软件复用与构件技术简介

软件复用与构件技术简介
李 戈
北京大学 信息科学技术学院 软件研究所 2008年10月16日

北京第三届优秀软件构件评选
支持单位： 北京市科学技术委员会 主办： 北京软件行业协会 北京软件与信息服务业促进中心 北京软件产业基地公共技术支撑体系 承办： 北京软件产品质量检测检验中心 北京大学

北京第三届优秀软件构件评选
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提升北京市软件企业的核心竞争力 –帮助企业提高软件开发技术与研发能力，提 高软件开发效率，降低软件开发成本 推动以企业为主体、产学研相结合的技术创新体 系的建设 促进北京软件产业的变革，使软件产业走上工程 化、工业化的发展轨道
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软件企业的现状与问题
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现状：
– 软件系统的规模和复杂度不断提高 – 对生产效率和产品质量的要求不断提高
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问题 问题：
– 如何提高软件生产的效率？ – 如何掌控软件产品的质量？ – 生产效率 与 产品质量 怎可得兼？

为什么需要软件复用
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应用软件系统的一般开发模式
设计 实现 测试 运行
需求分析
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基本特征：应用系统的开发总是从头开始
– 每个应用系统的开发均涉及大量的重复劳动
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用户需求获取的重复 需求分析、设计的重复 编码实现的重复 测试工作的重复 文档工作的重复

为什么需要软件复用
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应用系统的构成成分分类
– 探讨应用系统的本质，其构成成分可分为：
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特定于计算机系统的构成成分 应用系统所属领域的共性构成成分 每个应用系统的特有构成成分
系统专用的构成成分 软件系统的 构成成分 领域共用的构成成分 通用的系统构成成分

什么是软件复用
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避免重复劳动的解决方案－－软件复用 避免重复劳动的解决方案 软件复用
– 应用系统的开发不再采用一切“从零开始”的模式 – 充分利用过去应用开发中积累的知识和经验： 充分利 去应 发中 的知
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需求分析结果、设计方案、源代码、测试计划及 案例等
– 以已有的工作为基础，重点关注应用的特殊性
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软件复用
– 重复使用“为了复用目的而设计的软件”的过程 复使 为 复 的 计的软件 的

软件复用的历史
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软件复用概念的提出
– 1968年NATO软件工程会议
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之前 子程序的概念也体现了复用的思想 之前，子程序的概念也体现了复用的思想
– 目的，是为了节省当时昂贵的机器内存资源 ? 并不是为了节省开发软件所需的人力资源 – 然而，子程序的概念可以用于节省人力资源的目的 – 从而，出现了程序库——将一些通用子程序收集到程 序库中，供其他程序员在编程时使用 – 例如，数学程序库就是一个成功的子程序复用

软件复用的历史
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在其后的发展过程中
– 有许多复用技术的研究成果和成功的复用实践活动 – 但是，复用技术在整体上对软件产业的影响却并不尽 如人意 ? 这有技术方面和非技术方面的种种因素 ? 其中技术上的不成熟是一个主要原因
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近十几年来，面向对象技术的出现并逐步成为主 十几年来 面向对象技术的出现并 步成为 流技术
– 为软件复用提供了基本的技术支持 – 软件复用研究重新成为热点 – 被视为解决软件危机，提高软件生产效率和质量的现 实可行的途径

软件复用的历史
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复用的发展反映出复用的不同层次
– 低级的复用（被动的复用） – 高级的复用（主动的复用） 高级的复 主动的复
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软件复用包括两个相关的过程 件 个
– 开发可以复用的软件成分 – 利用可复用的软件成分构造新的应用系统
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软件复用是必然
– 实践证明，软件复用是解决软件危机，提高软件生产 效率和软件产品质量的现实可行的途径。

如何进行软件复用
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软件复用的基本原则
– 必须有可以复用的对象 – 要复用的对象必须是有用的 复 的对象 有 的 – 需知道如何去使用被复用对象
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需要解决的问题：
– 可复用的对象是什么？ – 如何构造具有良好可复用性的复用对象？ – 如何管理可复用对象？如何管理软件开发的过程？

如何进行软件复用
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传统工业的复用方式
– 如汽车 如汽车、飞机、船舶制造业，建筑业 飞机 船舶制造业 建筑业 – 其成功的基本模式是 ? 符合标准的构件生产 ? 基于标准构件的产品生产（组装） – 其中构件是核心和基础，复用是必需的手段 其中构件是核心和基础 复用是必需的手段
阶段1：符合 标准的零部件 （构件）生产
阶段2：基于 标准零部件的 产品生产

软件产业的工业化生产模式
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实践 明 实践证明
– 这种模式是产业工程化、工业化的必由之路 – 是软件产业发展的良好借鉴 – 这正是软件复用受到高度重视的根本原因
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借鉴传统产业的工业化生产模式，被认为是解决“软件 危机”，提高软件开发效率和质量，实现软件产业工业 化生产方式的重要途径
软件复用过程：
阶段1：可复 用软件资产的 生产 阶段2：基于可 复用软件资产的 应用系统开发

基于构件的软件开发
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CBSD
– Component Based Software Development
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基于构件的软件开发
– 生产具有良好可复用性的构件 – 利用已有的构件资源进行组装
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软件复用的有效途径
– 重复使用“为复用目的而开发的软件构件” – 生产模式：从传统的软件编码工作转换为以软件构件为基础的 系统集成组装
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软件工业化生产的必然
– 软件的复杂性、构造性、演化性使之成为必然

软件复用相关技术
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基于构件的软件复用支持技术
领域工程 软件再工程 软件构架 开放系统技术 非 技 术 因 素
软 件 过 程
构件、构架 构件 构架 获取
构件标准化 与描述
构件分类、 存储与检索
构件 组装
软件构件技术
CASE技术

什么是软件构件
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概念的由来
– 1968年NATO软件工程会议，Mcllroy的论文 “大量 生产的软件构件”提出了“ 生产的软件构件 提出了 Software Component p ”一 词。 – “Component”一词的翻译：“构件”与“组件”
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软件构件（Software Component）
– 应用系统中具有相对独立性 应用系统中具有相对独立性，且可以明确辨识的构成 且可以明确辨识的构成 成分。 可复用软件构件（ 件 件 Reusable Software Component p ） – 可复用构件是指具有相对独立的功能和可复用价值的 构件
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对软件构件概念的理解
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狭义的构件
– 软件系统中具有相对独立功能、可以明确辨识、接口 由契约指定、和语境有明显依赖关系、可独立部署、 且多由第三方提供的可组装软件实体。 且多由第三方提供的可组装软件实体 – 既包括以EJB,COM/DCOM，ActiveX，Web Services 等形式存在的可运行二进制程序 也包括经过封装的 等形式存在的可运行二进制程序，也包括经过封装的 源代码程序。
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广义的构件
– 随着对软件复用理解的不断深入，软件构件概念的外 延也在扩展。 – 从构件实体到需求规约、系统构架、设计文档、测试 案例等各种具有复用价值的软件资源都可称为构件。

做什么样的构件
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构件模型
– 对现实构件世界（问题空间和设计空间）的抽象 – 研究构件的本质特征及构件间关系 – 实现系统化复用的第一个关键因素 – 标准化工作的基础 软件复用是一项复杂的系统工程。要建立系统化的复用 计划，建立合适的构件模型是第 步。 计划，建立合适的构件模型是第一步。 系统化复用的实施涉及众多不同人员，不同的人员对对 构件的关 角度不同 很难建 统 的模型来满足不同 构件的关心角度不同，很难建立统一的模型来满足不同 方面的需求，需要从不同的角度、在不同的抽象层次上 看待构件，需要一组构件模型来满足不同的需求
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Will Tracz 的3C模型
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概 ( 概念 (Concept) p) – 关于“构件做什么”的抽象描述
? 可以通过概念去理解构件的功能 ? 概念包括接口规约和语义描述两个部分
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内容(Content) – 概念的具体实现
? 描述构件如何完成概念所刻划的功能
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语境(Context) – 构件和外围环境在概念级和内容级的关系
? 语境刻划构件的应用环境 ? 为构件的选用和适应性修改提供指导

关于构件模型的讨论
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学术界讨论的构件模型：
– Unicon：支持 支持Unix环境下的系统组装、内定的连接子（ 环境下的系统组装 内定的连接子（Connector）类 型及组装机制 – Wright：以进程代数（CSP）描述构件交互，强调体系结构风格 （Style）的表达与应用，支持系统验证 的表达与应 支持 统 – C2：特定的层次的、基于消息总线风格 – Rapide p ：基于事件，并支持描述并发和分布系统模型，将计算和交互 基于事件，并支持描述并发和分布系统模型，将计算和交互 建模为偏序事件集，构件接口通过事件集定义 – Darwin：支持定义系统的动态配置 – Reboot：面向构件库系统的构件模型 – Resolve ……..
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工业界成熟的构件实现模型：
– EJB,COM/DCOM，ActiveX，Web Services……