS應(yīng)用領(lǐng)域的某一源代碼塊，而應(yīng)維護(hù)被不同用戶所使用的所有代碼。因?yàn)槊總€(gè)MIS應(yīng)用可能在需求上有一點(diǎn)差別，修改后的構(gòu)件必須對(duì)所有的MIS都適用。
通過(guò)對(duì)基于構(gòu)件的軟件復(fù)用的研究及其在MIS中的應(yīng)用，可以提高軟件生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)的工業(yè)化水平，大大提高了軟件開(kāi)發(fā)的效率、質(zhì)量和可維護(hù)性，特別是領(lǐng)域內(nèi)構(gòu)件技術(shù)的應(yīng)用更有價(jià)值和應(yīng)用前景。目前正在致力于MIS領(lǐng)域的軟件重用技術(shù)和軟件構(gòu)件技術(shù)的研究，希望通過(guò)對(duì)這一領(lǐng)域技術(shù)的研究，能夠探索出一條管理信息系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)軟件開(kāi)發(fā)的低投入、高效率、高質(zhì)量的有效途徑。