吳濤,張素娟,馬軍

(河北聯(lián)合大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)中心,河北唐山 063009)

0 引 言

美國(guó)克萊蒙特大學(xué)的教授凱尼斯.格林(Kenneth G reen)早在1990年發(fā)起并主持的一項(xiàng)大型科研項(xiàng)目“信息化校園計(jì)劃”(The Cam pus Computing Pro ject)中就提出了數(shù)字化校園的概念,是數(shù)字化校園概念最早的提出者。數(shù)字化校園旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)有關(guān)的所有信息資源進(jìn)行全面的數(shù)字化;并用科學(xué)規(guī)范的管理對(duì)這些信息資源進(jìn)行整合和集成,以構(gòu)成統(tǒng)一的用戶(hù)管理、統(tǒng)一的資源管理和統(tǒng)一的權(quán)限控制[1];

但是由于歷史的原因,學(xué)校各個(gè)部門(mén)之間已經(jīng)存在許多子系統(tǒng),而這些子系統(tǒng)之間存在著較大的差異性,同時(shí)相互之間又缺乏數(shù)據(jù)共享關(guān)系和通常的交換途徑,因而無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)的全面分析和利用。同時(shí),隨著業(yè)務(wù)需求的變化,各業(yè)務(wù)系統(tǒng)均出現(xiàn)落后于需求的狀況。因此,迫切需要建立一個(gè)統(tǒng)一的信息集成平臺(tái)對(duì)分散在各應(yīng)用系統(tǒng)中的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,同時(shí)通過(guò)快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)能夠快速構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng),與用戶(hù)協(xié)同構(gòu)建,使需求變化與業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)盡量同步。

基于MDA的快速協(xié)同開(kāi)發(fā)平臺(tái)建立在數(shù)字校園基礎(chǔ)上,根據(jù)需求變化快速構(gòu)建業(yè)務(wù)平臺(tái),使各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與需求保持一致,同時(shí)降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本和維護(hù)成本。

1 抽象計(jì)算平臺(tái)的建立

1.1 傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)模式所面臨的問(wèn)題

隨著高校信息化建設(shè)的發(fā)展,高校信息系統(tǒng),如教務(wù)管理系統(tǒng)、自動(dòng)辦公系統(tǒng)等應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其開(kāi)發(fā)重視程度也越來(lái)越高,但是在這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和后續(xù)擴(kuò)展過(guò)程中出現(xiàn)的很多問(wèn)題,特別是設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)不一致,系統(tǒng)功能跟不上需求的變化等問(wèn)題,越來(lái)越制約了高校業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展[2]。

目前不光是高校業(yè)務(wù)系統(tǒng),大多數(shù)的信息系統(tǒng)都沒(méi)有分離的定義模型,開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常以代碼的方式體現(xiàn)系統(tǒng)模型的建立,系統(tǒng)的可重用性差。

基于以上背景,利用高度抽象模型并實(shí)現(xiàn)機(jī)器可讀模型來(lái)創(chuàng)建模型定義與代碼分離的抽象計(jì)算平臺(tái),支持軟件設(shè)計(jì)和模型的可視化,在面向?qū)ο?OO)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上加入以模型為中心的思想,用以帶來(lái)軟件生產(chǎn)力和軟件質(zhì)量的提升。

1.2 抽象計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建需求

基于快速構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)的抽象計(jì)算平臺(tái)需要采用先進(jìn)的模塊構(gòu)建思想,采用統(tǒng)一的建模工具完成數(shù)據(jù)建模、界面建模、邏輯建模;采用統(tǒng)一的工作流平臺(tái)控制業(yè)務(wù)流程;采用全局的權(quán)限管理模型管理系統(tǒng);采用統(tǒng)一的報(bào)表輸出模式[3]。

該平臺(tái)通過(guò)定義一種與具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)或平臺(tái)無(wú)關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)范,將系統(tǒng)的功能描述與基于具體平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)描述分離開(kāi)來(lái)。建模和模型映射技術(shù)是抽象計(jì)算平臺(tái)的核心,對(duì)系統(tǒng)的不同方面進(jìn)行不同抽象水平的建模,模型之間通過(guò)模型映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)模型映射,保證了模型的可追溯性,從而讓開(kāi)發(fā)人員可以獲得最大限度的靈活性。另一方面,用戶(hù)也能參與到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中,能夠協(xié)同校內(nèi)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和維護(hù)模式。

1.3 抽象計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建要素

在抽象計(jì)算平臺(tái)的模型中,各服務(wù)組件相互獨(dú)立,通過(guò)定義協(xié)同流程與規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建模的需要,所有組件的建立要求抽象化,同時(shí)最終目標(biāo)模型中的元素可以被追溯到生成它的元模型中的元素。模型庫(kù)之間需要提供一個(gè)開(kāi)放的轉(zhuǎn)換機(jī)制,其轉(zhuǎn)換規(guī)則和轉(zhuǎn)換過(guò)濾需要存儲(chǔ)服務(wù)和信息表現(xiàn)形式的支持,其生成的目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)能很好體現(xiàn)出服務(wù)的互動(dòng)性管理,其互動(dòng)性服務(wù)功能主要表現(xiàn)在四個(gè)方面:

1)協(xié)同服務(wù)功能,它基于XM L的消息機(jī)制,負(fù)責(zé)檢查交互信息的有效性,轉(zhuǎn)換不同格式的服務(wù)信息,為異步信息處理提供信息的臨時(shí)保存;

2)代理服務(wù),它能夠使各種組織和應(yīng)用快速接收和遞交需交互的服務(wù)信息,根據(jù)消息響應(yīng)和驅(qū)動(dòng)應(yīng)用對(duì)象;

3)過(guò)程服務(wù),提供了一個(gè)具體的圖形化環(huán)境,以便使非技術(shù)人員也能夠?qū)I(yè)務(wù)過(guò)程建模,能夠處理?xiàng)l件分支、環(huán)形和并行流轉(zhuǎn)路線等復(fù)雜流程;

4)部署服務(wù),包括管理需要交互信息的服務(wù)器地址、代理地址以及對(duì)所交互的信息分類(lèi)。

通過(guò)對(duì)MDA架構(gòu)的研究與實(shí)現(xiàn),著眼于服務(wù)實(shí)現(xiàn)的原型,建立從模型集到生產(chǎn)適當(dāng)實(shí)現(xiàn)代碼的框架。

2 模型驅(qū)動(dòng)體系架構(gòu)

2.1 MDA概述

模型驅(qū)動(dòng)體系架構(gòu)MDA(Model Driven A rchitecture)是國(guó)際對(duì)象管理組織(OMG)發(fā)布的一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)框架,是一種基于模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)技術(shù)的開(kāi)發(fā)方法,通過(guò)基于UM L以及其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的框架,支持軟件設(shè)計(jì)和模型的可視化、存儲(chǔ)和交換。MDA能夠創(chuàng)建出機(jī)器可讀和高度抽象的模型,這些模型獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)技術(shù),以標(biāo)準(zhǔn)化的方式儲(chǔ)存。

MDA采用標(biāo)準(zhǔn)模型表述方法和標(biāo)準(zhǔn)建模方法來(lái)詳細(xì)描述信息系統(tǒng),從業(yè)務(wù)需求描述、系統(tǒng)功能和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、包含平臺(tái)技術(shù)細(xì)節(jié)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等3個(gè)層次,MDA都給出了相應(yīng)的描述模型[4]。

1)計(jì)算無(wú)關(guān)模型(Computation Independent M odel,CIM),在系統(tǒng)需求分析階段從純業(yè)務(wù)角度描述系統(tǒng)要完成的工作。

2)平臺(tái)無(wú)關(guān)模型(Platform Independent Model,PIM),從功能設(shè)計(jì)角度描述系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),與技術(shù)細(xì)節(jié)無(wú)關(guān)。

3)平臺(tái)特定模型(Platform Specific M odel,PSM),描述基于特定平臺(tái)的解決方案。

4)實(shí)現(xiàn)相關(guān)模型(Implementation Specific M odel,ISM),面向最后的編程描述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

2.2 MDA建模方法

MDA把建模語(yǔ)言用作一種編程語(yǔ)言而不僅僅是設(shè)計(jì)語(yǔ)言。MDA的關(guān)鍵之處是模型在軟件開(kāi)發(fā)中扮演了非常重要的角色。MDA中模型的定義是模型是:首先,模型是一種系統(tǒng)規(guī)約,這種規(guī)約可以是對(duì)結(jié)構(gòu)的規(guī)約也可以是對(duì)系統(tǒng)功能或系統(tǒng)行為的規(guī)約;其次,這種規(guī)約必須是正式的,即必須使用一種嚴(yán)格定義沒(méi)有歧義的語(yǔ)言。所以一個(gè)模型必須和一種嚴(yán)格定義了語(yǔ)法和語(yǔ)義的建模語(yǔ)言綁定在一起[5]。

1)平臺(tái)無(wú)關(guān)模型和平臺(tái)相關(guān)模型

對(duì)于MDA方法學(xué),MDA中的模型分為兩種:平臺(tái)無(wú)關(guān)模型(Platform Independent Model,PIM)和平臺(tái)相關(guān)模型(Platform Specific Model,PSM)。其中,平臺(tái)是指在特定的硬件基礎(chǔ)上使用特定的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施,如EJB、CORBA平臺(tái)等與系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能無(wú)關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)。PIM是一個(gè)系統(tǒng)的形式化規(guī)范,通過(guò)UM L或合適的標(biāo)記來(lái)表示與具體的技術(shù)細(xì)節(jié)無(wú)關(guān)。

因?yàn)閁M L是獨(dú)立于任何中間件技術(shù)的、與平臺(tái)無(wú)關(guān)的語(yǔ)言,所以PIM與平臺(tái)無(wú)關(guān)。在MDA中,PIM是基礎(chǔ)和核心。與PIM的平臺(tái)無(wú)關(guān)性相對(duì),PSM是平臺(tái)相關(guān)的。一個(gè)PSM詳細(xì)地表達(dá)了由一個(gè)PIM所描述的功能如何在一個(gè)特定的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn),它是基于某個(gè)具體目標(biāo)平臺(tái)的形式化規(guī)范,由UM L描述或由具體技術(shù)的接口來(lái)定義。需要指出的是,模型的平臺(tái)無(wú)關(guān)性和平臺(tái)相關(guān)性,都是一個(gè)相對(duì)的概念。某個(gè)模型在一定背景下可以看作是PIM,在另一個(gè)背景下又可以看作是PSM。

2)CIM模型定義

用戶(hù)可以在現(xiàn)有模型中定制應(yīng)用需求、邏輯、結(jié)構(gòu)和行為,可以用需求模型和業(yè)務(wù)模型來(lái)完成需求分析;使用業(yè)務(wù)模型完成應(yīng)用邏輯和諸如復(fù)雜過(guò)程(SOA);使用UM L來(lái)完成應(yīng)用結(jié)構(gòu)和行為;使用數(shù)據(jù)模型來(lái)完成對(duì)象的持久化;使用知識(shí)庫(kù)來(lái)管理模型等。

通過(guò)元模型定義,用戶(hù)可以用UM L的方式定義自己的元模型。所有的模型都可基于元模型,用戶(hù)可以根據(jù)需求編寫(xiě)自定義的擴(kuò)展模型,甚至是語(yǔ)言模型。采用元模型來(lái)設(shè)計(jì)自己的模型是再合適不過(guò)的了。同時(shí)基于UM L Profile,可以在其上面定義或擴(kuò)展自己的模型。

3)模型的轉(zhuǎn)換與映射

映射(M apping)為了獲取另一個(gè)模型而被用來(lái)修改某個(gè)模型的規(guī)則和技術(shù)的集合稱(chēng)為映射。以一個(gè)或多個(gè)的源模型作為輸入,產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)的目標(biāo)模型作為輸出。轉(zhuǎn)換一個(gè)模型到另一個(gè)的過(guò)程即所謂的模型變換或者說(shuō)模型轉(zhuǎn)換(M odel T ransform ation)。在MDA中,它將在PIMs和PSM s之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換[6]。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以先設(shè)計(jì)與平臺(tái)無(wú)關(guān)的模型Platform Independent M odels(PIM),然后通過(guò)模型轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成Platform Specific M odels(PSM)。當(dāng)需要生成代碼或者預(yù)覽代碼時(shí),模型會(huì)根據(jù)定義在語(yǔ)言模型或者擴(kuò)展模型上的模版和流程來(lái)生成代碼。用戶(hù)也可以在模型上直接修改代碼,那么模型也會(huì)隨之同步更新,同樣也能修改語(yǔ)言模型或者擴(kuò)展模型以適應(yīng)需求。流程如圖1所示:

圖1 MDA模型轉(zhuǎn)換流程

MDA應(yīng)保證模型轉(zhuǎn)換是一個(gè)雙向無(wú)損的過(guò)程,當(dāng)然也可以基于自定義的規(guī)則在新建自定義的模型轉(zhuǎn)換的功能,以適應(yīng)需求的變化。例如可在如下的幾種模型轉(zhuǎn)換上進(jìn)行擴(kuò)展:

(1)OOM OOM:這種情況下,一般是從分析(Analysis)到具體的語(yǔ)言(如Java等)。

(2)OOM PDM:這是一種自頂向下的開(kāi)發(fā)流程,即先行根據(jù)需求設(shè)計(jì)出領(lǐng)域模型,然后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫(kù)模型,并同時(shí)建立O/RM apping的關(guān)系。基于這些O/RM apping的關(guān)系,建立持久化模型。

(3)PDM OOM:與(2)相反,是自下向上的開(kāi)發(fā)流程,同時(shí)也會(huì)自動(dòng)建立O/RM apping。

(4)CDM PDM/PDM CDM:概念數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換。

(5)CDM OOM/OOM CDM:概念數(shù)據(jù)模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷霓D(zhuǎn)換。

(6)PDM XSM:物理模型到XM L模型的轉(zhuǎn)換,一般用于生成數(shù)據(jù)庫(kù)的XM L Schema或者是帶有XM L結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型(Web Service in database)。

4)核心目標(biāo)平臺(tái)和代碼生成

核心目標(biāo)平臺(tái)如CORBA、XM IPXM L、JAVA、NET、WEB SERV ICES等。MDA的核心目標(biāo)平臺(tái)實(shí)際上就是不同的中間件平臺(tái)[7]。因?yàn)镸DA的核心技術(shù)和核心模型PIM都是平臺(tái)無(wú)關(guān)的,所以無(wú)論最終目標(biāo)平臺(tái)是CCM、EJB還是其它中間件平臺(tái),都可以通過(guò)工具將模型轉(zhuǎn)換為某個(gè)特定平臺(tái)上的PSM,使應(yīng)用模型與領(lǐng)域模型可得到重用,改善和增強(qiáng)可移植性。MDA可通過(guò)GTL語(yǔ)言(General Temp late Language)來(lái)實(shí)現(xiàn)代碼生成,使用GTL可以做到高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法特點(diǎn),例如:定義變量、循環(huán)、條件分支等等。所以, MDA靈活性即使在特定的領(lǐng)域中也可以輕松定制生成的代碼。同時(shí)MDA的靈活性還體現(xiàn)在任何高級(jí)語(yǔ)言(如C#,Java等)均可以方便調(diào)用元模型來(lái)實(shí)現(xiàn)需求以及靈活的插件定制功能。

3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

業(yè)務(wù)構(gòu)建平臺(tái)主要包括業(yè)務(wù)建模平臺(tái)、工作流平臺(tái)、報(bào)表/查詢(xún)工具,提供設(shè)計(jì)和運(yùn)行兩種模式。

3.1 業(yè)務(wù)建模平臺(tái)

業(yè)務(wù)建模是為數(shù)據(jù)維護(hù)型應(yīng)用模塊提供快速開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的環(huán)境,通過(guò)圖形化界面,支持開(kāi)發(fā)人員從業(yè)務(wù)需求分析出發(fā),直接定義和維護(hù)業(yè)務(wù)模塊的數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)權(quán)限、操作界面,通過(guò)模型語(yǔ)言描述的方式,降低開(kāi)發(fā)人員對(duì)底層技術(shù)細(xì)節(jié)的掌握要求,快速的完成開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)維護(hù)類(lèi)應(yīng)用模塊。業(yè)務(wù)建模主要包括以下部分:全局模型、數(shù)據(jù)建模、權(quán)限建模、應(yīng)用建模、模型管理;除此之外,對(duì)于模型不能解決的問(wèn)題,平臺(tái)必須提供開(kāi)發(fā)接口,讓開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)功能[39]。

業(yè)務(wù)建模包括開(kāi)發(fā)工具和運(yùn)行時(shí)引擎服務(wù)兩大部分,其中運(yùn)行時(shí)又可分為引擎服務(wù)和瀏覽器客戶(hù)端運(yùn)行時(shí)兩部分。業(yè)務(wù)建模用于開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)維護(hù)類(lèi)應(yīng)用模塊以及支撐該類(lèi)應(yīng)用的運(yùn)行,提供業(yè)務(wù)系統(tǒng)中包括數(shù)據(jù)的新增、刪除、修改、瀏覽、查詢(xún)功能。如:教職工基本信息維護(hù)模塊。

業(yè)務(wù)建模開(kāi)發(fā)工具是開(kāi)發(fā)人員通過(guò)各層次模型的定義方式來(lái)描述數(shù)據(jù)維護(hù)類(lèi)型應(yīng)用模塊的數(shù)據(jù)、權(quán)限、界面元素的輔助開(kāi)發(fā)工具,見(jiàn)圖2。

圖2 業(yè)務(wù)建模工具層次模型

3.2 工作流平臺(tái)

工作流平臺(tái)用于解決業(yè)務(wù)流程中各環(huán)節(jié)的控制以及數(shù)據(jù)處理問(wèn)題,包括流程的控制、活動(dòng)的執(zhí)行以及各活動(dòng)環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)的處理功能。工作流適用于同一項(xiàng)業(yè)務(wù)需要不同的角色進(jìn)行參與協(xié)同完成的一些業(yè)務(wù)模塊,解決了目前步驟多、流程復(fù)雜的業(yè)務(wù)模塊。

工作流平臺(tái)主要有三部分功能:

●流程開(kāi)發(fā)工具,用于支持開(kāi)發(fā)人員和系統(tǒng)管理人員進(jìn)行模塊審批流程定義、審批界面及審批權(quán)限定義;

●工作流服務(wù)(流程引擎),用于根據(jù)所定義的流程模型;

●流程任務(wù)處理客戶(hù)端,用于根據(jù)最終登錄用戶(hù)不同的操作權(quán)限;

1)工作流

工作流(Work flow)就是自動(dòng)運(yùn)作的業(yè)務(wù)過(guò)程部分或整體,表現(xiàn)為參與者對(duì)文件、信息或任務(wù)按照規(guī)程采取行動(dòng),并令其在參與者之間傳遞。簡(jiǎn)單地說(shuō),工作流就是一系列相互銜接、自動(dòng)進(jìn)行的業(yè)務(wù)活動(dòng)或任務(wù)。

2)活動(dòng)/步驟

所謂活動(dòng)/步驟是指組成的流程處理單元,這些處理單元可能與外界(人或其它程序)交互。

3)流程開(kāi)發(fā)工具

流程開(kāi)發(fā)工具是開(kāi)發(fā)人員用來(lái)定義工作流流程的工具,在工作流開(kāi)發(fā)工具上可以完成流程定義、流程環(huán)節(jié)定義、流程環(huán)節(jié)的權(quán)限定義,以及圖形和模型的操作定義。

流程開(kāi)發(fā)工具采用可視化的圖元方式描述流程的定義。業(yè)務(wù)流程圖包括流程的基本屬性、流程的控制元素、流程的活動(dòng)/步驟以及活動(dòng)與活動(dòng)之間的聯(lián)系。功能結(jié)構(gòu)如下圖3所示:

圖3 工作流開(kāi)發(fā)工具模型

3.3 報(bào)表/查詢(xún)工具

采用報(bào)表開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)報(bào)表。為了方便報(bào)表的管理,可以將部分有相似功能或概念的報(bào)表以及報(bào)表所需的數(shù)據(jù)集放到同一分組中,分組管理主要解決了對(duì)報(bào)表和數(shù)據(jù)集的分類(lèi)管理,方便用戶(hù)查找報(bào)表或數(shù)據(jù)集,以及方便管理員清晰的定義報(bào)表或數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

MDA是OMG針對(duì)代碼與模型分離、克服傳統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方法在生產(chǎn)效率、可移植性、交互性與維護(hù)等一系列缺陷提出的一種新的軟件開(kāi)發(fā)框架。本文根據(jù)MDA軟件開(kāi)發(fā)思想,研究了業(yè)務(wù)建模的抽象化過(guò)程與模型映射及轉(zhuǎn)換,為高?？焖贅I(yè)務(wù)構(gòu)建平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)框架。接下來(lái)的工作是:對(duì)MDA建模技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究、細(xì)化和完善,結(jié)合MDA的三級(jí)建模技術(shù)方法,進(jìn)一步研究高?？焖贅I(yè)務(wù)構(gòu)建平臺(tái)。

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