軟件體系結(jié)構(gòu)層次

基于層次體系結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)1.引言隨著經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程和市場競爭的加劇,商務(wù)環(huán)境的變化正深刻影響著企業(yè)組織管理的各方面.信息系統(tǒng)作為現(xiàn)代企業(yè)管理系統(tǒng)的重要組成部分,也正面臨著前所未有的挑戰(zhàn).一方面,信息技術(shù)的發(fā)展要求企業(yè)進(jìn)行流程重組,創(chuàng)造性的應(yīng)用信息技術(shù),另一方面,在企業(yè)組織變化的條件下,敏捷制造、虛擬企業(yè)、大規(guī)?？蛻舳ㄖ频刃碌纳a(chǎn)模式也對企業(yè)信息系統(tǒng)提出了更高的要求.在新的市場環(huán)境下,企業(yè)的管理業(yè)務(wù)處在不斷變化的過程中,而信息系統(tǒng)一經(jīng)開發(fā)完成,就具有相對穩(wěn)定性,難以滿足企業(yè)管理變化的需要.同時隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速更新、軟件開發(fā)競爭的日趨激烈已經(jīng)使傳統(tǒng)的從源代碼級開發(fā)軟件系統(tǒng)的方法面臨越來越大的挑戰(zhàn)。利用傳統(tǒng)開發(fā)方法開發(fā)的大多數(shù)系統(tǒng)所使用的是在開發(fā)初始時所能得到的技術(shù),面向的是當(dāng)時所需處理的問題,要使這些軟件系統(tǒng)適應(yīng)處理對象如業(yè)務(wù)過程的變化以及計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步是一件非常復(fù)雜的工作,往往必須對原有系統(tǒng)在代碼上進(jìn)行重大修改,這種修改代價較高并且也有一定的風(fēng)險,從而造成軟件的可擴(kuò)充性較差。在開發(fā)過程中,為減少軟件開發(fā)費(fèi)用、縮短軟件開發(fā)周期,保持開發(fā)者的技術(shù)水平變得越來越重要,因?yàn)橹挥羞@樣才能達(dá)到一個較高的開發(fā)效率,使得項(xiàng)目按時完成。而在傳統(tǒng)的開發(fā)方法中,由于開發(fā)不同的軟件時常需要不同的開發(fā)工具,這使得開發(fā)者必須不斷學(xué)習(xí)新的開發(fā)工具,原有的技巧以及已具備的經(jīng)驗(yàn)難以被再次利用。當(dāng)今的軟件開發(fā)經(jīng)常需要利用現(xiàn)有成果,開發(fā)時可能要集成不同的系統(tǒng)、新的應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)的軟件包以及已在業(yè)務(wù)開展中使用了的與任務(wù)有關(guān)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)與系統(tǒng),通過集成可以減少不必要的工作量,提高軟件的可用性,加快開發(fā)進(jìn)度。但是傳統(tǒng)的代碼開發(fā)方法主要著眼于從無到有的構(gòu)造,對軟件集成的支持不夠,大量的開發(fā)時間被投入到底層編程中,這種編程不僅耗時而且可能是重復(fù)勞動,從長遠(yuǎn)看還會造成代碼難于維護(hù)。計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的日益復(fù)雜和龐大，使得軟件體系結(jié)構(gòu)的研究成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)成為軟件生命周期中的一個重要環(huán)節(jié)。隨著軟件系統(tǒng)越來越大，越來越復(fù)雜，軟件設(shè)計的核心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到一個新的計算模式，而遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的“程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”，這個新的模式就是系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和規(guī)范。2.層次體系的設(shè)計本文研究了信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次性和管理的層次性的關(guān)系。層次體系的設(shè)計軟件體系結(jié)構(gòu)為軟件系統(tǒng)提供了一個結(jié)構(gòu)、行為和屬性的高級抽象,由構(gòu)成系統(tǒng)的元素的描述、這些元素的相互作用、指導(dǎo)元素集成的模式以及這些模式的約束組成。軟件體系結(jié)構(gòu)不僅指定了系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并且顯示了系統(tǒng)需求和構(gòu)成系統(tǒng)的元素之間的對應(yīng)關(guān)系,提供了一些設(shè)計決策的基本原理.管理信息系統(tǒng)是一個以人為主導(dǎo),利用計算機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及其他辦公設(shè)備,進(jìn)行信息的收集、傳輸、加工、儲存、更新和維護(hù),以企業(yè)戰(zhàn)略競優(yōu)、提高效益和效率為目的,支持企業(yè)高層決策、中層控制、基層運(yùn)作的高度集成化的人機(jī)系統(tǒng)。從軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā),管理信息系統(tǒng)主要特點(diǎn)有:(1)問題領(lǐng)域龐大、復(fù)雜、易變,軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)受問題領(lǐng)域的影響較大。(2)系統(tǒng)構(gòu)件之間的交互關(guān)系復(fù)雜、多變,然而這些關(guān)系卻恰恰是管理信息系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ),因此必須能夠有效地把握系統(tǒng)構(gòu)件之間的關(guān)系。(3)管理信息系統(tǒng)構(gòu)件之間存在很多的相似,系統(tǒng)構(gòu)件重用的可能性特別大。(4)管理信息系統(tǒng)軟件是從信息管理的角度抽象問題領(lǐng)域的模型,因此問題領(lǐng)域模型決定了管理信息系統(tǒng)軟件系統(tǒng)模型。如何抽象問題領(lǐng)域模型來建立軟件模型,從而更好地管理兩者之間的關(guān)系,是管理信息系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計成功的關(guān)鍵。對于軟件項(xiàng)目的開發(fā)來說,一個清晰的軟件體系結(jié)構(gòu)是首要的。然而,在系統(tǒng)開發(fā)的初始階段就設(shè)計好系統(tǒng)的最終結(jié)構(gòu)是不可能的,也是不現(xiàn)實(shí)的,因?yàn)樾枨筮€在不斷地發(fā)生變化。所以,一個好的軟件體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該可以創(chuàng)建或再創(chuàng)建功能、用戶界面和問題域模型,進(jìn)化原型以滿足新的軟件需求。層次式軟件體系結(jié)構(gòu)是把大型軟件系統(tǒng)按照功能的擴(kuò)展性,分成若干層。為了使開發(fā)人員在開發(fā)軟件時對系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有一個清晰的把握,不至于將一大堆工作混雜在一起而造成系統(tǒng)的維護(hù)困難,我們利用層次軟件體系結(jié)構(gòu)來對系統(tǒng)進(jìn)行層次化的分類。軟件系統(tǒng)的最終目標(biāo)是完成目標(biāo)系統(tǒng)需求所要求完成的任務(wù)。系統(tǒng)的各個組成部分在系統(tǒng)中扮演不同的角色,完成不同的任務(wù),它們組合在一起共同完成軟件系統(tǒng)的所有任務(wù)。其中有些部分實(shí)現(xiàn)比較底層的操作,比如與數(shù)據(jù)庫打交道;有些部分實(shí)現(xiàn)某一類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本操作,比如棧、隊列的操作等;還有些部分是專門與系統(tǒng)的最終用戶進(jìn)行交互,讀取用戶輸入信息,將結(jié)果反饋給用戶等。這些不同部分之間有可能是純粹的聚集關(guān)系,它們在一起只是因?yàn)橄到y(tǒng)需要它們各自的功能來完成不同的任務(wù)。另外一種關(guān)系就可能是層次關(guān)系,實(shí)現(xiàn)底層操作的部分為實(shí)現(xiàn)較高層操作的部分提供服務(wù)。有了底層的基本服務(wù),高層操作就只需要關(guān)心本層必須完成的任務(wù)。對于底層的操作,它只需要明確定義可以提供給高層的服務(wù)接口即可,其內(nèi)部可以采用不同的實(shí)現(xiàn)方法,層與層之間是完全透明的,它們只通過層間的服務(wù)接口進(jìn)行交互。在對軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析后首先對它的所有功能進(jìn)行層次化劃分,然后對每一個層次的功能進(jìn)行模塊化分解。一個層次中可能有多個模塊具有相似的功能,對這些模塊進(jìn)行更深層次的劃分,將相同部分提取出來作為低一層次來對待,而上層的不同部分就劃分到不同模塊中。這樣的層次劃分和模塊化分解一直進(jìn)行下去,直到系統(tǒng)所有功能都有一個明確的模塊歸屬為止。這種軟件系統(tǒng)的分解采用先水平后垂直的劃分方法,層與層之間的界限是明確的,但層中的模塊內(nèi)部可能要進(jìn)行進(jìn)一步的劃分,這是一個反復(fù)迭代的遞歸分解過程。至于為什么不采用先垂直后水平的劃分方法是因?yàn)橄却怪焙笏降姆椒ㄅc傳統(tǒng)的"自上而下,逐步求精"方法類似,這種方法不易識別系統(tǒng)底層的公共操作,減少了底層模塊的復(fù)用機(jī)會,容易造成不必要的重復(fù)開發(fā)。在對軟件系統(tǒng)進(jìn)行先水平后垂直的分解過程中,可能會發(fā)現(xiàn)同一層不同模塊的內(nèi)部模塊中有功能相似的子模塊,對于這種情況需要將它們的公共部分進(jìn)行提取,然后對初始的層次劃分進(jìn)行調(diào)整,將公共部分作為它們的下一個層次,當(dāng)前層次只需要去訪問公共部分提供的服務(wù)。完成軟件系統(tǒng)的分解后,首先按照各模塊對上層提供的服務(wù)來定義它與上層模塊之間的接口。定義好層與層之間的服務(wù)接口后,就可以對各個模塊進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計了。有了這種先進(jìn)行層次化分解再進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計的方法,軟件開發(fā)人員就可完全按照各模塊的設(shè)計進(jìn)行獨(dú)立的開發(fā),這樣就不會再出現(xiàn)將多個層次的東西揉合在一起的情況。為了明確層次化軟件構(gòu)造過程中不同構(gòu)件所處的層次,依照軟件系統(tǒng)的層次分解思路將構(gòu)件歸屬于如下三個層次:第一，數(shù)據(jù)操作層構(gòu)件:這類構(gòu)件與數(shù)據(jù)庫打交道,其主要功能是完成對數(shù)據(jù)庫操作。劃分這一層構(gòu)件的目的是用這一層的構(gòu)件來屏蔽底層數(shù)據(jù)庫操作的復(fù)雜性和多樣性,為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一或數(shù)據(jù)庫操作服務(wù)接口。第二，業(yè)務(wù)層構(gòu)件:這一層構(gòu)件有兩種,一種是用于公共服務(wù),一種是用于特定領(lǐng)域操作。公共服務(wù)構(gòu)件專注于提供常見問題的高效解決算法,同時提供與操作系統(tǒng)相關(guān)的公共服務(wù),比如文件讀寫、目錄管理、報表制做等。它還對一些通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供常見的操作支持。這類構(gòu)件支持水平復(fù)用,也就是說各種軟件系統(tǒng)都可能使用它們提供的服務(wù),從而避免重復(fù)勞動,節(jié)省軟件開發(fā)時間;避免重復(fù)開發(fā)過程中引入錯誤,提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量。特定領(lǐng)域構(gòu)件與實(shí)際的應(yīng)用領(lǐng)域密切相關(guān)。首先需要領(lǐng)域?qū)＜覍υ擃I(lǐng)域作廣泛深入的調(diào)查研究,進(jìn)行領(lǐng)域分析,搜集各種資料,最后為各個構(gòu)件界定范圍。第三，表示層構(gòu)件:這類構(gòu)件與軟件系統(tǒng)的最終用戶打交道,所以稱為用戶界面構(gòu)件。提供用戶界面操作服務(wù),可以說它們也屬于公共服務(wù)這一類。但由于這些服務(wù)有許多自身的特點(diǎn),所以將它作為單獨(dú)的用戶界面層構(gòu)件來討論。當(dāng)前可視化開發(fā)環(huán)境中已經(jīng)提供了大量的界面構(gòu)件,為軟件系統(tǒng)的界面開發(fā)提供了有力支持。可以對這些界面構(gòu)件進(jìn)行組合、改進(jìn),開發(fā)不僅使最終用戶感覺友好,而且使開發(fā)人員更易于使用的大粒度用戶界面構(gòu)件。這個構(gòu)件層次是一個大粒度的劃分,它們之間不具有嚴(yán)格意義上的上下層關(guān)系,在各個層次構(gòu)件的內(nèi)部層次劃分中才能看到明顯的上下層依賴關(guān)系。一個軟件系統(tǒng)的層次化構(gòu)造在粗粒度角度看是這個層次構(gòu)件的聚集,當(dāng)從細(xì)粒度角度,即從內(nèi)部去觀察軟件系統(tǒng)時,就可以看到內(nèi)部明顯的層次關(guān)系。之所以提出基于構(gòu)件的層次化軟件構(gòu)造是因?yàn)闃?gòu)件技術(shù)在很大程度上能使軟件復(fù)用思想得到具體應(yīng)用。采用基于構(gòu)件的技術(shù),有利于系統(tǒng)可擴(kuò)展性能的提高,使系統(tǒng)具有更大的靈活性。當(dāng)完成一個軟件系統(tǒng)所有構(gòu)件的開發(fā)后,系統(tǒng)集成只須按照系統(tǒng)需求將構(gòu)件組合起來。要添加或刪除系統(tǒng)功能只須將相關(guān)構(gòu)件加入或從系統(tǒng)中去除就行了。這大大減輕了軟件系統(tǒng)的維護(hù)負(fù)擔(dān),并在很大程度上保證了軟件系統(tǒng)的可伸縮性,為開發(fā)類似產(chǎn)品或系列產(chǎn)品提供了有力的支持。系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用業(yè)務(wù)相關(guān)的操作公共操作層次軟件體系結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)設(shè)計圖書管理系統(tǒng)系統(tǒng)維護(hù)圖書流通圖書采購幫助圖書編目期刊管理Web查圖書管理系統(tǒng)系統(tǒng)維護(hù)圖書流通圖書采購幫助圖書編目期刊管理Web查詢DB本系統(tǒng)圖書管理系統(tǒng)主要分成了，圖書系統(tǒng)維護(hù)、圖書采購、圖書編目、圖書流通、期刊管理和幫助部分。這幾部分的操作與數(shù)據(jù)庫和表結(jié)構(gòu)相關(guān)。通過與數(shù)據(jù)庫的連接實(shí)現(xiàn)Web的查詢。3.1系統(tǒng)的功能本系統(tǒng)的功能目標(biāo)：建立網(wǎng)上圖書查詢、圖書預(yù)約模式。借助于學(xué)院校園網(wǎng)"在學(xué)院現(xiàn)有網(wǎng)站上加入鏈接頁面實(shí)現(xiàn)圖書、期刊查詢、借書情況查詢、圖書預(yù)約，通過學(xué)院校園網(wǎng)為讀者提供更多的信息服務(wù)；2、規(guī)范圖書管理工作模式，用計算機(jī)管理取代以往的手工作業(yè)和定性管理模式，使圖書管理工作模式規(guī)范化、機(jī)讀數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化、管理決策科學(xué)化；3、提高圖書館的服務(wù)質(zhì)量。便于工作人員準(zhǔn)確地掌握藏書結(jié)構(gòu)，全面了解讀者對文獻(xiàn)信息的需求，及時調(diào)整采購計劃，突出館藏特點(diǎn)。通過對國內(nèi)現(xiàn)有的一些圖書文獻(xiàn)管理系統(tǒng)軟件的功能和售價情況進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)這些軟件很難滿足學(xué)校圖書館的需求。因?yàn)閺囊?guī)?；虿貢鴥詳?shù)來劃分，學(xué)校圖書館僅屬中小型圖書館，但應(yīng)用需求則涉及到方方面面，除了通常的圖書采購、圖書編目、圖書流通外，還有期刊管理，現(xiàn)在市場上中小型圖書館管理軟件均只有基本的功能，采購、編目、流通，很少有期刊管理。通常這種圖書管理軟件僅運(yùn)行在圖書館內(nèi)部的局域網(wǎng)上，沒有查詢系統(tǒng)，大型圖書管理軟件功能齊全，但價格昂貴，特別是運(yùn)行價格高、維護(hù)困難、操作復(fù)雜。根據(jù)學(xué)院圖書館的實(shí)際情況和學(xué)院校園網(wǎng)的現(xiàn)狀，我們確定了網(wǎng)絡(luò)圖書管理系統(tǒng)應(yīng)該具備幾個方面的功能，它們是圖書采購、圖書編目、圖書流通、期刊管理、系統(tǒng)維護(hù)、查詢幫助、其中查詢是該系統(tǒng)突出的特點(diǎn)，它的實(shí)現(xiàn)是因?yàn)橛袑W(xué)院主干網(wǎng)的支持。3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼捌涓鱾€子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)使用了數(shù)臺微機(jī)和1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，1臺web服務(wù)器，為了保證訪問的速度和系統(tǒng)安全，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和web服務(wù)器放在不同的物理服務(wù)器上，網(wǎng)絡(luò)采用星型連接構(gòu)成局域網(wǎng)，局域網(wǎng)與學(xué)院主干網(wǎng)相連。從圖中可以看出，學(xué)院校園網(wǎng)上的計算機(jī)都能夠訪問圖書館的網(wǎng)站獲取信息資源。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D系統(tǒng)采取了C/S和B/S技術(shù)相結(jié)合的方式，在瀏覽器方式下，主要實(shí)現(xiàn)了圖書、期刊查詢、借書情查詢、圖書預(yù)約功能。而對于圖書編目、圖書流通、系統(tǒng)維護(hù)等操作，使用C/S方式，這樣，既保了C/S方式下數(shù)據(jù)維護(hù)方便、快捷的特點(diǎn)，又利用了B/S下查詢、檢索易學(xué)易用的優(yōu)點(diǎn)。整個系統(tǒng)有7個子系統(tǒng)，它們分別是：（1）圖書采購子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)發(fā)布預(yù)訂圖書信息（供讀者網(wǎng)上薦書用）、根據(jù)網(wǎng)上調(diào)查結(jié)果確定新書訂購單、新書驗(yàn)收記到下流水號、統(tǒng)計報表處理等功能。（2）圖書編目子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)編目處理、查重、館藏管理等功能。其中編目處理包括原始編目、書目記錄、數(shù)據(jù)維護(hù)、各類輸出等項(xiàng)。館藏管理包括館藏數(shù)據(jù)維護(hù)、丟剔處理、館藏統(tǒng)計、報表輸出等項(xiàng)，其中圖書館編目工作中圖書查重、圖書分類、圖書著錄等，工作流程比較復(fù)雜，設(shè)計好編目系統(tǒng)對提高編目工作的質(zhì)量和速度、減少圖書滯留時間、提高圖書流通率起到關(guān)鍵作用。圖書館每種書的款目在計算機(jī)中是以一條條的記錄組成的，每條記錄由若干字段組成，這些字段用來揭示文獻(xiàn)的標(biāo)識項(xiàng)。各個字段的名稱、類型、長度是由相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)來定義的。（3）圖書流通子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)出納管理、讀者管理、查詢及統(tǒng)計打印功能模塊。其中出納管理包括借書、還書、續(xù)借、預(yù)約、罰款等項(xiàng)。讀者管理包括讀者登記、借書證掛失、讀者數(shù)據(jù)維護(hù)等項(xiàng)。查詢包括是查書去向、查讀者借書情況、查總體借還情況等。統(tǒng)計打印則是打印圖書借閱和讀者情況的統(tǒng)計報表以及打印催還單等。（4）期刊管理子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)期刊查缺、采購、編目、記到、典藏、流通、統(tǒng)計等功能。（5）系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)操作員庫、讀者庫、單位庫維護(hù)，權(quán)限設(shè)置等功能。（6）web查詢子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上查詢（圖書、期刊查詢和讀者借書情況查詢）、讀者薦書、網(wǎng)上圖書預(yù)約等功能。Web查詢功能應(yīng)該能夠查詢圖書、期刊和讀者等信息，因此我們在查詢系統(tǒng)中設(shè)計了以下主要功能：圖書查詢、期刊查詢、讀者信息查詢、圖書推薦。“圖書查詢”主要查詢在圖書庫中現(xiàn)有的資料。讓用戶了解是否有其需要的圖書&有哪些圖書。它包括按書名查詢圖書、按索書號查詢和按作者查詢圖書等。“期刊查詢”主要查詢期刊的情況。包括按刊名查詢出版物信息，按索書號查詢連續(xù)出版物信息和按編輯部查詢連續(xù)出版物信息等。“讀者信息查詢”主要查詢讀者的圖書借閱情況，包括讀者借閱記錄查詢和讀者超期借閱記錄查詢等。“圖書推薦”是讓讀者推薦圖書，作為工作人員采購新書的參考。Web查詢子系統(tǒng)采用的是B/S結(jié)構(gòu)，其它子系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)"。查詢子系統(tǒng)采取的是B/S模式,由于B/S模式在客戶端不需要安裝除瀏覽器之外的任何程序,因此比C/S模式要方便很多,這樣做充分利用了學(xué)院校園網(wǎng)優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)了全