代碼自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究

程霄　邱興興

摘要：在中小管理信息系統(tǒng)開發(fā)中用戶對(duì)需求的描述存在動(dòng)態(tài)性的問題。針對(duì)這種情況，提出一種以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的軟件自動(dòng)化開發(fā)框架。框架包括軟件三層架構(gòu)的設(shè)計(jì)、緩存數(shù)據(jù)庫(kù)、代碼生成引擎、通用代碼模版的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)的約束條件，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型的軟件源代碼的自動(dòng)生成。通過在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用，分析結(jié)果表明，框架在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用表明能有效適應(yīng)用戶需求變化，降低開發(fā)成本，提高軟件質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 代碼自動(dòng)化； 通用模版； 三層架構(gòu)； 迭代； 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全

中圖分類號(hào)：TP311.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）28-6635-03

隨著2009年我國(guó)《食品安全法》的頒布，關(guān)系到人民健康和國(guó)計(jì)民生重大問題的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地安全管理成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)、流通企業(yè)、加工企業(yè)質(zhì)量監(jiān)管方面的不足，加之我國(guó)多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)空間分散、規(guī)?；?jīng)營(yíng)程度低、規(guī)范化生產(chǎn)條件差以及流通管理混亂等，致使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題經(jīng)常發(fā)生。因此，科學(xué)地監(jiān)管農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、加工過程，對(duì)防止突發(fā)性或群發(fā)性食品安全事故發(fā)生具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。建設(shè)九江市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)控信息系統(tǒng)，以充分發(fā)揮在生產(chǎn)、加工與流通領(lǐng)域?qū)r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全實(shí)行追蹤監(jiān)測(cè)、質(zhì)量溯源、信息服務(wù)和決策支持的作用，已成為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理工作的當(dāng)務(wù)之急。

在管理信息系統(tǒng)開發(fā)過程中，用戶對(duì)系統(tǒng)功能需求是一個(gè)從模糊到清晰的認(rèn)識(shí)過程，用戶的需求發(fā)生變化時(shí)也往往會(huì)帶來數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的變化，開發(fā)人員需要對(duì)代碼進(jìn)行大量的修改，代碼自動(dòng)生成技術(shù)的運(yùn)用[1-3]可以適應(yīng)這種情況，縮短MIS的開發(fā)周期。

本文運(yùn)用一種數(shù)據(jù)模型驅(qū)動(dòng)的面向MIS軟件自動(dòng)化開發(fā)框架[4]，利用已有農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量安全追溯體系的研究成果，基于信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的構(gòu)建與開發(fā)，對(duì)代碼自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用給出設(shè)計(jì)方法。

1 代碼自動(dòng)化開發(fā)框架

以.NET開發(fā)平臺(tái)為基礎(chǔ)，運(yùn)用一個(gè)面向MIS的以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)基于代碼生成引擎的軟件自動(dòng)化開發(fā)框架，框架實(shí)現(xiàn)在三層架構(gòu)下的Web自動(dòng)化開發(fā)，從而在實(shí)際應(yīng)用中提高開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，靈活應(yīng)對(duì)用戶需求的不斷變化。本框架包含數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型、通用代碼模版、代碼生成引擎和自動(dòng)生成的三層架構(gòu)代碼四個(gè)部分，如圖1所示。

在MIS開發(fā)過程中應(yīng)用上述框架有三個(gè)過程：首先，依據(jù)需求分析設(shè)計(jì)給出數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型并由此產(chǎn)生具體的數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型；其次，通過代碼生成引擎（CodeSmith）、通用代碼模版和數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型自動(dòng)生成基于三層架構(gòu)的源代碼；最后，依據(jù)功能需求結(jié)合用戶界面資源對(duì)系統(tǒng)界面功能進(jìn)行開發(fā)。面向MIS軟件自動(dòng)化開發(fā)框架的運(yùn)用其主要工作包括數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型的設(shè)計(jì)，界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以及針對(duì)新增功能的三層架構(gòu)代碼編寫工作。

1.1 軟件層次構(gòu)架設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中通常采用分層架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)“高內(nèi)聚、低耦合”[5]的設(shè)計(jì)目標(biāo)。面向MIS軟件自動(dòng)化開發(fā)框架中的三層架構(gòu)就是將整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)劃分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層，并對(duì)部分層次進(jìn)一步劃分。

實(shí)體層（Model）：WebUI、BLL和DAL三層通過Model進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。

數(shù)據(jù)訪問層（Data Access Layer，DAL）：本層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問，通過配置實(shí)現(xiàn)支持多種不同類型的數(shù)據(jù)庫(kù)，為BLL提供與數(shù)據(jù)庫(kù)無關(guān)的通用數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)。為支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)DAL采用了工廠模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，細(xì)分為數(shù)據(jù)訪問層的抽象工廠層（DALFactory）、數(shù)據(jù)訪問接口層（IDAL）、數(shù)據(jù)訪問實(shí)現(xiàn)層（MySQLDAL/SQLServerDAL/OracleServerDAL）、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問的方法庫(kù)（DBUtility）幾個(gè)部分，在該層中采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)Memcached作為緩存數(shù)據(jù)庫(kù)。

業(yè)務(wù)邏輯層（Business Logic Layer，BLL）：本層實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則的制定、業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)，在WebUI與DAL之間的數(shù)據(jù)交換中承上啟下的作用。

表示層（Web User Interface，WebUI）：本層實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，是人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)過程中包括一些用戶界面資源，如樣式、腳本等。WebUI與BLL之間相互傳遞數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型建模

在面向MIS軟件自動(dòng)化開發(fā)框架中通過數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型[6]，而物理模型是代碼生成引擎自動(dòng)生成代碼的基礎(chǔ)之一，為避免與編程語言的語法規(guī)則和關(guān)鍵詞沖突，同時(shí)提高生成代碼的可讀性，需要對(duì)概念模型的定義過程進(jìn)行規(guī)范。

1）概念模型中的數(shù)據(jù)表名和字段名首字小寫，不使用下劃線，采用駝峰命名，且不能與編程語言的關(guān)鍵詞相同。由于物理模型中的表名都將對(duì)應(yīng)各個(gè)層中的類名，若出現(xiàn)關(guān)鍵詞作為將導(dǎo)致程序出錯(cuò)。

2）概念模型中的數(shù)據(jù)表名和字段名不能出現(xiàn)空格和中文字。雖然數(shù)據(jù)庫(kù)支持中文和空格作為表名和字段名，但由于程序語言中的變量名不允許出現(xiàn)空格，且代碼生成引擎不支持中文，這將導(dǎo)致生成的程序錯(cuò)誤。

3）概念模型中外鍵定義不能為表名。外鍵名若為表名則會(huì)出現(xiàn)類名與成員變量名相同的情況，這將導(dǎo)致生成的程序錯(cuò)誤。

1.3 緩存數(shù)據(jù)庫(kù)

Memcached是一個(gè)免費(fèi)開源、高性能、分布式內(nèi)存緩存系統(tǒng)，用于大型Web站點(diǎn)的性能優(yōu)化提升，減少數(shù)據(jù)庫(kù)及文件系統(tǒng)的訪問壓力；是高性能的分布式內(nèi)存緩存服務(wù)器，通過緩存數(shù)據(jù)庫(kù)查詢結(jié)果，減少數(shù)據(jù)庫(kù)訪問次數(shù)，以提高動(dòng)態(tài)Web應(yīng)用的速度、提高可擴(kuò)展性。Memcached通過在內(nèi)存里維護(hù)一個(gè)統(tǒng)一的巨大的hash表，它能夠用來存儲(chǔ)各種格式的數(shù)據(jù)，包括圖像、視頻、文件以及數(shù)據(jù)庫(kù)檢索的結(jié)果等。

DAL首次從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取到數(shù)據(jù)后進(jìn)行緩存，在下次讀取的時(shí)即可從緩存數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)。應(yīng)該注意的是Memcached數(shù)據(jù)置換算法采用的最近最少使用算法，需要在實(shí)際應(yīng)用中依據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整緩存策略。

1.4基于CodeSmith的通用代碼模版

CodeSmith[7]是一個(gè)基于模版的代碼生成工具，用戶通過自定義模版[12]可以生成包括簡(jiǎn)單的強(qiáng)類型集合和完整應(yīng)用程序在內(nèi)的任何東西，并不限定特定的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)或體系結(jié)構(gòu)。CodeSmith的模板是以“.cst”為后綴名的代碼文件，其代碼風(fēng)格非常類似于ASP.NET，模板中除了大量固定的代碼以外，還有遍布于各處的元數(shù)據(jù)，固定代碼就是會(huì)被原封不動(dòng)地輸出的代碼，而元數(shù)據(jù)則可以被看作是模板中的變量。針對(duì)數(shù)據(jù)模型驅(qū)動(dòng)風(fēng)格的代碼生成，CodeSmith提供了一個(gè)封裝了所有的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象程序集（SchemaExplorer），該程序集中提供了數(shù)據(jù)庫(kù)（DatabaseSchema）、數(shù)據(jù)表（TableSchema）、數(shù)據(jù)列（ColumnSchema）的不同級(jí)別訪問，并支持多種數(shù)據(jù)源的連接。

數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)基本操作可分為增加（Insert）、修改（Update）、刪除（Delete）、查詢（Select）四種，通用代碼模版圍繞這四個(gè)基本操作進(jìn)行設(shè)計(jì)，面向MIS軟件自動(dòng)化開發(fā)框架設(shè)計(jì)了產(chǎn)生Model、DAL、BLL、WebUI源代碼的通用代碼模版。運(yùn)用這些模版針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型中的每個(gè)數(shù)據(jù)表自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的源代碼，為了實(shí)現(xiàn)與具體的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問分離，將這些操作行為抽象為一個(gè)單獨(dú)的接口層IDAL，保證了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)庫(kù)的可移植性。在數(shù)據(jù)庫(kù)訪問層實(shí)現(xiàn)中提供MySQLDAL、SQLServerDAL、OracleDAL三個(gè)通用數(shù)據(jù)訪問模版，還可針對(duì)不同數(shù)據(jù)庫(kù)增加新模版。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)平質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由九江市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)中心委托，該中心旨在建立用于全市范圍內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)的綜合性服務(wù)平臺(tái)，為加大監(jiān)測(cè)力度以及提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性需要建立一套有效的數(shù)據(jù)傳遞、分析、統(tǒng)計(jì)的系統(tǒng)。

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)格的代碼自動(dòng)化開發(fā)框架核心工作就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，獲得完整的數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型，進(jìn)而依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型通過開發(fā)框架自動(dòng)生成相關(guān)的代碼。因開發(fā)框架可以快速的產(chǎn)生可用的原型系統(tǒng)，因此在項(xiàng)目開發(fā)的過程中采用迭代的方法，開發(fā)工作可以在需求被完整地確定之前啟動(dòng)，并在一次迭代中完成系統(tǒng)的一部分功能或業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)工作，再通過用戶的反饋來細(xì)化需求，并開始新一輪的迭代。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前在全市范圍內(nèi)農(nóng)產(chǎn)平質(zhì)量安全檢測(cè)終端類型多種多樣，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，系統(tǒng)將提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集方式及格式規(guī)范，通過各地區(qū)數(shù)據(jù)檢測(cè)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)到系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析統(tǒng)計(jì)，并建立所需的統(tǒng)計(jì)報(bào)表以及安全警報(bào)信息等。系統(tǒng)的使用者可以分為五類角色，系統(tǒng)角色圖如圖2所示。

在需求分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)通過檢測(cè)儀器獲得的數(shù)據(jù)具有多樣性、復(fù)雜性，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析篩選后把檢測(cè)數(shù)據(jù)劃分為大類、小類，建立檢測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式庫(kù)，由專業(yè)人員對(duì)檢索數(shù)據(jù)格式庫(kù)進(jìn)行管理。

面向MIS軟件自動(dòng)化開發(fā)框架是通過數(shù)據(jù)概念模型開始工作的，首先是構(gòu)建當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型，通過代碼自動(dòng)化技術(shù)給使用者提供了一個(gè)可以用原型系統(tǒng)，并對(duì)原型系統(tǒng)進(jìn)行使用，并提出改進(jìn)意見；依據(jù)用戶反饋意見，對(duì)用戶需求進(jìn)一步分析，產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)概念模型，通過框架自動(dòng)生成改進(jìn)的版本。通過對(duì)需求的迭代獲得用戶較為滿意的版本作為本系統(tǒng)的第一個(gè)正式版本。系統(tǒng)管理功能界面如圖3所示。

2.2 應(yīng)用分析

在項(xiàng)目開始階段，與使用方的溝通得到初步需求，依據(jù)需求分析結(jié)果構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型，通過開發(fā)框架快速生產(chǎn)原型系統(tǒng)，并交由使用方測(cè)試使用進(jìn)一步明確需求，在重復(fù)多次后得到一個(gè)較為滿意的需求分析報(bào)告，以此為里程碑進(jìn)入穩(wěn)定的系統(tǒng)開發(fā)階段。使用代碼統(tǒng)計(jì)工具對(duì)系統(tǒng)交付使用后的代碼行數(shù)以及開發(fā)框架自動(dòng)生成的代碼行數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

Model代碼100%自動(dòng)生成，DAL代碼自動(dòng)生成率為90.1%，BLL代碼自動(dòng)生成率74.7%，WebUI代碼自動(dòng)生成率62.3%，平均代碼自動(dòng)生成率79.4%。通過上述數(shù)據(jù)可以看出，采用本文提出的軟件開發(fā)自動(dòng)化技術(shù)，當(dāng)用戶需求發(fā)生變化時(shí)，能夠及時(shí)的響應(yīng)，減輕了開發(fā)者的工作量，提高了開發(fā)效率，使開發(fā)者能夠更專注去解決需求中的關(guān)鍵問題。

3 結(jié)束語

本文利用一種面向MIS的軟件開發(fā)自動(dòng)化開發(fā)技術(shù)開發(fā)框架，給出一種適應(yīng)中小型MIS的開發(fā)方法，能應(yīng)對(duì)用戶需求的動(dòng)態(tài)性。在九江市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，依據(jù)使用開發(fā)框架的流程，能快速產(chǎn)生原型系統(tǒng)讓使用者進(jìn)行試用并反饋，并最終得的一個(gè)用戶滿意的系統(tǒng)。從實(shí)際應(yīng)用的分析結(jié)果可以看出，開發(fā)者工作量降低，可以更多的專注于解決問題，框架具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)具有良好的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王曉宇，錢紅兵.基于UML類圖和順序圖的C++代碼自動(dòng)生成方法的研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2013，30 （1）： 190-195.

[2] 周兵，許俊，吳亞平.中小 MIS 快速原型構(gòu)建與自動(dòng)代碼生成[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22 （5）：28-31.

[3] 陳清，吳海濤，王璐.基于代碼自動(dòng)生成技術(shù)的管理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2013，41（2）： 268-270.

[4] Cheng X，Qiu X X.Design and Implementation of a Software Automation Development Framework for Management Information System[C]//Advanced Materials Research. 2014，989： 4488-4492.

[5] 張志杰.基于分層結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010，20 （10）：146-149.

[6] 周育紅，閆鋒欣.數(shù)字資源跨平臺(tái)整合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010，20 （1）：243-246.

[7] 朱曉輝，王杰華，石振國(guó).NET下基于PowerDesigner 和CodeSmith的軟件自動(dòng)化開發(fā)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)， 2010，37（7）：156-159.