郝克剛_軟件構件技術綜述

1、軟件構件技術綜述郝克剛西北大學計算機科學系陜西省西安市 710069一.引言我們的社會正在步入知識經(jīng)濟時代。知識經(jīng)濟的特點在于創(chuàng)造價值的主要源泉已不再是依賴于資源、資本和人的簡單勞動,而是依賴于人的智慧和科技的創(chuàng)新?？萍嫉母聦Ξa(chǎn)業(yè)的發(fā)展將起決定性作用。軟件產(chǎn)業(yè)是典型的高科技產(chǎn)業(yè)。那么當今軟件技術有何新的動向,它對軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有何影響,會帶來怎樣的機遇,我們能否抓住這一機遇把我國的軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展上去?這是我國軟件業(yè)界同仁最近一直關心和思考的問題。我們先從1999年2月美國總統(tǒng) IT 顧問委員會的一份報告說起。這是一個非常重要而且很有影響的報告。在報告中列舉了大量的事實論證 IT 技術對社會和國

2、家以及人民生活的重要作用。建議美國政府加大對IT 技術發(fā)展研究的投入。在建議重點支持的四大項目中,把軟件列在首位。因為報告認為軟件是信息所時代社會的最重要的基礎設施,然而現(xiàn)實上這個基礎卻相當脆弱和不可靠。軟件越來越普及而且越來越復雜,但缺乏開發(fā)可靠安全的各種軟件的合用技術。軟件的生產(chǎn)能力遠遠滿足不了飛速發(fā)展的實際需求。為此,報告建議重點支持四個方面的軟件技術的發(fā)展和研究。第一就是支持軟件開發(fā)方法和構件技術的基礎研究。什么是軟件開發(fā)的構件技術,為什么把它提得這么高,它究竟對軟件的開發(fā)和應用有些什么作用,構件技術的突破對軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會帶來什么影響和機遇,能否利用和抓住這個機遇發(fā)展我國年輕的軟件產(chǎn)

3、業(yè),正是本文要討論的問題。二.面向對象到構件技術如果把當前軟件技術的新動向歸納一下,我認為可以概括為以下三點,即媒體數(shù)字化、計算機網(wǎng)絡化和軟件構件化。所謂軟件構件化,就是要讓軟件開發(fā)像機械制造工業(yè)一樣,可以用各種標準和非標準的零件來進行組裝,或者像建筑業(yè)一樣,用各種建筑材料搭建成各式各樣的建筑。軟件的構件化和集成技術的目標是:軟件可以由不同廠商提供的,用不同語言開發(fā)的,在不同硬件平臺上實現(xiàn)的軟件構件,方便地、動態(tài)地集成。這些構件要求能互操作,它們可以放在本地的計算機上,也可以分布式地放置在網(wǎng)上異構環(huán)境下的不同結點上。實現(xiàn)軟件的構件化,這是軟件業(yè)界多年來分奮斗的目標,可以說已經(jīng)經(jīng)過了幾代人的努力

4、。早在六、七十年代,大型軟件系統(tǒng)開發(fā)引起的軟件危機,導致了 Yourdon 和De Marco 的結構化分析與結構化設計的軟件工程方法的盛行。所謂結構化方法,其本質就是為了保證軟件開發(fā)的質量、提高軟件的零活性和軟件生產(chǎn)效率,通過工程化方法,建立系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程,使開發(fā)的軟件具有好的結構,即所謂可拼裝、可裁剪的模塊化結構。后來在八十年代出現(xiàn)了面向對象的方法。面向對象方法的基本思路是用對象來作為描寫客觀信息的基本單元,它包括封裝在一起的對象標識、對象屬性(數(shù)據(jù)和對象操作(方法、運算。與此相關的還有如下一些概念:如對象類、類的實例。對象類的繼承、父類、子類、多重繼承、方法的重載、限制以及接口等。關

5、于面向對象方法已有很多研究,最著名的有:Grady Booch方法,James Rumbaugh 的 OMT(對象模型技術,Ivar Jacobson 的 OOSE(面向對象的軟件工程。這幾種方法雖然基本思路相同,但仍有不少差異,從而為實際的軟件開發(fā)和應用帶來諸多不便。于是由 RATIONAL 軟件公司發(fā)起,從1995年開始,先是 Booch 和Rumbaugh 合作,后來 Jacobson 也加盟,共同提出了一個統(tǒng)一的建模語言 UML ,得到很多軟件公司的支持,逐漸成為面向對象方法的一個事實上的標準。正是由于有了面向對象技術的發(fā)展,多年來追求軟件構件化的的夢想,才有可能成為現(xiàn)實。下面分別從

6、CORBA、DCOM和JAVA幾個方面來介紹軟件構件技術的基本內容。三.公共對象請求中介結構CORBA面向對象方法是軟件構件技術的基礎。為了真正實現(xiàn)軟件構件化,還必須解決分布式計算和對象的互操作問題。因為按上述構件技術的目標,要求構件間能互操作,而且這些構件也允許分布式地放置在網(wǎng)上異構環(huán)境下的不同結點上。為了協(xié)調和制定分布式異構環(huán)境下應用軟件開發(fā)的統(tǒng)一標準,1989年成立了一個國際組織,叫對象管理聯(lián)盟(OMG。加盟此組織的單位愈來愈多,現(xiàn)已有750多個單位,其中包括軟件的開發(fā)供應商,軟件用戶和軟件技術的研究院所等。經(jīng)過多年的努力,已制定了一系列的標準規(guī)約,稱為 CORBA(公共對象請求中介結構

7、。 CORBA的核心是對象請求中介(ORB,是分布式對象借以相互操作的中介通道。另外還定義了最基本的對象服務構件和公共設施構件的規(guī)約。OMG所定義的CORBA并不規(guī)定具體的實現(xiàn)。實現(xiàn)CORBA的軟件由各個廠家自行開發(fā)?，F(xiàn)已有多種可用的產(chǎn)品版本發(fā)布。如上所述,CORBA的核心ORB的作用是將客戶對象(Client的請求發(fā)送給目標對象(在CORBA中稱為對象實現(xiàn)Object Implementation,并將相應的回應返回至發(fā)出請求的客戶對象。ORB的關鍵特征是客戶與目標對象之間通信的透明性。在通信過程中,ORB一般隱蔽了目標對象的以下內容:1.目標對象的位置:客戶毋須了解具體目標對象所在的地址。

8、目標對象可在同一機器的相同或不同進程中,也可在網(wǎng)絡上另一機器的進程中,。2.對象實現(xiàn)的方式:客戶毋須了解具體目標對象是如何實現(xiàn)的,用何種語言寫成的,也毋須了解該對象所在的操作系統(tǒng)和具體的硬件環(huán)境。3.對象執(zhí)行的狀態(tài):當客戶發(fā)送請求時,它毋須了解目標對象當前是否處于激活狀態(tài)(即是否處于一個正在執(zhí)行的進程中。若有必要ORB可透明地激活該對象。4.對象通信機制:客戶毋須了解ORB使用何種底層通信機制來發(fā)送請求和響應回答(如TCP/IP,分享存儲器,及本地方法調用等。ORB的通信透明性使得應用開發(fā)者可較少考慮低級分布式系統(tǒng)的程序設計問題,而更多地關心應用領域問題。ORB的各部分的作用如下圖所示。OMG

9、接口定義語言IDL用于定義對象的接口。一個對象的接口指定該對象所支持的類型和操作,因而唯一定義了可用于該對象的請求形式。客戶在構造請求時,必須了解對象的接口。如上所述,保持接口描述的“語言中性”對在異構環(huán)境中實現(xiàn)分布式應用是重要的。IDL僅為一個說明式語言,而不是一個全面的程序設計語言。因此,IDL本身并不提供諸如控制結構這樣的特征,IDL也不能直接用于實現(xiàn)分布式應用。相反,客戶和對象的實現(xiàn)是采用具體的程序設計語言完成的。因此,ORB所支持的特征必須能夠在實現(xiàn)語言中訪問。語言映射決定IDL 的內容如何映射為具體程序設計語言的設施。IDL編譯器將具體接口定義翻譯為目標語言代碼。目前OMG已完成了

10、從IDL到C,C+,Java,Smalltalk,Ada95, Cobol等語言映射的標準化工作。OMG IDL編譯器除了生成目標語言類型外,同時生成客戶端的存根(Stub和服務端的骨架(Skeleton。存根是一個可有效創(chuàng)建和發(fā)送客戶端請求的機制,而骨架是一個可將客戶端請求傳送至CORBA對象實現(xiàn)的機制。因為存根和骨架是直接從CORBA對象接口的OMG IDL描述中翻譯而得,故存根和骨架通常是與特殊對象接口相關。通過存根和骨架發(fā)送和傳遞請求的方式通常稱為靜態(tài)調用。存根和骨架被直接嵌入客戶應用和對象實現(xiàn),因此,它們具有需調用的CORBA對象接口的所有靜態(tài)信息。除了使用存根和骨架的靜態(tài)調用方式外

11、,CORBA提供了動態(tài)調用接口DII和動態(tài)骨架接口DSI,前者支持動態(tài)客戶請求調用,而后者支持將請求動態(tài)指派給對象?？蛻舫绦蚩赏ㄟ^使用DII對任何對象進行請求調用,而毋須持有對象的編譯時信息。CORBA對象適配器(Adapter的作用是配合對象實現(xiàn)和ORB本身的連接。Adapter本身是一個對象,它使被調用對象的接口適配于調用對象所期望的接口。CORBA除了對核心ORB作了規(guī)定以外,還定義了對象服務和公共設施構件的規(guī)約。對象服務包括最基本和最常用的服務內容,如名字服務、事件服務等,而公共設施則包括范圍更廣的、建立在對象服務之上的服務,如用戶界面、信息管理、系統(tǒng)管理和任務管理等。CORBA 對應

12、用系統(tǒng)未作具體規(guī)定,它可以建立在對象服務和公共設施之上,利用它們中的構件。四.構件對象模型COM和構件對象模型DCOM。微軟公司是也較早采用構件技術的公司之一。1993年,微軟公司提出了構件對象模型(COM。此技術已相當成熟,微軟公司為Windows®和 Windows NT 開發(fā)的應用軟件幾乎都是基于COM的。早期的軟件多在單機上運行,后來對COM 進行了擴展,允許訪問其它機器上的對象。1996年提出了構件對象模型(DCOM,使得采用構件技術構建網(wǎng)上的應用系統(tǒng)成為可能。除了COM、DCOM以外,微軟還為開發(fā)分布式企業(yè)級應用軟件提出了很多在Windows NT®服務器上的服

13、務,如微軟作業(yè)服務(MTS、微軟因特網(wǎng)信息服務(IIS、控件服務頁面(ASP、微軟消息查詢服務(MSMQ等。有人曾將DCOM和CORBA從程序設計結構、遠程調用結構以及通信協(xié)議結構三個層次上進行了比較。雖然在基礎原理和結構上有很多相近之處,但是在具體作法上還是有很大差異。也有人對DCOM和CORBA各自的優(yōu)勢和不足進行過評論。認為DCOM有較強的工具和系統(tǒng)的支持,另外由于有些功能已嵌入在操作系統(tǒng)中(特別是Windows NT®,所以在降低化費上有優(yōu)勢。但是DCOM過多地依賴微軟的操作系統(tǒng)平臺,因而對異構網(wǎng)絡環(huán)境,在兼容性方面會有不少問題。而正相反, CORBA在支持多種平臺和多種語言

14、上具有優(yōu)勢,而且有比較廣泛的獨立開發(fā)商和用戶及業(yè)界的支持。此外,CORBA所采用的對象概念以及強調網(wǎng)絡透明等在技術上也比較成熟。當然,CORBA的不足之處是不如DCOM的支持工具那么多,另外在不同的開發(fā)商提供的CORBA實現(xiàn)之間的兼容性方面還有不少問題。但事物在不斷發(fā)展,DCOM和CORBA都會設法在改進自己的不足。五.JAVA 和JAVA2 環(huán)境平臺企業(yè)版J2EEJAVA語言由于巧妙地采用了虛擬機的機制,使得編譯后產(chǎn)生的泛代碼程序可以在各種平臺上執(zhí)行,從而作到了程序執(zhí)行與平臺無關。加之用JAVA編的Applet可以方便地用瀏覽器下載運行,JAVA語言普及和發(fā)展得很快。JAVA采用了構件技術,

15、發(fā)展了JAVA構件(即JAVA Beans和企業(yè)級JAVA構件(即EJB.為了用構件技術組成實際的應用系統(tǒng),最近又推出了 J2EE( JAVA2 環(huán)境平臺企業(yè)版Version 1.2. 1999,和JAVA程序設計模型。 按照此模型組成的應用系統(tǒng)至少分為三層。第一層是客戶層,可以采用一般的瀏覽器或特制的客戶軟件。從服務器下載的Applet可以帶有JAVA Beans 一起在客戶端執(zhí)行。為了避免由于不同廠商提供的瀏覽器中虛擬機的差異,還專門提供了虛擬機軟插件,作到程序的語義一致。為了保證安全,客戶分防火墻內外,外客戶只能從服務器進入,而內客戶允許使用RMI、IIOP等直接訪問EJB.第二層是中間

16、層,即業(yè)務邏輯層。其中有兩個包容器,一個是Web包容器,另一個是EJB包容器。Servlets JAVA服務器頁面(JSP技術使人機界面的開發(fā)變得非常容易,而Servlets則方便為Applet等客戶程序提供服務。簡單的業(yè)務邏輯由開發(fā)人員編寫業(yè)務Beans,而復雜的業(yè)務邏輯則由EJB完成。第三層是企業(yè)的信息系統(tǒng)。第二層的構件通過JDBC(訪問關系數(shù)據(jù)庫,JNDI (Java名子目錄接口,JMS(Java消息服務,JavaMail(發(fā)送和接收信件,Java IDL(與CORBA構件接口訪問第三層企業(yè)的信息系統(tǒng)。為了保護過去的投入,第三層可以與傳統(tǒng)的應用軟件、ERP 等建立聯(lián)系。六.企業(yè)級業(yè)務軟件

17、EBS采用構件技術EBS 是 Enterprise Business Software 的縮寫,即企業(yè)級業(yè)務軟件。EBS 采用構件和集成新技術可以為企業(yè)軟件用戶帶來如下一些好處:構件技術可以使企業(yè)方便地、快速地、平滑地增加新的功能。新的構件同原有的構件可以集成在一起可靠地工作。系統(tǒng)解決方案可以特別靈活地、動態(tài)地重新配置,將一個構件替換為升級的新版本不必考慮對其它構件的適配。特別對那些需要靈活地,快速地對部分系統(tǒng)而不是整個系統(tǒng)升級換代的企業(yè)帶來巨大的好處。采用構件技術允許對給定的任務采用不同的軟件開發(fā)供貨商提供的軟件。企業(yè)在實現(xiàn)它的解決方案時具有選擇產(chǎn)品的充分自由。企業(yè)可以容易地、靈活地將為企業(yè)

18、特別設計的構件與整個系統(tǒng)集成使用,從而實現(xiàn)企業(yè)的特殊需求?；跇嫾慕鉀Q方案能夠為進一步方便地擴展系統(tǒng)功能提供方便,因為軟件構件技術綜述 郝克剛 西北大學計算機科學系 定制的構件的接口也可以由用戶特殊構件的使用。 企業(yè)業(yè)務軟件開發(fā)商采用構件和集成新技術，還基于以下的考慮： 1、軟件產(chǎn)業(yè)面臨的最大的問題是軟件維護問題而不是軟件開發(fā)問題。 凡是以 EBS 為主營業(yè)務的軟件產(chǎn)業(yè)都要考慮長遠一些，因為這類軟件有一 個比較長的生命周期，投資保護是一個重要方面。軟件開發(fā)所依賴的技術和所實 現(xiàn)的軟件的功能作為一個連續(xù)的過程在不斷發(fā)展， 公司要在這整個過程中獲取利 潤，這就導致了軟件維護的問題。在 IT 基礎

19、設施不斷更新的條件下一個軟件公 司如何能保持它的技術更新和功能增強的優(yōu)勢？在軟件要適應用戶企業(yè)特殊功 能時，此問題特別突出。 2、 IT 技術變更的速度遠高于企業(yè)的業(yè)務變更的速度。 軟件技術更新周期愈來愈短對EBS軟件影響太大。如客戶服務器技術、 INTENET、B/S 結構、JAVA、以及面向對象的通信機制CORBA等新技術層出不窮。 從理論上講這種變更還會繼續(xù)下去。 與此有明顯對照的是業(yè)務過程和基本原則本 身卻改變相對甚少。采用構件技術后，技術的更新是以構件的形式實現(xiàn)的，而不 必影響企業(yè)的業(yè)務過程。 3、“職能分離”的設計原則 由于業(yè)務的改變遠比技術的改變慢得多，因而在企業(yè)業(yè)務軟件中將不同

20、任 務的軟件按職能分離是一個非常適用的方法。如果系統(tǒng)中某部分進行了技術更 新，只需將此部分的構件替換成新的構件無需改變另外的構件。但軟件構件能夠 組合的前提是它們必須基于共同的設計。軟件構件不應看作是孤立的單個的構 件，還要考慮構件間交互的方式。軟件構件必須用大家都能理解的語言來交談， 以保證能成功地協(xié)同工作。 4、綜合速度和靈活性兩個關鍵因素 過去，企業(yè)基本上采有兩種可能的方式獲得和使用軟件來支持企業(yè)的業(yè)務 過程。一種是購買完整的標準的應用軟件包，一種是由企業(yè)內部的 IT 部門來開 發(fā)和維護應用軟件以滿足企業(yè)的需求。第一種方式有兩個優(yōu)點，一是購買軟件實 現(xiàn)相當快，二是不需內部開發(fā)部門的花費。但是，一個企業(yè)，只有自己開發(fā)軟件 或者將適合它的特殊需求的軟件產(chǎn)品進行組合才能滿足企業(yè)的 IT 需求。因而現(xiàn) 代 EBS 領域的任務是將上述兩種方式綜合起來。既要軟件包解決方案的速度， 又要企業(yè)內部剪裁系統(tǒng)的開放性和靈活性。這就是建立 EBS 構件的基本思想。 世界上所有大的企業(yè)業(yè)務軟件（EB