上海同濟(jì)大學(xué) 馬 亮

CHAM軟件連接形式化模型研究

上海同濟(jì)大學(xué) 馬 亮

一、CHAM形式化模型特點(diǎn)

CHAM形式化模型以代數(shù)演算的方式研究通信并發(fā)系統(tǒng)，將進(jìn)程看作是代標(biāo)號(hào)的變遷系統(tǒng)，遷移的規(guī)則是以句法重新安排的方式來反映狀態(tài)信息的變化過程。

1.CHAM形式化模型結(jié)構(gòu)。CHAM形式化模型最初是由Berry和Boudol開發(fā)研制的，它建立在化學(xué)隱喻的基礎(chǔ)上。CHAM形式化模型中的各個(gè)結(jié)構(gòu)都可以利用化學(xué)概念來描述，CHAM形式化模型主要包括分子（Molecules）、溶液（Solutions）以及膜（Membrane）結(jié)構(gòu)。

（1）分子。分子是組成CHAM形式化模型的進(jìn)本元素，由進(jìn)程代數(shù)理論可知，子結(jié)構(gòu)主要是由一些基本常量和操作細(xì)節(jié)所組成，分別用m1，m2，…，mn來表示。

（2）溶液。溶液是多分子的集合體，可以表示為S = m1，m2，…，mn，而且有多個(gè)溶液組成的一個(gè)較大型的溶液還可以表示為S∪S′ = m1，m2，…，mn，m1′，m2′，…，mn′，在CHAM形式化模型中溶液可以定義為一個(gè)狀態(tài)信息。

（3）膜結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)是對CHAM形式化模型的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行封包分層細(xì)化，可以表示為{︱.︱}，利用膜結(jié)構(gòu)可以將不同溶液進(jìn)行封包，此時(shí)就可以將被封裝的溶液看作是一個(gè)單一分子，即為{︱S = m1，m2，…，mn︱}。而且膜結(jié)構(gòu)還具有一定的選擇透過性，即通過膜上的氣孔，對分子的進(jìn)入和離開進(jìn)行選擇，這一過程可以表示為S′= mi{︱m1，m2，…，mn︱}。

2.CHAM形式化模型遷移規(guī)律。分為一般反應(yīng)和特定反應(yīng)兩大類。一般反應(yīng)是對所有的CHAM形式化模型描述的軟件體系結(jié)構(gòu)都有效，沒有任何限制；特定反應(yīng)只是針對某一具體的CHAM形式化模型進(jìn)行描述，是一種無任何前置條件的基本項(xiàng)重寫規(guī)則。

二、CHAM軟件連接形式化模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.CHAM形式化模型的構(gòu)建元素。包括處理元素、數(shù)據(jù)元素、連接元素、膜元素四種基本構(gòu)件元素。

（1）處理元素。處理元素可以表示為分子結(jié)構(gòu)，具體是指具有一定功能的邏輯處理對象或者單元，在進(jìn)行軟件體系結(jié)構(gòu)描述的過程中也可以代表軟件的構(gòu)件單元。CHAM形式化模型的處理元素主要是由接口描述以及狀態(tài)定義兩大部分構(gòu)成。其中接口描述包括一組說明處理元素與外部環(huán)境交互的端口，而狀態(tài)定義則是用來描述軟件的構(gòu)件單元的當(dāng)前狀態(tài)。

（2）數(shù)據(jù)元素。數(shù)據(jù)元素主要包括進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)描述所使用和變化的信息，通常，數(shù)據(jù)元素用依附在處理元素的紅色和藍(lán)色三角形來表示；紅色三角形代表從處理元素中輸入的數(shù)據(jù)元素，而藍(lán)色三角形則代表從處理元素輸出的數(shù)據(jù)元素。

（3）連接元素。連接元素的主要作用是將體系結(jié)構(gòu)中的各個(gè)成分連接在一起。例如，在不同處理元素之間進(jìn)出的有效通訊元素就屬于連接元素。而且每一個(gè)連接元素都具有連接不同處理元素之間的交互條件，也就是CHAM形式化模型中的反應(yīng)規(guī)則，一般情況下用圓圈表示連接元素。

（4）膜元素。膜元素是由一些處理元素和連接元素根據(jù)行對應(yīng)的要求組合而成的，可以通過膜上的氣孔實(shí)現(xiàn)處理元素的輸出與輸入。

2.CHAM形式化模型的實(shí)現(xiàn)。CHAM形式化模型的實(shí)現(xiàn)主要應(yīng)用Java語言，在NIST/ECMA環(huán)境集成的參考模型來構(gòu)建。建模過程包括指圖形視圖和文本視圖兩大部分，圖形視圖和文本視圖建立在同一數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上。先以Shape基類為根節(jié)點(diǎn)，然后派生出Process類、Date類、Membrane類、Port類數(shù)據(jù)模型。通過面向?qū)ο笳Z言的多態(tài)性等特征，就可以將一些例如繪制、移動(dòng)以積分放縮等相同的操作或者函數(shù)歸于同一基類中。再根據(jù)DRTSADL的語法建立數(shù)據(jù)模型元素間的樹形結(jié)構(gòu)，通過這種樹形結(jié)構(gòu)在方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型元素導(dǎo)航的同時(shí)也更有利于Java序列化存儲(chǔ)。使用CHAM形式化模型的基本建模元素設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)圖，并且在構(gòu)圖的同時(shí)還可以進(jìn)行模型語義一致性檢查等工作。在設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)圖功能時(shí)，使用了職責(zé)鏈設(shè)計(jì)模式，即在加入其他新建模元素類時(shí)，不會(huì)對原先的系統(tǒng)造成任何影響。文本視圖建模主要包括程序理解以及信息瀏覽兩大功能，程序理解部分主要是由軟件架構(gòu)師根據(jù)圖形建模生成的或者手工編寫的CHAM形式化模型的描述并最終生成CHAM形式化模型的層次結(jié)構(gòu)。源文件的瀏覽顯示CHAM形式化模型的文件內(nèi)容，包括關(guān)鍵字、操作符等內(nèi)容。另外，由于圖形視圖和文本視圖建立在同一數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，因此更有利于兩者間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。從軟件體系結(jié)構(gòu)圖生成CHAM形式化模型的文本的過程來分析，兩者之間的數(shù)據(jù)交換主要是按照CHAM形式化模型的語法結(jié)構(gòu)，直接從數(shù)據(jù)模型中抽取文本，屬于一個(gè)正向的過程。而從CHAM形式化模型的文本產(chǎn)生軟件體系結(jié)構(gòu)圖則屬于一個(gè)逆向過程，因?yàn)槲谋疽晥D所映射的數(shù)據(jù)模型知識(shí)和圖形視圖所映射的數(shù)據(jù)模型子集不包含圖形視圖的布局信息，需要通過軟件結(jié)構(gòu)配置語義生成對應(yīng)的布局信息，并且要確保布局的合理性以及有效性。

三、結(jié)論

隨著軟件技術(shù)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對于軟件的使用和依賴性越來越高，CHAM軟件是一款專門用來描述各類軟件系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的一種工具，廣泛應(yīng)用于各類軟件的體系結(jié)構(gòu)及行為的描述和分析。本文，筆者以CHAM形式化模型為主要研究對象，重點(diǎn)介紹了CHAM形式化模型的特點(diǎn)以及CHAM軟件構(gòu)建形式化模型的主要工作原理，并且詳細(xì)分析了該模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對建立系統(tǒng)、完善的計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量評價(jià)體系具有一定的指導(dǎo)意義。