面向領(lǐng)域的.NET應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)研究

王 雪，鹿 旸，張 辛

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 軟件學(xué)院，北京 100083）

0 引言

領(lǐng)域是指一組具有相似或相近軟件需求的應(yīng)用系統(tǒng)所覆蓋的功能區(qū)域[1]。在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)中，從對軟件系統(tǒng)最初的概念到可操作實現(xiàn)的過程，有多個環(huán)節(jié)多種工作是重復(fù)勞動的。軟件工程中軟件復(fù)用的思想就是為了避免重復(fù)勞動的解決方案，其出發(fā)點就是應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)不再采用一切“從零開始”的模式，而是充分利用過去應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中積累的知識和經(jīng)驗，從而使軟件工作者著重于新系統(tǒng)中的新問題和新需求。領(lǐng)域工程就是以軟件復(fù)用為目的，解決可復(fù)用信息的識別、組織和利用問題。它是軟件開發(fā)者用于為相應(yīng)領(lǐng)域定義范圍、指定結(jié)構(gòu)和創(chuàng)建可復(fù)用資產(chǎn)的過程和實踐，涵蓋界定、分類及創(chuàng)建可復(fù)用構(gòu)件的所有活動。

領(lǐng)域工程是基于可重用構(gòu)件的，軟件產(chǎn)品中的通用功能嵌入在各種軟件構(gòu)件之中，因此領(lǐng)域工程中一項很重要的工作就是生產(chǎn)和組織封裝性良好的和易于重用的軟件構(gòu)件?；跇?gòu)件的軟件開發(fā)重在構(gòu)件的集成而不是軟件的編程。近年來，軟件復(fù)用的研究結(jié)果表明基于體系結(jié)構(gòu)、特定領(lǐng)域的重用能在軟件的質(zhì)量和產(chǎn)量上有較大的改進。軟件的體系機構(gòu)或者說架構(gòu)是一組協(xié)同工作的類，它們?yōu)樘囟愋偷能浖?gòu)筑了一個可重用的設(shè)計。面向領(lǐng)域的軟件產(chǎn)品族架構(gòu)同過去的單一軟件產(chǎn)品的體系架構(gòu)不同之處就在于領(lǐng)域平臺提供了公共資產(chǎn)，包含領(lǐng)域框架、領(lǐng)域建模工具、公共構(gòu)件庫等。

1 平臺與架構(gòu)

1.1 .NET框架

.NET Framework在底層的執(zhí)行引擎源于托管的虛擬機概念，其通用語言運行時不僅支持內(nèi)存回收機制和異常處理機制，并且實現(xiàn)了跨語言承諾和組件自描述等特性。其次，.NET Framework為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計提供了單根繼承、多接口實現(xiàn)等直接的支持，提供了繪圖、網(wǎng)絡(luò)、線程、ADO.NET等一系列的API，可以說對現(xiàn)代組件編程從設(shè)計、編碼、配置到運行都給予了很好的支持。作為新一代應(yīng)用程序的開發(fā)平臺，其平臺構(gòu)造對其代碼的生產(chǎn)性與移植性是高效的[2]。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

在軟件的體系架構(gòu)中，分層式結(jié)構(gòu)是最為常見也最為重要的一種結(jié)構(gòu)[3]。如圖1所示是.NET中標準的B/S分層式結(jié)構(gòu)。

基于.NET Framework的應(yīng)用程序一般屬于如上的三層式結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層。數(shù)據(jù)訪問層主要負責(zé)對數(shù)據(jù)庫的操作；業(yè)務(wù)邏輯層是整個系統(tǒng)的核心，涉及到系統(tǒng)相關(guān)的業(yè)務(wù)；表示層主要負責(zé)使用者與系統(tǒng)的交互，側(cè)重用戶的體驗。分層式結(jié)構(gòu)降低了層與層之間的依賴，有利用各層模塊的修改與復(fù)用，使開發(fā)人員可以只關(guān)注其整個結(jié)構(gòu)中的某一層。概括來說，分層式設(shè)計可以達到如下目的：分散關(guān)注、松散耦合、邏輯復(fù)用和標準定義的目的，從而提高了開發(fā)效率。

一般而言，應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)包含兩個因素：首先，它是一個應(yīng)用系統(tǒng)從整體到部分的最高層次的劃分，包括架構(gòu)元素、連接器和任務(wù)流；其次，它是開發(fā)一個應(yīng)用系統(tǒng)所做出的最高層次的、以后難以更改的商業(yè)的和技術(shù)的決定，因此，軟件架構(gòu)是系統(tǒng)成敗的重要決定。軟件架構(gòu)是一個應(yīng)用系統(tǒng)的草圖，描述的對象是直接構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)的抽象組件，各個組件之間的連接明確和相對細致地描述了組件間的通訊。因此，一個好的應(yīng)用程序架構(gòu)需要滿足安全性、可靠性、可擴展性、可維護性以及可定制化這些要求。

圖1 .NET中標準的B/S分層式結(jié)構(gòu)

2 面向領(lǐng)域的軟件架構(gòu)

2.1 領(lǐng)域工程

過去軟件工程中關(guān)注的軟件開發(fā)大多是針對一個單獨的應(yīng)用系統(tǒng)，即針對特定的用戶需求和背景給予分析、設(shè)計和實現(xiàn)。隨著軟件工程領(lǐng)域的不斷發(fā)展，這種高成本、長周期的開發(fā)模式已經(jīng)不適用現(xiàn)在日益激烈的市場競爭和多變的軟件需求。軟件產(chǎn)品需要進化，軟件的生產(chǎn)模式同樣需要進化。領(lǐng)域工程便是實現(xiàn)這種軟件生產(chǎn)模式進化的重要手段，使軟件生產(chǎn)由“單一模式”走向“工廠模式”。

領(lǐng)域工程包括：領(lǐng)域分析、領(lǐng)域設(shè)計與領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)。領(lǐng)域分析定義領(lǐng)域范圍，識別領(lǐng)域中應(yīng)用的共同特征和可變特征，從而建立領(lǐng)域模型。領(lǐng)域分析基于兩個概念：抽象和求精。抽象是一種處理復(fù)雜性的有效手段，領(lǐng)域分析使用抽象原則降低復(fù)雜性，有效地從領(lǐng)域的一系列應(yīng)用中抽取特征，創(chuàng)建領(lǐng)域分析產(chǎn)品；對領(lǐng)域分析產(chǎn)品進行求精就可以開發(fā)領(lǐng)域中的特定應(yīng)用。領(lǐng)域設(shè)計和領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)分別根據(jù)領(lǐng)域模型給出設(shè)計與實現(xiàn)。因此說，領(lǐng)域分析是面向領(lǐng)域的軟件工程中開發(fā)經(jīng)驗的系統(tǒng)的和正、逆向的整合。

2.2 面向領(lǐng)域的軟件架構(gòu)

面向領(lǐng)域的軟件架構(gòu)與單一的軟件架構(gòu)不同之處在于增加了領(lǐng)域平臺，如圖2所示，應(yīng)用系統(tǒng)層主要指基于領(lǐng)域工程的特定的軟件應(yīng)用；領(lǐng)域平臺層主要包括領(lǐng)域框架、領(lǐng)域建模及相應(yīng)的軟件資源庫；基礎(chǔ)設(shè)施層包括各種服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫及操作系統(tǒng)。一個應(yīng)用系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的具體需求對領(lǐng)域平臺中的資源進行整合，包括選擇、裁剪和添加。

圖2 面向領(lǐng)域的軟件產(chǎn)品架構(gòu)

基于領(lǐng)域的軟件工程過程模型可簡化為如圖3所示形式。其中需求分析、系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)實現(xiàn)三個階段均可以有領(lǐng)域工程的參與，這樣軟件工作者能夠快速并高效地建立一個應(yīng)用系統(tǒng)。具體來說，任何一個應(yīng)用程序都可以從領(lǐng)域平臺中復(fù)用領(lǐng)域通用功能及其相應(yīng)構(gòu)件，同時把差異功能及其構(gòu)件提供給領(lǐng)域平臺。

3 面向領(lǐng)域的.NET應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 面向領(lǐng)域的.NET應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

面向領(lǐng)域的. NET應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)就是指借助于.NET開發(fā)平臺對某一領(lǐng)域問題所建立的通用的軟件架構(gòu)，它的功能在于能夠把握許多相似應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)，為運行一批對象提供了一個有組織的環(huán)境。基于該思想應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)轉(zhuǎn)變成以構(gòu)件庫為中心的開發(fā)，實現(xiàn)動態(tài)地組裝構(gòu)件從而完成軟件的即插即用。構(gòu)件資源庫可以是任何已有的或待開發(fā)的構(gòu)件，是對領(lǐng)域中某種功能的實現(xiàn)，可以是共性的資源，也可以是特性的資源。

.NET中構(gòu)件是包含描述源碼中定義和引用類型和成員數(shù)據(jù)的程序集，面向.NET Framework的編譯器向所有的模塊和程序集嵌入元數(shù)據(jù)，使.NET構(gòu)件成為自描述構(gòu)件，這種方式有助于構(gòu)件的無縫集成。.NET的開發(fā)環(huán)境可以根據(jù)服務(wù)器構(gòu)件程序集中的元數(shù)據(jù)了解服務(wù)器構(gòu)件里的類及其方法、屬性、接口及事件等信息，構(gòu)件的交互只依賴于.NET的基礎(chǔ)機制。.NET構(gòu)件支持語言互用性，在程序編碼時允許使用另一種語言所開發(fā)的構(gòu)件。

.NET應(yīng)用程序和應(yīng)用程序域通過消息進行彼此的通信，.NET信道服務(wù)為此通信提供了基礎(chǔ)傳輸機制。.NET應(yīng)用程序配置文件相當于COM中系統(tǒng)注冊表的作用，登記構(gòu)件的位置、構(gòu)件對象的激活類型和通信的信道配置等。.NET模型支持web服務(wù)，其底層細節(jié)均由.NET框架完成，減少了對操作系統(tǒng)的依賴性。因此，.NET構(gòu)件之間的交互更簡便，給程序開發(fā)帶來了便利。作為構(gòu)件技術(shù)的.NET簡化了構(gòu)件軟件的開發(fā)和軟件構(gòu)件的部署，.NET構(gòu)件模型是一種更理想的軟件構(gòu)件模型。這些也就是在開發(fā)大型而復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)時建議使用.NET平臺的理由。

圖3 基于領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)模型

圖4 面向領(lǐng)域的LEC應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 案例分析

比如對于微軟推出的基于ASP.NET的PetShop以及現(xiàn)在具有廣泛應(yīng)用的圖書銷售系統(tǒng)、電子訂餐系統(tǒng)等電子商務(wù)類的應(yīng)用程序，他們在系統(tǒng)架構(gòu)上和功能上存在極大的相似性，如果逐一開發(fā)，就會導(dǎo)致重復(fù)工作和效率低下。借助于.NET框架及其優(yōu)良的構(gòu)件模型，搭建一個面向領(lǐng)域的輕量級電子商務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)(Lightweight Electronic Commerce, LEC)架構(gòu)。一般來說，該類應(yīng)用程序包括以下基本功能：用戶管理模塊、購物車模塊、訂單結(jié)算模塊、商品瀏覽模塊、商品管理模塊。對應(yīng)的LEC架構(gòu)如圖4所示。

其中，功能構(gòu)件庫中的構(gòu)件是可定制的，對于電子商務(wù)類門戶系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶的具體需求，應(yīng)用定制工具選取相應(yīng)的構(gòu)件。當某個用戶的需求沒有相應(yīng)的構(gòu)件在構(gòu)件庫中存在時，可以向構(gòu)件庫中添加相應(yīng)構(gòu)件，因此構(gòu)件庫是可擴充的。采用定制工具這種可配置的體系結(jié)構(gòu)，可以快速滿足用戶的需求，開發(fā)出滿足用戶的新系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

良好的系統(tǒng)架構(gòu)和領(lǐng)域工程的思想可有效地提高軟件的可重用性和可維護性。本文通過對.NET框架多層系統(tǒng)架構(gòu)及構(gòu)件開發(fā)模型的分析，給出了面向領(lǐng)域的輕量級電子商務(wù)類應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)件式開發(fā)架構(gòu)，雖然不同領(lǐng)域有不同的特點，但是基于.NET多層架構(gòu)領(lǐng)域模型的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的思路同樣適用于其它領(lǐng)域。

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