软件构件与中间件技术08
软件工程的若干热点技术发展现状与展望
文章编号 ：０８— ６ １２０ ）９ ０ ４ 一 Ｉ １０ ４８ （０６０ — ０ ５ ｃ ５
Ｔｈ ｖ ｌ ｐ ｎｔＳｉ ａ ｉｎ ｎ ｏ ｐ ｃ ｆＨｏ ｃ ｎ ｑ ｅ Ｐｒ ｂ ｅ ｆＳ ｆｗａ ｅ Ｆ ｉ ｅ ｉ ｅ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｔ ｕ ｏ ａ ｄ Ｐｒ ｓ ｅ ｔｏ ｔＴｅ ｈ ｉ ｕ ｏ ｌｍｓｏ ｏ ｔ ｒ ＿ ｎｅ ｒｎｇ ａｇ
１ 引 言ห้องสมุดไป่ตู้
软件工程 自二十世纪六十年代末诞生以来 ， 经
历３ ０余年 的坎 坷 ， 已经 成 为计 算 机 科学 领 域 一 它 门综合 性和 工程性 的独 立 学科 ． 现在 以及未来 若干 年内， 软件工 程 的研究 热点 将 主要 集 中在软件 重用 和软件 构件技 术 、 中间件 、 分布式 计算 和网格计 算 、 标准化 、 智能化 以及 软 件 可 靠 性工 程 等 方 面 ． 了解 和掌握 这些 热点技 术 问题 的研究 现状 ， 我们 进一 对 步学 习和研 究软件 工 程无 疑具有 一定 的参考 意义 ．
尹 锋
（ 长沙大学 图书馆 ， 湖南 长沙 ４０ ０ ） １０３
摘
要： 阐述 了 软件 重用和软件构件技术 、 中间件、 分布式计 算 、 准化 、 标 智能化 以及软件 可靠性 工程 等 当前与软 件工
程发展 密切相 关的几个热点技术 问题 ， 并对其发展趋势进行 了探 讨 ． ｔ ｔ网格技 术和 分布式人 工智 能技 术的发展 。 Ｉｅ 、 ｎ ｍｅ 将对
软件 工程和软件产业的发展 带来深远影响 ． 软件 工程 的发展 目标 是从根本 上 克服 软件危机 ， 逐步 实现 软件 开发 的构件化 、
标准化 、 智能化和产业化 ．
关键 词 ： 件 工 程 ； 术 ； 展 ； 望 软 技 发 展
基于软件中间件技术的MATLABLabMap分布式控制架构研究
LabMap 对 MATLAB/Simulink 的扩展接口大大扩展了其在主要工 程领域的应用 这个接口使 MATLAB/Simulink在仿真模式下实 时控制硬件 这些操作不需要实时 的环境 MATLAB/Simulink的仿真 时间被映射成接口的实时操作时间
本 期 策 划 Attention 视 点
基于软件中间件技术的 MATLAB - LabMap 分布式控制架构研究
(University of Applied Sciences) Cecil Bruce-Boye Rüdiger zum Beck (cbb software GmbH) Dmitry A. Kazakov
图1 测试系统
6 状态观察机和控制器
在图 1 显示的测试系统中 采用 Luenberger状态观察机控 制器[5] 目标 Plant 机和观察机分别运行在两台不同网络 的主机上 每台主机都是常用的 PC 图 2 显示了控制器模型 概要 该模型中采用 Ackermann 公式计算状态观察机 gc 和状 态控制器 rc 为了保证输入 - 输出准确 过滤器 vc 跟状态控 制器 rc 关联计算 MATLAB m 文件如下
从应用软件角度 软件中间件 LabMap 呈现的是一系列的变量 每 一个变量都有类型 当前值和时间戳 等属性 不需要其他配置 系统运行 后 应用程序可以立刻访问变量 每个 寄存器变量支持四种基本的操作
(1) 获取 安全地读取每个寄存 器变量的值 读取时保证值和时间戳 的一致性 这样就避免了应用中多任 务同时访问同一个变量时的变量锁定 问题 应用程序不清楚变量值的来源 采用策略获取变量的值
第6章 物联网中间件
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第6章 物联网中间件
根据处理的数据的特点物联网中间件具有下列基本 特征：
(1) 独立架构(Insulation Infrastructure)：物联网中 间件独立并且存在于后端应用程序与数据采集器之 间，并且能够与多个或者多种后端应用程序以及多 个数据采集器连接，以减轻架构与中间件维护的复 杂性。
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第6章 物联网中间件
IOT-A体系框架
WP1-架构参考模型
W P2-协调整合到未来的 互联网 服务层 WP3-协议套件 WP4-解析和识别 WP5-IOT对象平台
WP6-要求，验 证和利益相关
方的互动
WP7-用例
WP8-传播和影响生成
WP9-管理和协调
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(2) 数据处理(Data Flow)：物联网主要目的在于将 实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据 处理是物联网最重要的特征，物联网中间件具有数 据的搜集、整合、过滤与传递等特性，以便将正确 的对象信息传到企业后端的应用系统。
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第6章 物联网中间件
(3) 流程处理(Process Flow)：物联网中间件采用程 序逻辑及储存再转送(store-and-forward)的功能来提 供顺序的消息流，具有数据流程设计与管理的能力。
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第6章 物联网中间件
6.1 中间件技术概述
6.1.1 中间件的作用和意义 中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布 式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享 资源。中间件位于客户机/服务器的操作系统之上， 管理计算机资源和网络通讯，是连接两个独立应 用程序或独立系统的软件，相连接的系统即使它 们具有不同的接口，但通过中间件相互之间仍能 交换信息，执行中间件的一个关键途径是信息传 递，通过中间件应用程序可以工作于多平台或OS 环境。
基于构件的软件开发
基于构件的软件开发概述
建造可复用构件
小结
应用系统工程
构件的管理
内容摘要
构件的管理
构件的分类描述 对构件库中的构件进行合理的分类和组织，帮助软件开发人员方便地找到所需要的构件 大多数的研究都建议使用图书馆科学索引方法进行构件分类 构件库管理系统：主要用于构件的储存、检索、浏览和管理
将构件组织成分类层次结构，构件库中的构件按某些性质分成若干大类，每个大类又分成若干较小的类，经过若干次分解，形成构件分类的层次结构，实际的构件位于层次结构的最低层，其它层次则表示构件的类或子类 枚举分类模式的分层结构易于理解和检索，但是，在建立层次结构之前，必须进行领域分析，寻找合适的供分类的性质。
软件工程
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基于构件的软件开发目标
长期以来的软件开发状况 多数软件都是针对某个具体的应用系统从头进行开发的 导致：出现了大量的同类软件重复开发，造成大量人力、财力的浪费，而且软件的质量也不高 对比：汽车工业的生产模式 在已有的部件基础上通过组装进行生产：有专门的部件生产工厂，汽车设计者在设计中选择市场上已有的合适的部件 避免了大量的重复劳动，提高了产品质量和生产效率，促进分工合作 我们的目标：将制造业中的组装式生产模式引入到软件开发中
1
该构件所需的开发和集成工具
2
运行时需求，包括使用的资源(如内存或存储器)、时间或速度以及网络协议
3
服务需求，包括操作系统接口和来自其他构件的支持
4
安全特征，包括访问控制和身份验证协议
5
嵌入式设计假定，包括特定的数值或非数值算法的使用
6
异常处理
7
构件鉴定需考虑的因素
构件组装
构件特化
构件的特化和组装
关于软件产品分类的说明
C08消费电子
含MP3、MP4、数码相机、电子词典等
31
C09数字电视
数字电视设备和终端
32
C10办公商用设备
含办公、金融、税收、商业设备
33
C99其它设备类应用软件
二、软件产品分类的原则
1、以产品名称为主要分类依据；
2、应用软件按软件产品应用领域进行分类；
3、通用软件、以及无明显应用领域（或者应用领域未在分类表中设置）的软件产品按其技术特点进行分类，或者归类到其他系统软件、其它计算机应用软件和其它设备类应用软件中。
含通讯、网络增值服务
15
B10环境能源
含石油、煤矿、电力、水利
16
B11文教体育
含图书馆、排版、印刷
17
B12旅游服务
含餐饮、宾馆
18
B13交通物流
含海关、公路、铁路、电子标签、交通
19
B14医疗卫生
含医保和计划生育
20
B15公安司法
含消防、治安、交警、法院、检察院
21
B16建筑物业
含建筑、装修、停车场、房地产
22
B99其它计算机应用软件
23
设备类（含嵌入式）应用软件
C01网络和通讯
通讯网络设备及终端
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C02信息家电
含电冰箱、DVD等家用电器控制软件
25
C03数字装备
含机电（光机电）一体化、监控
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C04医疗设备
27
C05汽车电子
含车载GPS
28
C06能源设备
含石油、矿产、电池等
29
C07计算机及设备
计算机板、卡
含电视会议系统、项目管理、呼叫中心、个人信息
常见的中间件有哪些？
常见的中间件有哪些？世界著名的资讯机构GigaGroup把中间件分为三大类，共十五种。
另一家世界著名的资讯机构IDC同时指出，最近几年到未来的2002年，增长率最高的中间件将集中在数据存取中间件、消息中间件、交易中间件、对象中间件、应用服务器中间件5种。
·数据访问中间件适用于应用程序与数据源之间的互操作模型，客户端使用面向数据库的API，以提请直接访问和更新基于服务器的数据源，数据源可以是关系型、非关系型和对象型。
这类中间件大都基于SQL语句，采用同步通讯方式。
此类中间件使应用开发简单，但如果是透过广域网使用，会带来严重的效率问题，因为在低速网上来回交互SQL语句会使通讯流量过大，同时对数据压缩、加密带来不便。
·消息中间件消息中间件适用于需要进行网络通信的系统上，负责建立网络通信的逻辑通道，由消息中间件实现数据或文件发送。
消息中间件的一个重要作用是可以实现跨平台操作，越来越多的分布式应用采用消息中间件来构建，通过消息中间件来把应用扩展到不同的操作系统和不同的网络环境中间件领域目前最热门的技术是异步的消息中间件，异步中间件技术比同步中间件技术具有更强的容错性，在系统故障时可以保证消息的正常传输，因而在过去的两年里增长迅速。
·交易中间件交易中间件是专门针对联机交易处理系统而设计的。
交易中间件就是一组程序模块，用以大大减少开发一个联机交易处理系统所需的编程量。
交易中间件的主要标准是X/OPEN组织定义的分布式交易处理参考模型。
交易中间件理论上相对成熟，功能和性能界定清晰，但基本上适用于联机交易系统，如银行业务系统、定票系统等。
交易中间件管理由应用声明和提交的交易，并通过两阶段提交协议等方式保证分布式交易的完整性、控制并发、实现交易路由和均衡负载。
·对象中间件面向对象的中间件提供一个标准的构件框架，能使不同的厂家的软件通过不同的地址空间、网络和操作系统互相交互访问。
软件构架、架构、框架区别
软件框架(Software Framework)介绍面向某领域（包括业务领域，如ERP，和计算领域，如GUI）的、可复用的“半成品”软件，它实现了该领域的共性部分，并提供一系列定义良好的可变点以保证灵活性和可扩展性。
可以说，软件框架是领域分析结果的软件化，是领域内最终应用系统的模板。
随着软件规模的扩大、应用的广泛和软件复用技术的发展，以子程序或类（Class）为单位的软件复用有许多不足：（1）子程序库日趋其庞大以致于使用人员难以掌握，（2）大多数类粒度很小，且其自身往往不能完成有用的功能。
这一问题迫使人们在复用中将一组类（或模块）及其交互作为一个整体来考虑，由此出现了软件框架。
软件框架至少包含以下组成部分：（1）一系列完成计算的模块，在此称为构件。
（2）构件之间的关系与交互机制。
（3）一系列可变点（也称热点，Hot-spots，或调整点）。
（4）可变点的行为调整机制。
开发人员通过软件框架的行为调整机制，将领域中具体应用所特有的软件模块绑定到该软件框架的可变点，从而得到最终应用系统，这一过程称为软件框架的例化（instantiation）。
通过软件框架的使用，开发人员可将主要精力放在应用所特有的模块的开发上，从而大大提高了软件生产率和质量。
软件框架的行为调整机制是指如何针对具体的应用调整该框架的可变部分、如何在可变点加入特定应用模块所采用的方法和规则。
行为调整机制可分为四种：（1）模板参数化。
软件框架提供代码自动生成工具，该工具根据用户设置的参数自动生成所需的代码。
（2）继承和多态。
通过面向对象中的子类继承和重载，在子类中加入新的功能或改变父类的行为。
（3）动态绑定。
在运行时刻动态绑定所需的对象服务，可通过软件模式技术实现。
（4）构件替换。
通过替换框架中可插拔的构件来加入业务特定的功能，不同于一般的可复用软件制品，软件框架的一个显著特点是逆向控制（Inversion of Control），在复用过程中，前者需被显式调用，控制是在应用特定的模块中，软件框架则不然，应用开发人员只要将应用特定的模块绑定到框架内，框架则根据自己的交互机制自动调用该模块，控制由框架负责。
基于中间件的软件开发方法探讨
( 2) 面向消息的中r 件 ( M ] A essage一 ient ed M ddl e呱r e) r o i ( 3) 面向对象请求代理中间件 (o j ect R b eauest B oker s ) r
(4) 事务处理监控 (Tra sa t i on Proces: i ng 枷ni t ors ) n c
SIL ICO
应用 科学
事 如 VA L 滩
基于 中间件 的软 件开 发 方法探 讨
于伟东
( 河北省农村信用社联合社科技部 河北 石家庄 0 0 0 ) 5
特定领域中的实例. [摘 要1介绍中间件的产生与发展，阐述中间件的定义和分类，对荃于中间件的软件开发方法进行介绍，并给出 OSer i es [关键词1中间件 软件开发 妞M M O 中图 分 水 粤 : Tp3 空 献 坛 识 码 : ^ 文童编号: 1671一7597 ( 20 8 ) 0320 85一01 0 0
件平台的互联，对客户端没有太大要求 。客户端一般是组装机或者品牌
机，在Wn 叨5 00 或者Wd 。 x 系统，而在控制端中心点选用的则是 id 2 0 in ” P 版S r e ，这样，软件运行的是IB IX e i s A M 或者是w n 佣sN id T系统，以保证服务 器端的稳定性和安全性。
三、. 于中向件的软件开法过程
基于中间件软件的开发是针对特定领域的需求，采用中间件为基础的 软件系统开发，以达到可重用为基础而提出的。该方法首先采用领域分析 方法从已有的数据库出发，标志和组织该库中某类问题，找出其共性，得 出一个模型，然后根据这个模型划分出库框架，再根据框架中的约束条件 标志出库构件. 得到构架库和构件库. 在应用目 标系统中生成时就不需要 从底层开始设计，而是根据需求从库中检索出符合要求的框架和构件，将 其实例化，经胶合代码组合而成。应用软件开发过程有以下几个阶段: 需 求分析: 分析信息源，设计出逻辑系统; 为系统选择合适的中间件: 形成
信息系统集成专业技术知识
软件系统结构（软件架构）
软件体系结构定义
软件架构定义：将软件系统划分为多个模块，明确各模块间 的相互作用，组合起来实现系统的全部特性。
软件架构不仅确定了系统的组织结构和拓扑结构，还显示了 系统需求和构成系统各要素间的对应关系，提供了一些设计 决策的基本原则。
典型体系结构
软件架构设计的一个核心问题是能够使用重复的架构模式， 能否达到架构级的软件复用。
开发真实世界问题的模型是软件需求分 析的关键，模型的目的是帮助解决问题 ，而不是启动方案的设计。概念模型由 来自问题域的实体模型组成，实体模型 反映了它们在真实世界的联系和依赖。
软件设计、测试与维护
软件设计是定义一个系统的架构、组件、接 口和其他特征的过程，并得到这个过程的结 果。软件设计活动组成：
工作流技术
工作流（workflow）是工作流程的计算模型 ，即将工作流程中的工作如何前后组织在一 起的逻辑和规则，在计算机中以恰当的模型 进行表示并实施计算。
常见的架构模式：
管道/过滤器模式；面向对象模式；事件驱动模式；分层模式 ；知识库模式；C/S模式；
软件体系结构设计方法
软件架构设计是动态的，初期的设计并不能 完全确定下来，和建筑设计不同。
架构设计的目标：最大化复用；复杂问题简 单化（这也是中间件和多层技术的根本目标 ）；灵活的扩展性；
软件体系结构分析与评估
（1） 软件架构设计：描述软件的组织和结构 ，标识各种不同的组件；
（2） 软件详细设计：详细的描述各个组件， 使之能被构造。
软件测试是为评价和改进产品质量、识别产品缺陷 和问题而进行的活动。
软件测试分类：单元测试、集成测试、系统测试。
软件维护是为需要提供软件支持的全部活动，包括 交付前完成的活动，交付后完成的活动。
软件体系结构
软件体系结构◇软件体系结构概论◇软件体系结构建模◇软件体系结构风格◇软件体系结构描述◇动态软件体系结构◇Web服务体系结构◇基于体系结构的软件开发◇软件体系结构的分析与测试◇软件体系结构评估◇软件产品线体系结构软件危机的表现◎软件成本日益增长◎开发进度难以控制◎软件质量差◎软件维护困难软件危机的原因◎用户需求不明确◎缺乏正确的理论指导◎软件规模越来越大◎软件复杂度越来越高◎构件的定义构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。
构件模型的三个主要流派OMG（Object Management Group，对象管理集团）的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理结构）Sun的EJB（Enterprise Java Bean）Microsoft的DCOM（Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）。
构件获取1.从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用的构件；2. 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件；3. 从市场上购买现成的商业构件，即COTS（Commercial Off-The-Shell）构件；4. 开发新的符合要求的构件。
构件管理◎构件描述◎构件分类与组织◎人员及权限管理构件描述构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件的制作与构件的重用提供依据；构件分类与组织◇关键字分类法◇刻面分类法◇超文本组织方法人员及权限管理一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系统管理员。
构件重用◎检索与提取构件◎理解与评价构件◎修改构件◎构件组装构件重用理解与评价构件◇构件的功能与行为◇相关的领域知识◇可适应性约束条件与例外情形◇可以预见的修改部分及修改方法构件组装◇基于功能的组装技术◇基于数据的组装技术◇面向对象的组装技术软件体系结构的定义软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。