遺留系統(tǒng)中構(gòu)件的提取及管理研究

李天科

摘要：為了從遺留系統(tǒng)中提取具有可復(fù)用價值的構(gòu)件，并對提取的構(gòu)件實施有效的管理。提出了基于UML的構(gòu)件提取方法，通過分析用例圖、交互圖、類圖，篩選需要提取的候選構(gòu)件，依據(jù)構(gòu)件質(zhì)量度量模型，對候選構(gòu)件進行度量，確定所提取構(gòu)件并進行封裝。最后確定了構(gòu)件描述的刻面術(shù)語，并選擇應(yīng)用數(shù)據(jù)庫保存構(gòu)件的描述信息，應(yīng)用文件系統(tǒng)保存構(gòu)件。

關(guān)鍵詞：遺留系統(tǒng)；構(gòu)件提?。粯?gòu)件描述

中圖分類號：TP311.54 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0109-03

1 引言

隨著軟件需求的迅速增長，軟件復(fù)用技術(shù)和基于構(gòu)件的軟件開發(fā)技術(shù)逐漸受到軟件開發(fā)者的青睞。軟件復(fù)用是指在新軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中，重復(fù)利用已有的、相同或相近軟件元素的過程。作為提高軟件生產(chǎn)率的一個有效方法，依照軟件復(fù)用的思想，軟件系統(tǒng)的開發(fā)不再采用一切“從零開始”的模式，而是以己有的工作為基礎(chǔ)，充分利用遺留系統(tǒng)開發(fā)中積累的成果，消除重復(fù)勞動，提高軟件開發(fā)效率和質(zhì)量[1]。

構(gòu)件是指語義完整、語法正確和有可重用價值的單位軟件，是軟件重用過程中可以明確辨識的、具有相對獨立功能的構(gòu)成成分。簡單地說，構(gòu)件就是具有一定功能，能夠獨立工作或能同其它構(gòu)件裝配起來協(xié)調(diào)工作的程序體。

基于構(gòu)件的軟件復(fù)用，存在兩個關(guān)鍵技術(shù)問題，一是需要大量的可復(fù)用構(gòu)件，二是如何找到合適的構(gòu)件。

軟件工程專業(yè)的歷屆學(xué)生在課程設(shè)計、畢業(yè)論文設(shè)計過程中，開發(fā)了大量的應(yīng)用系統(tǒng)。這些遺留系統(tǒng)針對的問題域各種各樣，實現(xiàn)方法也各有不同。這些系統(tǒng)都是以學(xué)習(xí)為目的而開發(fā)，大多或多或少存在一些缺陷，系統(tǒng)的功能、性能很難真正滿足行業(yè)的需要，多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)難以投入實際應(yīng)用。即便如此，許多遺留系統(tǒng)中還是存在一些有價值的軟件模塊，隨意丟棄必然造成資源浪費。從這些遺留系統(tǒng)中提取有復(fù)用價值的軟件模塊或軟件構(gòu)件，進行合理的分類描述，然后通過軟件構(gòu)件庫收集、存儲。在以后的軟件開發(fā)實踐中，就可以根據(jù)需求選擇重復(fù)。

2 遺留系統(tǒng)中構(gòu)件的提取

從遺留系統(tǒng)中提取有可復(fù)用價值的構(gòu)件是構(gòu)件獲取的主要途徑之一。然而，大多數(shù)遺留系統(tǒng)在軟件設(shè)計和開發(fā)時并沒有為復(fù)用作專門的考慮，系統(tǒng)的接口和文檔也不是為復(fù)用而設(shè)計的，甚至有些遺留系統(tǒng)只有代碼，沒有相關(guān)的文檔。因此，要從遺留系統(tǒng)中提取構(gòu)件存在很多困難。

如何從遺留系統(tǒng)中提取構(gòu)件，是軟件復(fù)用與程序理解領(lǐng)域的一個重要交叉研究領(lǐng)域[2]。許多專業(yè)人員對此做了深入研究，文獻[2]從系統(tǒng)分解和度量兩個方面對構(gòu)件提取的研究現(xiàn)狀做了綜述，文獻[3]以系統(tǒng)理解和軟件度量為基礎(chǔ)，提出了一種從面向?qū)ο筮z留系統(tǒng)中挖掘可復(fù)用構(gòu)件的方法，文獻[4]提出了一種領(lǐng)域框架和構(gòu)件的提取方法。這些研究為自動化的構(gòu)件識別和獲取提供基礎(chǔ)，但是至今，構(gòu)件的提取還不能做到完全的自動化[3]。

學(xué)生的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計產(chǎn)生的遺留系統(tǒng)一般都有比較完整的文檔，因此，可以依據(jù)這些文檔理解系統(tǒng)，采用手工方式從這些系統(tǒng)中提取構(gòu)件。本文采用了基于UML的軟件構(gòu)件提取方法，提取過程是一個基于用例迭代的過程，構(gòu)件的提取由用例驅(qū)動，用例圖描述系統(tǒng)的功能需求，交互圖描述每個用例的流程和涉及的類，類圖描述實現(xiàn)用例的類和類之間的關(guān)系，構(gòu)件則是類的抽象[1]。下面結(jié)合圖書館管理系統(tǒng)，說明構(gòu)件的提取過程：

（1）依據(jù)用例圖，分析每一個用例的可復(fù)用性，并利用有用性原則篩選用例。

圖1是圖書管理系統(tǒng)中涉及圖書管理員角色的用例圖，由圖可知，涉及圖書管理員的用例包括：用戶管理、圖書管理、借閱管理、借書證管理。其中圖書管理和借閱管理是兩個比較復(fù)雜的用例，圖書管理包含圖書編目管理和圖書入庫管理。借閱管理包括：借閱資格驗證管理、借書管理、還書管理、續(xù)借管理等。

依據(jù)有用性原則篩選用例，所謂有用性原則就是選取的用例具有相對獨立的邏輯功能，能滿足某種通用的功能需求，或者能滿足特定領(lǐng)域經(jīng)常被用到的業(yè)務(wù)需求。對于一個遺留系統(tǒng)，并沒有必要把所有的用例確定為提取構(gòu)件的候選用例，一般只選擇可復(fù)用性高，邏輯功能完善、邏輯關(guān)系比較獨立的用例。

例如，針對圖書館管理系統(tǒng)，選取用戶管理用例作為候選用例，提取通用的用戶管理構(gòu)件，該構(gòu)件可在新系統(tǒng)開發(fā)中復(fù)用，實現(xiàn)用戶的輸入、刪除、更新等功能。也可以考慮選取借閱管理用例作為候選用例提取領(lǐng)域構(gòu)件，以后在領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)新的圖書管理系統(tǒng)的時候復(fù)用。

（2）依據(jù)交互圖，了解候選用例的處理流程，分析候選用例所涉及到的類，以及這些類之間的耦合關(guān)系。

借書管理的順序圖如圖2所示，圖2表示了借書管理中的業(yè)務(wù)處理流程，參照借書管理用例的順序圖并研究借閱管理的其它用例，可知借書管理所涉及的類有：“圖書管理員”、“讀者”、“書籍”、“圖書信息”、“借閱記錄”以及“圖形界面控制類（GUI）”等。

依據(jù)交互圖分析類之間的耦合關(guān)系，耦合關(guān)系是度量構(gòu)件獨立性的指標(biāo)之一。類的耦合數(shù)越大，類越容易受其它類的影響，不利于復(fù)用。圖2描述了這些類之間的方法調(diào)用過程，反應(yīng)這些類之間的耦合關(guān)系。

（3）依據(jù)類圖，確定那些類共同實現(xiàn)那個候選用例。將這些類提取出來，作為具有實現(xiàn)該用例功能的候選構(gòu)件。

分析借書管理的類圖（如圖3所示），由于“圖書管理員”、“讀者”、“書籍”、“圖書信息”、“借閱記錄”類共同用來實現(xiàn)圖書借閱用例。因此，將這些類抽象成圖書借閱構(gòu)件。

（4）依據(jù)構(gòu)件質(zhì)量度量模型，對所提取的候選構(gòu)件質(zhì)量進行度量，并根據(jù)需要對構(gòu)件進行封裝。

構(gòu)件可復(fù)用性質(zhì)量度量的模型有多種，本文選擇三個主要的因素進行度量，即有用性、易用性、接口成熟性。有用性就是度量提取的構(gòu)件能完成什么邏輯功能，易用性包括易理解、易修改，易修改就是針對新系統(tǒng)特殊的功能需求對構(gòu)件能進行適應(yīng)性修改。接口成熟性度量包括接口的正確性和接口的易理解性。接口的正確性判斷是依據(jù)接口是否符合接口規(guī)格說明。接口的易理解性是指接口規(guī)格說明是否能被用戶正確理解[5]。根據(jù)度量的結(jié)果確定需要提取的構(gòu)件，最后對提取的構(gòu)件進行封裝，這里封裝的含義有兩方面，一是對提取的同一構(gòu)件的類進行打包，如將java類打包成jar包的形式。二是給每一個構(gòu)件添加必要的文檔。

3 構(gòu)件的管理

3.1 構(gòu)件的分類描述

隨著提取構(gòu)件數(shù)量的增加，構(gòu)件的分類描述越來越重要。構(gòu)件復(fù)用者通過構(gòu)件的描述信息，往往找到的是一個具有相似功能的構(gòu)件集。如何找到合適的構(gòu)件，主要取決于需要確定更合理的構(gòu)件描述術(shù)語。

現(xiàn)有文獻關(guān)于構(gòu)件的分類描述主要應(yīng)用刻面分類法，刻面分類法是由一組描述構(gòu)件特征的刻面所組成，每個刻面從不同的角度對構(gòu)件進行分類，每個刻面由一組基本的術(shù)語構(gòu)成術(shù)語空間。

本文參照青鳥構(gòu)件模型[6]、以及現(xiàn)有的一些文獻[7][8]中提出的構(gòu)件刻面分類方法，針對提取的構(gòu)件，設(shè)計出了五個刻面：構(gòu)件屬性、構(gòu)件形態(tài)、應(yīng)用環(huán)境、構(gòu)件功能、存儲環(huán)境。具體描述信息見圖4所示。

（1）構(gòu)件屬性：涉及構(gòu)件描述的一些基本信息，術(shù)語包括構(gòu)件名稱、作者、版本、創(chuàng)建時間、入庫時間、修改時間。

（2）構(gòu)件形態(tài)：描述構(gòu)件開發(fā)所用的語言、構(gòu)件的模型以及構(gòu)件的抽象層次。術(shù)語包括開發(fā)語言、類型、抽象層次。開發(fā)語言術(shù)語指定為枚舉值：C#、C++、Java、JSP、ASP、PHP、其它。類型術(shù)語指定為枚舉值：COM/DCOM、JavaBean/EJB、CORBA。抽象層次術(shù)語指定的枚舉值：DLL、EXE、源碼、其它。

（3）應(yīng)用環(huán)境：指構(gòu)件實現(xiàn)的目標(biāo)及可能的應(yīng)用領(lǐng)域。術(shù)語包括構(gòu)件實現(xiàn)目標(biāo)、應(yīng)用領(lǐng)域、適用的操作系統(tǒng)。其中應(yīng)用領(lǐng)域術(shù)語指定為枚舉值：通用、信息管理、辦公應(yīng)用、Web應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫相關(guān)、網(wǎng)絡(luò)和通信、多媒體、文件處理、標(biāo)記語言相關(guān)、用戶界面、其它。操作系統(tǒng)術(shù)語指定為枚舉值：Unix、Linux、Windows、Android。

（4）構(gòu)件功能：主要指構(gòu)件在原有或可能的軟件系統(tǒng)中實現(xiàn)的邏輯功能，術(shù)語包括功能的分類、功能描述、接口描述。功能分類指定的枚舉值：圖形圖像、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)值處理、數(shù)據(jù)庫、用戶界面、容器、字處理、文件操作、其他。功能描述是對構(gòu)件所實現(xiàn)的功能用文字描述，幫助使用者理解構(gòu)件。接口描述對構(gòu)件的輸入?yún)?shù)個數(shù)及類型、輸出結(jié)果等進行描述。

（5）存儲環(huán)境：構(gòu)件實體采用文件系統(tǒng)存儲，存儲環(huán)境刻面描述包含構(gòu)件存儲有關(guān)的信息，術(shù)語包括文件名、文件屬性、文件存儲路徑。

3.2 構(gòu)件的存儲

從遺留系統(tǒng)中提取的構(gòu)件形式多樣、規(guī)模大小不一，不適合使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫直接存儲。因為關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的字段一般有類型、大小的限制，這與構(gòu)件實體的特點不相符。

構(gòu)件實體適合采用文件系統(tǒng)，以文件為單位存儲。文件系統(tǒng)對所存儲的文件大小沒有限制，且可以存儲多種不同形式的構(gòu)件，這恰好符合構(gòu)件的特點。但是文件系統(tǒng)不具有快速有效的檢索途徑，文件系統(tǒng)中存儲的構(gòu)件檢索效率低，特別是當(dāng)文件數(shù)量很多的時候，檢索效率更低。因此，文件系統(tǒng)不能滿足對構(gòu)件高效檢索的要求。

在實際應(yīng)用中，構(gòu)件的存儲采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)相結(jié)合的方法實現(xiàn)較合理，具體的存儲結(jié)構(gòu)見圖5。圖中的橢圓表示構(gòu)件的刻面分類信息，包括構(gòu)件基本屬性、構(gòu)件形態(tài)、構(gòu)件功能、應(yīng)用環(huán)境和存儲環(huán)境，刻面分類信息是構(gòu)件的附加信息，這些信息存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。其中，構(gòu)件的一個刻面對應(yīng)一個構(gòu)件表，一個術(shù)語對應(yīng)一個字段（表設(shè)計見圖4），六個表組成構(gòu)件庫。構(gòu)件復(fù)用者利用構(gòu)件庫就可以高效檢索構(gòu)件，利用構(gòu)件的存儲環(huán)境信息就可知構(gòu)件的文件名、文件存儲路徑。然后按照文件名和路徑，從文件系統(tǒng)中找到并下載構(gòu)件。

4 結(jié)語

本文參考了現(xiàn)有構(gòu)件提取和管理的文獻資料，研究了基于UML的構(gòu)件提取方法，該方法是一種是通過分析用例圖、交互圖、類圖，確定需要提取的候選構(gòu)件，然后依據(jù)構(gòu)件質(zhì)量度量模型，對候選構(gòu)件進行度量，最后確定并提取可復(fù)用價值較高的構(gòu)件，并進行封裝。這種手工提取方法，雖然不能實現(xiàn)自動化的構(gòu)件提取，但是思路簡單易于實現(xiàn)。

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