面向數(shù)據(jù)的軟件工程方法研究

徐良

摘要：為了解決大數(shù)據(jù)時代應(yīng)用軟件開發(fā)周期長、生命周期短、開發(fā)過程復(fù)雜、維護困難以及異構(gòu)系統(tǒng)間信息共享困難等問題，提出了一種面向數(shù)據(jù)的軟件工程方法，該方法以面向數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)為理論基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)大平臺為應(yīng)用構(gòu)建的基石，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)注冊標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)邏輯的數(shù)據(jù)資源池，進一步構(gòu)建數(shù)據(jù)-應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜、海量數(shù)據(jù)的有效管理和信息系統(tǒng)的快速搭建。

關(guān)鍵詞：面向數(shù)據(jù)的軟件工程；面向數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0254-02

數(shù)據(jù)是所有信息系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的“血液”，數(shù)據(jù)的整個生命周期都影響著軟件的結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用范圍，甚至影響著軟件的生命周期（張海藩，2010）。特別是大數(shù)據(jù)時代，人們更加重視數(shù)據(jù)本身，重視數(shù)據(jù)的安全、數(shù)據(jù)的價值挖掘、數(shù)據(jù)的多方面應(yīng)用。此外，軟件工程發(fā)展到現(xiàn)在，人們?yōu)榱私鉀Q在軟件開發(fā)過程當(dāng)中軟件工程方法的不足，不斷地豐富著軟件工程方法體系。面向服務(wù)的軟件工程（service-oriented software engineering，SOSE）軟件開發(fā)過程復(fù)雜，系統(tǒng)功能擴展困難，且難以適應(yīng)頻繁的需求變化。當(dāng)前軟件工程所面臨的開發(fā)成本、信息安全（馮登國，2001）、信息共享、軟件質(zhì)量（王青，2001）、軟件復(fù)用（郭立峰，1999）等方面的問題，使得對軟件工程新方法的研究有著重大的意義。

1 相關(guān)概念

1.1 面向數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)

面向數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)（data-oriented architecture，DOA）是一種建立在云計算環(huán)境下的用于處理復(fù)雜數(shù)據(jù)管理和復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)建的有效解決方案。它采用“面向數(shù)據(jù)和以數(shù)據(jù)為核心”的思想，通過核心部件數(shù)據(jù)注冊中心（data register center，DRC）統(tǒng)一對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行定義、標(biāo)識和管理；通過數(shù)據(jù)權(quán)限中心（data authority center，DAC）對數(shù)據(jù)的所有權(quán)、使用權(quán)等權(quán)限進行統(tǒng)一的管理；通過數(shù)據(jù)異?？刂浦行模╠ata exception control center，DEC）對數(shù)據(jù)資源池中的數(shù)據(jù)進行有效的自適應(yīng)管理；通過數(shù)據(jù)應(yīng)用單元（data application units，DAUs）提供各種基于數(shù)據(jù)大平臺的碎片化應(yīng)用功能（苗放，2012）。當(dāng)問題的數(shù)據(jù)集龐大，系統(tǒng)的功能要求復(fù)雜時，DRC、DAC、DEC等部件都能以分布式的方式構(gòu)建，所以DOA也是一種分布式系統(tǒng)架構(gòu)。DOA的總體架構(gòu)如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)（Forney M，2010）是面向數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)的特征概念，在整個生態(tài)系統(tǒng)中，每一個發(fā)展中的個體都有自己的生命周期，對于一個數(shù)據(jù)，它可能會經(jīng)歷從產(chǎn)生、獲取、保存到應(yīng)用、共享、處置、歸檔最后刪除這樣一個生命周期過程（Devarakonda M V，2006），對于一個信息系統(tǒng)，它會經(jīng)歷從系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計到系統(tǒng)實施、系統(tǒng)維護到最后廢棄的一個生命周期過程。

生態(tài)系統(tǒng)中的個體會經(jīng)歷新舊更替的這樣一個過程，但正是這個過程使得整個系統(tǒng)得以持續(xù)。在數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)作為“土壤”提供給應(yīng)用“森林”產(chǎn)生和生長的可能，數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)水平結(jié)構(gòu)的變化是數(shù)據(jù)的獲取與刪除，應(yīng)用的產(chǎn)生與淘汰，垂直結(jié)構(gòu)的變化是數(shù)據(jù)量的劇增和應(yīng)用的大量出現(xiàn)。

1.3 數(shù)據(jù)資源池技術(shù)

本文所研究和應(yīng)用的數(shù)據(jù)資源池技術(shù)是以數(shù)據(jù)注冊中心（DRC）為核心的邏輯數(shù)據(jù)資源池構(gòu)建技術(shù)。它主要有以下兩個方面的特點：

（1）以數(shù)據(jù)注冊中心（DRC）為核心

在邏輯數(shù)據(jù)資源池中，所有數(shù)據(jù)信息都要通過數(shù)據(jù)注冊中心進行注冊，DRC根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對所有注冊的數(shù)據(jù)和資源進行規(guī)范和標(biāo)識，記錄數(shù)據(jù)的屬性信息（數(shù)據(jù)大小、屬主信息、數(shù)據(jù)狀態(tài)、存儲地址等）。DRC將注冊的元數(shù)據(jù)信息存入邏輯數(shù)據(jù)資源池用以對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理，并且提供給用戶搜索、定位等服務(wù)。

（2）數(shù)據(jù)權(quán)限中心（DAC）和數(shù)據(jù)異?？刂浦行模―EC）協(xié)同

DAC負(fù)責(zé)管理用戶角色和權(quán)限信息，并利用現(xiàn)有的加解密技術(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)的狀態(tài)進行加解密。通常DOA定義下的數(shù)據(jù)具有兩種狀態(tài)：數(shù)據(jù)態(tài)和應(yīng)用態(tài)，數(shù)據(jù)在存儲和傳輸時保持加密的狀態(tài)叫做數(shù)據(jù)態(tài)，在應(yīng)用時授權(quán)解密的狀態(tài)叫做應(yīng)用態(tài)。DEC負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)進行維護，對數(shù)據(jù)資源池發(fā)生的異常進行檢測和控制，當(dāng)DRC采用分布式部署時，DEC還負(fù)責(zé)冗余數(shù)據(jù)的一致性管理，并保障數(shù)據(jù)的安全。DRC、DAC、DEC三者的聯(lián)動所形成的有效機制是DOA下數(shù)據(jù)資源池技術(shù)的核心

2 面向數(shù)據(jù)的軟件工程

2.1 面向數(shù)據(jù)的軟件工程基本原理

（1）以DRC為核心以數(shù)據(jù)資源池為基礎(chǔ)

面向數(shù)據(jù)的軟件工程（data-oriented software engineering，DOSE）方法的基礎(chǔ)是DOA，所以用DOSE方法開發(fā)的軟件系統(tǒng)也是DOA架構(gòu)的，而DRC是DOA的核心，所以DRC也是DOSE開發(fā)的系統(tǒng)的核心組成。DRC用以管理邏輯數(shù)據(jù)資源池，物理數(shù)據(jù)資源池用以存儲各種類型數(shù)據(jù)，在DOSE方法的邊調(diào)研邊開發(fā)不斷迭代的過程中，需要以數(shù)據(jù)作為開發(fā)和測試的條件，所以DOSE以數(shù)據(jù)資源池為基礎(chǔ)。

（2）業(yè)務(wù)邏輯轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)邏輯

在DOSE中，通常我們把對數(shù)據(jù)資源池中某個數(shù)據(jù)的一次讀寫操作過程叫做一個數(shù)據(jù)邏輯過程，而業(yè)務(wù)邏輯由一個或者多個數(shù)據(jù)邏輯構(gòu)成。數(shù)據(jù)導(dǎo)向可以更加詳細(xì)了解需求，數(shù)據(jù)邏輯可以細(xì)化系統(tǒng)開發(fā)，先梳理數(shù)據(jù)邏輯，再根據(jù)不同數(shù)據(jù)邏輯組成業(yè)務(wù)邏輯，可以更好地完成系統(tǒng)開發(fā)。

（3）可持續(xù)的數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)

可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)是DOSE理論的重要特點之一，其強調(diào)從所有數(shù)據(jù)到所有應(yīng)用和應(yīng)用工具都屬于一個大的系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)、應(yīng)用、應(yīng)用需求、應(yīng)用工具等都是有生命周期的，但是將所有數(shù)據(jù)比作“土壤”，應(yīng)用比作“樹木”或者“森林”，整個大的系統(tǒng)是永恒的，是生態(tài)的，是可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)。

2.2 面向數(shù)據(jù)的軟件工程方法

2.2.1 方法原則

（1）統(tǒng)一數(shù)據(jù)注冊標(biāo)準(zhǔn)

首先是數(shù)據(jù)的定義和數(shù)據(jù)的管理需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)注冊中心按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)注冊，通過邏輯數(shù)據(jù)資源池進行統(tǒng)一管理，使得數(shù)據(jù)在一個地方存儲多個地方使用。另外，使用統(tǒng)一數(shù)據(jù)注冊標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)注冊中心或者數(shù)據(jù)平臺按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)（即協(xié)議）進行數(shù)據(jù)交換。

（2）數(shù)據(jù)定義服務(wù)，數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用

數(shù)據(jù)定義服務(wù)源自于DOSE中以數(shù)據(jù)為核心的思想和數(shù)據(jù)邏輯與業(yè)務(wù)邏輯的相互關(guān)系；數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用則是源自于DOSE中數(shù)據(jù)“土壤”生長應(yīng)用“森林”的思想。再者，DOSE的軟件過程是建立在數(shù)據(jù)大平臺基礎(chǔ)上的，根據(jù)數(shù)據(jù)“土壤”，通過再生的需求和數(shù)據(jù)的分析，搭建應(yīng)用“森林”，所以在DOSE中，數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用。

（3）數(shù)據(jù)-應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)

這個原則是指應(yīng)用DOSE方法所構(gòu)建的是由無數(shù)更迭的有生命周期的數(shù)據(jù)和應(yīng)用組成的數(shù)據(jù)大平臺與碎片化應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)。前文中描述的DOA下的數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)，其實是用DOSE方法建立數(shù)據(jù)與應(yīng)用之間有效的機制，用數(shù)據(jù)得到更多的需求，用基本的功能單元實現(xiàn)更多的應(yīng)用。這樣的一個原則使DOSE可以很好地應(yīng)對頻繁的需求變更，可以有效地延長系統(tǒng)的生命周期。

2.2.2 方法描述

2.3 DOSE與SOSE比較

SOA的定義是：一個組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來（姜國華，2007）。DOA的定義是：采用“面向數(shù)據(jù)和以數(shù)據(jù)為核心”的思想，立足于數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)時代從數(shù)據(jù)保護到授權(quán)應(yīng)用整套機制的軟件體系結(jié)構(gòu)（苗放，2012）。DOSE與SOSE的對比如表1所示。

3 結(jié)束語

本文針對大數(shù)據(jù)時代軟件工程所面臨的一系列問題，提出一種面向數(shù)據(jù)的軟件工程方法，并對該DOSE方法以及DOSE相關(guān)的概念進行了詳細(xì)的闡述，最后，對DOSE和SOSE做了對比。本文只是對DOSE方法做了初步的研究工作，下一步的研究工作則是DOSE方法的具體應(yīng)用和推廣。

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