面向J2EE主流框架的MDA模型轉(zhuǎn)換研究

謝培基，余金山

（華僑大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 泉州 362021）

計(jì)算機(jī)業(yè)界一直在探索一種新方法，既能夠提高軟件的開發(fā)效率，又能使所開發(fā)出來的軟件能夠有更高的質(zhì)量和更長(zhǎng)的生命周期。面向?qū)ο笏枷搿⒎植际接?jì)算開發(fā)、基于組件開發(fā)等新方法都為這一探索起到了應(yīng)有的作用。而模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（MDA）同樣也為軟件開發(fā)的進(jìn)步發(fā)揮了重要作用。

MDA （Model Driven Architecture）[1]是 OMG 組織在2001年正式提出的一種模型組織管理框架，它定義了平臺(tái)無關(guān)模型（PIM）和平臺(tái)相關(guān)模型（PSM），同時(shí)把PIM到PSM之間的自動(dòng)映射定義為模型轉(zhuǎn)換。MDA提供了一系列指導(dǎo)軟件開發(fā)的方法，這種開發(fā)方法將傳統(tǒng)的重編程過程提高到了重系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的層次，使得開發(fā)人員能更好地設(shè)計(jì)系統(tǒng)，有效地提高了軟件的開發(fā)效率，同時(shí)降低了編程開發(fā)費(fèi)用、解決了系統(tǒng)需求不斷變化帶來的維護(hù)性困難問題。

1 MDA模型轉(zhuǎn)換方法

在基于MDA的軟件開發(fā)過程中[2]，主要的兩個(gè)步驟是PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換和PSM到代碼的轉(zhuǎn)換。因?yàn)镻SM與其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)技術(shù)緊密相關(guān)，因此這一轉(zhuǎn)換相對(duì)較為直接，且有眾多MDA工具的支持。而將PIM轉(zhuǎn)換到PSM是一個(gè)較為復(fù)雜的過程[3]，也是當(dāng)前研究MDA的一個(gè)重點(diǎn)。本文歸納出了幾種模型轉(zhuǎn)換方法。

（1）手動(dòng)轉(zhuǎn)換方法：即系統(tǒng)開發(fā)人員使用已經(jīng)定義好的模型操作的API，將源模型轉(zhuǎn)換到目標(biāo)模型的方法。例如JMI，在J2EE中提供了一套完整的JMI的類庫(kù)，系統(tǒng)開發(fā)人員可以通過編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的模型轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換并沒有使模型轉(zhuǎn)換自動(dòng)化，所以很難在實(shí)際應(yīng)用中得到推廣。

（2）基于 XMI的模型轉(zhuǎn)換方法[4]：實(shí)際上也是一種文本轉(zhuǎn)換方法，該轉(zhuǎn)換方法將源模型用XMI文本的形式表示，也相當(dāng)于用XMI來存儲(chǔ)源模型，然后將XMI里的元素一個(gè)個(gè)按步驟轉(zhuǎn)換到目標(biāo)模型。這種轉(zhuǎn)換方法的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度慢、步驟較多且繁雜、不夠直觀、容易導(dǎo)致模型前后的不一致。

（3）基于模式的模型轉(zhuǎn)換方法[5]：該方法建立在其他模型轉(zhuǎn)換方法的基礎(chǔ)上，引入模式的概念，將一些可用的模型轉(zhuǎn)換方案包裝成模式，然后以模式的形式放到存儲(chǔ)庫(kù)里以實(shí)現(xiàn)模型轉(zhuǎn)換方案的添加刪除和復(fù)用。這種模型轉(zhuǎn)換方法通常會(huì)改變?cè)茨Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)信息，使其更加符合設(shè)計(jì)理念，而沒有改變模型的抽象級(jí)別和增加它的語(yǔ)義。

（4）結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換方法：該方法主要分為兩個(gè)不同的步驟[6]：①為目標(biāo)模型建立多層次的體系結(jié)構(gòu)；②設(shè)置目標(biāo)模型中的索引和屬性。這種轉(zhuǎn)換方法設(shè)計(jì)了一個(gè)總的規(guī)則調(diào)度框架和轉(zhuǎn)換機(jī)制，用戶需要做的就是提供轉(zhuǎn)換規(guī)則，然后實(shí)現(xiàn)模型的轉(zhuǎn)換。著名的模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)工具OptimalJ中的模型轉(zhuǎn)換框架就是使用結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的方法。

面向 J2EE主 流 框 架 Struts、Spring和 Hibernate等MDA模型轉(zhuǎn)換，當(dāng)前還沒有標(biāo)準(zhǔn)化的模型轉(zhuǎn)換方法，以上的幾種模型轉(zhuǎn)換方法也未能提供有效的支持，其中方法（1）和方法（2）過于簡(jiǎn)單、手動(dòng)化；方法（3）建立在其他模型轉(zhuǎn)換方法上，未能提供完整的解決方案；方法（4）有現(xiàn)成的工具，但偏向于模型到代碼的轉(zhuǎn)換。

針對(duì) Struts、Spring和 Hibernate的整合框架 （SSH整合框架）的技術(shù)特性，本文提出了基于元模型和UML Profile相結(jié)合的模型轉(zhuǎn)換方法。其思想是先抽象出平臺(tái)無關(guān)模型PIM和平臺(tái)相關(guān)模型PSM的元模型，然后制定元模型間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，間接實(shí)現(xiàn)PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換。而在建立PIM和PSM的元模型時(shí)，UML并不能完整地描述出針對(duì)特定平臺(tái)或技術(shù)的模型信息，但UML自身具備的擴(kuò)展機(jī)制UML Profile，為構(gòu)建MDA的各種特殊模型提供了有力的支持，因此本文借助UML Profile來建立PIM和PSM的元模型。其轉(zhuǎn)換過程如圖1所示。

圖1 基于元模型的模型轉(zhuǎn)換

2 面向J2EE主流框架的模型轉(zhuǎn)換

根據(jù)上文提出的模型轉(zhuǎn)換方法，首先建立PIM和PSM的元模型，然后分析元模型間的映射關(guān)系，建立具體的轉(zhuǎn)換規(guī)則，間接實(shí)現(xiàn)PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換。

2.1 建立PIM元模型

建立PIM元模型應(yīng)充分考慮PSM所屬平臺(tái)的特性，確定使用何種建模技術(shù)來建立PIM以及建立一個(gè)能與PSM元模型相呼應(yīng)的PIM元模型，以便制定模型轉(zhuǎn)換規(guī)則。當(dāng)前基于動(dòng)態(tài)行為建模的模型很少應(yīng)用到MDA中，且這方面的模型轉(zhuǎn)換技術(shù)還不夠成熟，因此，本文采用靜態(tài)結(jié)構(gòu)的類圖對(duì)SSH框架建模，對(duì)于Struts框架的建模，本文忽略其視圖層，對(duì)控制器層和模型層采用類圖表示。

在使用靜態(tài)的類圖結(jié)構(gòu)來描述PIM時(shí)，往往是用描述業(yè)務(wù)的領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ蛠肀硎綪IM，但是一個(gè)系統(tǒng)的領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ筒蛔阋酝暾枋鱿到y(tǒng)的總體架構(gòu)，因此需要進(jìn)一步對(duì)PIM模型進(jìn)行精化，使其既能描述領(lǐng)域?qū)ο箝g的關(guān)系又能描述系統(tǒng)的總體架構(gòu)。

SSH整合框架是一種多層架構(gòu)模式，可分為表示層、控制器層、業(yè)務(wù)邏輯層、實(shí)體層、數(shù)據(jù)持久層、數(shù)據(jù)庫(kù)層，這種N層架構(gòu)模式實(shí)際上是對(duì)經(jīng)典的Web應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，也可以說是一個(gè)適合于SSH整合框架的Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)。同時(shí)這種分層結(jié)構(gòu)又是一種廣泛應(yīng)用的軟件體系結(jié)構(gòu)，不涉及到特定的技術(shù)或與平臺(tái)相關(guān)。因此，本文構(gòu)建出一個(gè)與平臺(tái)無關(guān)又能適合于SSH整合框架的Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)，以此來彌補(bǔ)領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷牟蛔悖宫F(xiàn)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，這也是對(duì)PIM的精化。

本文把這種Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)的模型作為PIM元模型。利用UML Profile來建立Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)

圖2中，Controller是控制器，負(fù)責(zé)將視圖層發(fā)過來的用戶請(qǐng)求委派給相應(yīng)的Action；Action調(diào)用需要的Service類來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯功能；DAO則提供數(shù)據(jù)訪問功能；Entity 是實(shí)體類，與 Action、ServiceImpl、DAOImpl是依賴關(guān)系，這三個(gè)類可以聲明實(shí)體類的對(duì)象，或接收實(shí)體類對(duì)象參數(shù)，因此它們之間是使用依賴的關(guān)系。

在進(jìn)行PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換時(shí)，考慮到PIM的平臺(tái)獨(dú)立性，假如不對(duì)PIM的元模型進(jìn)行擴(kuò)展，則有可能造成PIM與PSM元模型元素間的映射關(guān)系復(fù)雜化等情況，在模型轉(zhuǎn)換過程中也將使得轉(zhuǎn)換不夠明朗，最終影響模型轉(zhuǎn)換的效果。因此，本文采用了UML Profile對(duì)Web應(yīng)用層次進(jìn)行了相應(yīng)的擴(kuò)展。表1列出了層次結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造型，表2列出了構(gòu)造型的屬性值。

表1 構(gòu)造型

表2 構(gòu)造型的屬性值

2.2 建立PSM元模型

對(duì)抽象SSH整合框架的元模型，本文先抽象出各個(gè)框架的元模型，然后對(duì)這些元模型進(jìn)行整合以得到SSH整合框架的準(zhǔn)元模型。下面對(duì)Spring、Hibernate兩個(gè)框架的元模型抽取做具體的研究，而對(duì)Struts框架，前面已經(jīng)忽略掉了對(duì)視圖層的處理，在此也不對(duì)Struts的核心MVC進(jìn)行元模型抽取，而是簡(jiǎn)單地使用Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)來表達(dá)控制器與業(yè)務(wù)邏輯的關(guān)系。

2.2.1抽象Spring框架的元模型

Spring框架的兩大核心是：面向切面編程（AOP）和控制反轉(zhuǎn)（IoC）。其核心在Web應(yīng)用開發(fā)中起著舉足輕重的作用。

（1）抽象 Spring IoC的元模型

在IoC中，Spring容器把所有需要管理的類聲明成bean，一個(gè) bean包括 id、class和 properties等。抽象出的Spring IoC的元模型如圖3所示。

圖3 IoC元模型

（2）抽象Spring AOP的元模型

AOP的提出是軟件開發(fā)史的一次重大創(chuàng)新，它用面向切面編程的思想有效地解決了橫切關(guān)注點(diǎn)問題。AOP的原理如圖4所示。圖中AOP在類A、類B等的方法上加入一個(gè)切面，并把一個(gè)可以聲明成bean的切面類織入到切面中，當(dāng)程序執(zhí)行到切面的時(shí)候先執(zhí)行Aspect對(duì)象再往下執(zhí)行。切面類可以為記錄日志、錯(cuò)誤處理、數(shù)據(jù)驗(yàn)證等提供服務(wù)。

圖4 AOP原理

根據(jù)圖4的AOP原理，對(duì)照應(yīng)用開發(fā)，抽象出AOP的元模型如圖5所示。

圖5 AOP元模型

2.2.2 抽象Hibernate框架的元模型

Hibernate框架在業(yè)務(wù)邏輯層中又分出了數(shù)據(jù)持久層，數(shù)據(jù)持久層除了實(shí)現(xiàn)對(duì)象關(guān)系的映射，還封裝了底層數(shù)據(jù)庫(kù)操作類，為程序開發(fā)帶來了很好的靈活性，也避免了數(shù)據(jù)庫(kù)表的直接暴露。在抽象Hibernate框架的元模型時(shí)，為每一個(gè)實(shí)體類Entity創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問接口EntityDAO，這樣既使得持久層的結(jié)構(gòu)清晰，又能與業(yè)務(wù)邏輯層的服務(wù)接口很好地銜接。對(duì)Hibernate框架抽象出的元模型如圖6所示。

圖6 Hibernate框架元模型

2.2.3 SSH整合框架的PSM元模型

在抽象出各個(gè)框架元模型的基礎(chǔ)上，對(duì)這三個(gè)框架的元模型進(jìn)行整合得到如圖7所示的SSH整合框架的PSM元模型。

圖7 SSH整合框架的PSM元模型

該SSH整合框架元模型不但串聯(lián)了各個(gè)框架的元模型，同時(shí)也融合了Web應(yīng)用的層次結(jié)構(gòu)，為PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換提供了極大的便利。在對(duì)Spring框架元模型整合中，控制器類、業(yè)務(wù)邏輯類、數(shù)據(jù)訪問類、面向切面編程類都繼承bean類，亦即這些類都可以聲明成bean被IoC容器來管理。對(duì)Hibernate框架元模型的整合，主要是對(duì)業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層的整合。

SSH整合框架元模型同樣采用了UML的擴(kuò)展機(jī)制UML Profile進(jìn)行了相應(yīng)的擴(kuò)展。表3列出了該元模型的構(gòu)造型。

表3 PSM元模型的構(gòu)造型

2.3 PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換

根據(jù)本文提出的模型轉(zhuǎn)換方法，模型轉(zhuǎn)換過程從一個(gè)初始的領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ烷_始，根據(jù)定義的精化規(guī)則對(duì)其求精形成準(zhǔn)PIM模型，然后根據(jù)模型轉(zhuǎn)換規(guī)則，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的PSM模型。

2.3.1 PIM的精化

要實(shí)現(xiàn)PIM到PSM的轉(zhuǎn)換，首先需要建立適應(yīng)Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)的PIM模型，而在實(shí)際應(yīng)用中，一開始往往建立的是領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ?，不能很好地滿足Web應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)。因此可以參考系統(tǒng)的其他UML圖（如用例圖對(duì)這一初始PIM進(jìn)行精化形成準(zhǔn)PIM），使其能遵循PIM元模型的規(guī)范。本文對(duì)PIM的精化定義了如下的精化規(guī)則：

（1）為每個(gè)領(lǐng)域?qū)ο笊梢粋€(gè)同名的實(shí)體類，領(lǐng)域?qū)ο蟮膶傩詫?duì)應(yīng)實(shí)體類的屬性，關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)實(shí)體類的ID，領(lǐng)域?qū)ο箝g的關(guān)聯(lián)關(guān)系對(duì)應(yīng)實(shí)體類的關(guān)聯(lián)。

（2）為每個(gè)實(shí)體類生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問接口EntityDAO和實(shí)現(xiàn)類EntityDAOImpl，并添加需要的方法，EntityDAOImpl能調(diào)用對(duì)應(yīng)的實(shí)體類。

（3）在業(yè)務(wù)邏輯層中，為每個(gè)實(shí)體類根據(jù)需要建立相應(yīng)的EntityService接口和其實(shí)現(xiàn)類EntityServiceImpl或其他的服務(wù)類，添加需要的屬性和方法，EntityServiceImpl類可以訪問實(shí)體類Entity和數(shù)據(jù)訪問類EntityDAO。

（4）結(jié)合其他 UML圖生成控制器類 Controller和Action，Action可以調(diào)用需要的服務(wù)類。

2.3.2 PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換規(guī)則

PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換是MDA應(yīng)用開發(fā)的核心，模型轉(zhuǎn)換規(guī)則則是PIM到PSM的轉(zhuǎn)換的核心，可以說模型轉(zhuǎn)換規(guī)則是MDA應(yīng)用開發(fā)核心的核心，足以見得模型轉(zhuǎn)換規(guī)則的重要性。下面定義了具體的模型轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換規(guī)則：

（1）＜＜Entity>>轉(zhuǎn)換到 PSM

生成與＜＜Entity>>相同的實(shí)體類，將領(lǐng)域?qū)ο箝g的關(guān)聯(lián)＜＜EntityRelation>>映射成實(shí)體類的關(guān)聯(lián)映射＜＜MappingRelation>>，將領(lǐng)域?qū)ο蟮闹麈I＜＜primaryKey>>映射到＜＜Entity_ID>>。主要轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：

（2）＜＜DAOImpl>>、＜＜ServiceImpl>>、＜＜Action>>、＜＜Aspect>>轉(zhuǎn)換到 PSM

將 PIM 中的 每 個(gè)＜＜DAOImpl>>、＜＜ServiceImpl>>、＜＜Action>>、＜＜Aspect>>轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的＜＜bean>>， 主要轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：

（3）＜＜Action_Service>>、＜＜ServiceImpl_DAO>>轉(zhuǎn) 換到PSM

將每個(gè)＜＜Action_Service>>、＜＜ServiceImpl_DAO>>關(guān)聯(lián)映射成PSM中的＜＜Property_DI>>，根據(jù)關(guān)聯(lián)的命名來定義規(guī)則，如＜＜ServiceImpl_DAO>>關(guān)聯(lián)，是將 DAO bean注入到ServiceImpl bean中，則主要轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：

（4）對(duì)＜＜Action>>、＜＜ServiceImpl>>、＜＜DAOImpl>>實(shí)現(xiàn)到 PSM（AOP）中的轉(zhuǎn)換

根據(jù)＜＜Action>>、＜＜ServiceImpl>>、＜＜DAOImpl>>構(gòu)造屬性＜＜aopType>>的值，選擇對(duì)應(yīng)的PSM中的Aspect類。 屬 性＜＜advice>>、＜＜pointCut>>對(duì) 應(yīng) PSM 中 的＜＜Advice>>、＜＜PointCut>>， 本文選?。迹糞erviceImpl>>實(shí)現(xiàn)到PSM（AOP）中的轉(zhuǎn)換，其他的兩個(gè)轉(zhuǎn)換規(guī)則類似。主要轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：

本文分析了幾種主流的模型轉(zhuǎn)換方法，但這些方法并未對(duì)J2EE主流框架提供有效的支持，而本文提出的基于元模型和UML Profile相結(jié)合的模型轉(zhuǎn)換方法，通過建立PIM元模型和PSM元模型，以及制定元模型間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，間接實(shí)現(xiàn)了PIM到PSM的模型轉(zhuǎn)換。

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