吳濤,張素娟,馬軍

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

0 引 言

美國克萊蒙特大學的教授凱尼斯.格林(Kenneth G reen)早在1990年發(fā)起并主持的一項大型科研項目“信息化校園計劃”(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)字化校園旨在實現(xiàn)對學校教學、科研、管理和生活服務(wù)有關(guān)的所有信息資源進行全面的數(shù)字化;并用科學規(guī)范的管理對這些信息資源進行整合和集成,以構(gòu)成統(tǒng)一的用戶管理、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,學校各個部門之間已經(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,因而無法進行數(shù)據(jù)的全面分析和利用。同時,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,迫切需要建立一個統(tǒng)一的信息集成平臺對分散在各應(yīng)用系統(tǒng)中的異構(gòu)數(shù)據(jù)進行整合,同時通過快速開發(fā)平臺能夠快速構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng),與用戶協(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)同開發(fā)平臺建立在數(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,使各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與需求保持一致,同時降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)成本和維護成本。

1 抽象計算平臺的建立

1.1 傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式所面臨的問題

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)、自動辦公系統(tǒng)等應(yīng)用越來越廣泛,其開發(fā)重視程度也越來越高,但是在這些系統(tǒng)的開發(fā)和后續(xù)擴展過程中出現(xiàn)的很多問題,特別是設(shè)計與實現(xiàn)不一致,系統(tǒng)功能跟不上需求的變化等問題,越來越制約了高校業(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)都沒有分離的定義模型,開發(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現(xiàn)機器可讀模型來創(chuàng)建模型定義與代碼分離的抽象計算平臺,支持軟件設(shè)計和模型的可視化,在面向?qū)ο?OO)開發(fā)的基礎(chǔ)上加入以模型為中心的思想,用以帶來軟件生產(chǎn)力和軟件質(zhì)量的提升。

1.2 抽象計算平臺的構(gòu)建需求

基于快速構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)的抽象計算平臺需要采用先進的模塊構(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)一的報表輸出模式[3]。

該平臺通過定義一種與具體實現(xiàn)技術(shù)或平臺無關(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的實現(xiàn)描述分離開來。建模和模型映射技術(shù)是抽象計算平臺的核心,對系統(tǒng)的不同方面進行不同抽象水平的建模,模型之間通過模型映射機制實現(xiàn)模型映射,保證了模型的可追溯性,從而讓開發(fā)人員可以獲得最大限度的靈活性。另一方面,用戶也能參與到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)中,能夠協(xié)同校內(nèi)應(yīng)用的開發(fā)和維護模式。

1.3 抽象計算平臺的構(gòu)建要素

在抽象計算平臺的模型中,各服務(wù)組件相互獨立,通過定義協(xié)同流程與規(guī)則來實現(xiàn)系統(tǒng)建模的需要,所有組件的建立要求抽象化,同時最終目標模型中的元素可以被追溯到生成它的元模型中的元素。模型庫之間需要提供一個開放的轉(zhuǎn)換機制,其轉(zhuǎn)換規(guī)則和轉(zhuǎn)換過濾需要存儲服務(wù)和信息表現(xiàn)形式的支持,其生成的目標系統(tǒng)應(yīng)能很好體現(xiàn)出服務(wù)的互動性管理,其互動性服務(wù)功能主要表現(xiàn)在四個方面:

1)協(xié)同服務(wù)功能,它基于XM L的消息機制,負責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)動應(yīng)用對象;

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

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

通過對MDA架構(gòu)的研究與實現(xiàn),著眼于服務(wù)實現(xiàn)的原型,建立從模型集到生產(chǎn)適當實現(xiàn)代碼的框架。

2 模型驅(qū)動體系架構(gòu)

2.1 MDA概述

模型驅(qū)動體系架構(gòu)MDA(Model Driven A rchitecture)是國際對象管理組織(OMG)發(fā)布的一個軟件開發(fā)框架,是一種基于模型驅(qū)動架構(gòu)技術(shù)的開發(fā)方法,通過基于UM L以及其他工業(yè)標準的框架,支持軟件設(shè)計和模型的可視化、存儲和交換。MDA能夠創(chuàng)建出機器可讀和高度抽象的模型,這些模型獨立于實現(xiàn)技術(shù),以標準化的方式儲存。

MDA采用標準模型表述方法和標準建模方法來詳細描述信息系統(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、包含平臺技術(shù)細節(jié)的系統(tǒng)實現(xiàn)等3個層次,MDA都給出了相應(yīng)的描述模型[4]。

1)計算無關(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)平臺無關(guān)模型(Platform Independent Model,PIM),從功能設(shè)計角度描述系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),與技術(shù)細節(jié)無關(guān)。

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

4)實現(xiàn)相關(guān)模型(Implementation Specific M odel,ISM),面向最后的編程描述系統(tǒng)的實現(xiàn)細節(jié)。

2.2 MDA建模方法

MDA把建模語言用作一種編程語言而不僅僅是設(shè)計語言。MDA的關(guān)鍵之處是模型在軟件開發(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)約可以是對結(jié)構(gòu)的規(guī)約也可以是對系統(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,即必須使用一種嚴格定義沒有歧義的語言。所以一個模型必須和一種嚴格定義了語法和語義的建模語言綁定在一起[5]。

1)平臺無關(guān)模型和平臺相關(guān)模型

對于MDA方法學,MDA中的模型分為兩種:平臺無關(guān)模型(Platform Independent Model,PIM)和平臺相關(guān)模型(Platform Specific Model,PSM)。其中,平臺是指在特定的硬件基礎(chǔ)上使用特定的技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施,如EJB、CORBA平臺等與系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能無關(guān)的技術(shù)細節(jié)。PIM是一個系統(tǒng)的形式化規(guī)范,通過UM L或合適的標記來表示與具體的技術(shù)細節(jié)無關(guān)。

因為UM L是獨立于任何中間件技術(shù)的、與平臺無關(guān)的語言,所以PIM與平臺無關(guān)。在MDA中,PIM是基礎(chǔ)和核心。與PIM的平臺無關(guān)性相對,PSM是平臺相關(guān)的。一個PSM詳細地表達了由一個PIM所描述的功能如何在一個特定的平臺上實現(xiàn),它是基于某個具體目標平臺的形式化規(guī)范,由UM L描述或由具體技術(shù)的接口來定義。需要指出的是,模型的平臺無關(guān)性和平臺相關(guān)性,都是一個相對的概念。某個模型在一定背景下可以看作是PIM,在另一個背景下又可以看作是PSM。

2)CIM模型定義

用戶可以在現(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)用邏輯和諸如復雜過程(SOA);使用UM L來完成應(yīng)用結(jié)構(gòu)和行為;使用數(shù)據(jù)模型來完成對象的持久化;使用知識庫來管理模型等。

通過元模型定義,用戶可以用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,用戶可以根據(jù)需求編寫自定義的擴展模型,甚至是語言模型。采用元模型來設(shè)計自己的模型是再合適不過的了。同時基于UM L Profile,可以在其上面定義或擴展自己的模型。

3)模型的轉(zhuǎn)換與映射

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

在設(shè)計過程中,可以先設(shè)計與平臺無關(guān)的模型Platform Independent M odels(PIM),然后通過模型轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成Platform Specific M odels(PSM)。當需要生成代碼或者預覽代碼時,模型會根據(jù)定義在語言模型或者擴展模型上的模版和流程來生成代碼。用戶也可以在模型上直接修改代碼,那么模型也會隨之同步更新,同樣也能修改語言模型或者擴展模型以適應(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)換是一個雙向無損的過程,當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)換上進行擴展:

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

(2)OOM PDM:這是一種自頂向下的開發(fā)流程,即先行根據(jù)需求設(shè)計出領(lǐng)域模型,然后自動轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫模型,并同時建立O/RM apping的關(guān)系?；谶@些O/RM apping的關(guān)系,建立持久化模型。

(3)PDM OOM:與(2)相反,是自下向上的開發(fā)流程,同時也會自動建立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)庫的XM L Schema或者是帶有XM L結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫模型(Web Service in database)。

4)核心目標平臺和代碼生成

核心目標平臺如CORBA、XM IPXM L、JAVA、NET、WEB SERV ICES等。MDA的核心目標平臺實際上就是不同的中間件平臺[7]。因為MDA的核心技術(shù)和核心模型PIM都是平臺無關(guān)的,所以無論最終目標平臺是CCM、EJB還是其它中間件平臺,都可以通過工具將模型轉(zhuǎn)換為某個特定平臺上的PSM,使應(yīng)用模型與領(lǐng)域模型可得到重用,改善和增強可移植性。MDA可通過GTL語言(General Temp late Language)來實現(xiàn)代碼生成,使用GTL可以做到高級語言的語法特點,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MDA的靈活性還體現(xiàn)在任何高級語言(如C#,Java等)均可以方便調(diào)用元模型來實現(xiàn)需求以及靈活的插件定制功能。

3 平臺實現(xiàn)

業(yè)務(wù)構(gòu)建平臺主要包括業(yè)務(wù)建模平臺、工作流平臺、報表/查詢工具,提供設(shè)計和運行兩種模式。

3.1 業(yè)務(wù)建模平臺

業(yè)務(wù)建模是為數(shù)據(jù)維護型應(yīng)用模塊提供快速開發(fā)和運行的環(huán)境,通過圖形化界面,支持開發(fā)人員從業(yè)務(wù)需求分析出發(fā),直接定義和維護業(yè)務(wù)模塊的數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)權(quán)限、操作界面,通過模型語言描述的方式,降低開發(fā)人員對底層技術(shù)細節(jié)的掌握要求,快速的完成開發(fā)數(shù)據(jù)維護類應(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,對于模型不能解決的問題,平臺必須提供開發(fā)接口,讓開發(fā)人員可以通過擴展接口實現(xiàn)復雜的業(yè)務(wù)功能[39]。

業(yè)務(wù)建模包括開發(fā)工具和運行時引擎服務(wù)兩大部分,其中運行時又可分為引擎服務(wù)和瀏覽器客戶端運行時兩部分。業(yè)務(wù)建模用于開發(fā)數(shù)據(jù)維護類應(yīng)用模塊以及支撐該類應(yīng)用的運行,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、查詢功能。如:教職工基本信息維護模塊。

業(yè)務(wù)建模開發(fā)工具是開發(fā)人員通過各層次模型的定義方式來描述數(shù)據(jù)維護類型應(yīng)用模塊的數(shù)據(jù)、權(quán)限、界面元素的輔助開發(fā)工具,見圖2。

圖2 業(yè)務(wù)建模工具層次模型

3.2 工作流平臺

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

工作流平臺主要有三部分功能:

●流程開發(fā)工具,用于支持開發(fā)人員和系統(tǒng)管理人員進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)處理客戶端,用于根據(jù)最終登錄用戶不同的操作權(quán)限;

1)工作流

工作流(Work flow)就是自動運作的業(yè)務(wù)過程部分或整體,表現(xiàn)為參與者對文件、信息或任務(wù)按照規(guī)程采取行動,并令其在參與者之間傳遞。簡單地說,工作流就是一系列相互銜接、自動進行的業(yè)務(wù)活動或任務(wù)。

2)活動/步驟

所謂活動/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)流程開發(fā)工具

流程開發(fā)工具是開發(fā)人員用來定義工作流流程的工具,在工作流開發(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/步驟以及活動與活動之間的聯(lián)系。功能結(jié)構(gòu)如下圖3所示:

圖3 工作流開發(fā)工具模型

3.3 報表/查詢工具

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

4 結(jié) 語

MDA是OMG針對代碼與模型分離、克服傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法在生產(chǎn)效率、可移植性、交互性與維護等一系列缺陷提出的一種新的軟件開發(fā)框架。本文根據(jù)MDA軟件開發(fā)思想,研究了業(yè)務(wù)建模的抽象化過程與模型映射及轉(zhuǎn)換,為高?？焖贅I(yè)務(wù)構(gòu)建平臺的實現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)框架。接下來的工作是:對MDA建模技術(shù)進行進一步研究、細化和完善,結(jié)合MDA的三級建模技術(shù)方法,進一步研究高?？焖贅I(yè)務(wù)構(gòu)建平臺。

[1] 王彰平,姜進軍,聶瑞強.淺析數(shù)字化校園的組建[J].中國教育信息化.2007(3).

[2] 沈大強.高校教育教學管理信息流的集成研究[D].廣西大學,2008.

[3] 蔣東興,陳懷楚,郭大勇,等.大學資源計劃理論探討與實踐[J].教育信息化,2005(9):4～7.

[4] D.Frankel.Model D riven A rchiecture:Ap lying M DA to En terprise Com puting,Wiley Press,2003.

[5] 祁祺.基于MDA的軟件開發(fā)方法研究[J].福建電腦,2008,(10).

[6] 許曉立.MDA框架及模型轉(zhuǎn)換內(nèi)涵的研究[D].南京航空航天大學,2007.

[7] 朱忠旭,袁兆山,李宏芒.從xUM L模型到J2EE應(yīng)用系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方法研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展 ,2007,(07).