面向SOA的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

葛紀(jì)坤，于海龍

(1.寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波315041;2.上海城市發(fā)展信息研究中心，上海200032)

一、引 言

信息系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用與IT技術(shù)及軟件工程理論的發(fā)展是緊密相關(guān)的。從信息系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程來(lái)看，經(jīng)歷了文本、過(guò)程、組件、Web Services，到目前SOA 5個(gè)階段。由于基于文本的編程方法難以實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用，因此提出基于過(guò)程的編程方法，可以復(fù)用過(guò)程。從軟件復(fù)用的角度來(lái)看，大大向前邁進(jìn)了一步，但是由于過(guò)程要求在同一個(gè)應(yīng)用程序內(nèi)使用，因此復(fù)用受到限制?；诮M件的編程方法則解決了不同應(yīng)用程序共享同一個(gè)過(guò)程函數(shù)的需求，COM、DCOM、COM+等就是在這樣的背景下逐步發(fā)展的理論與方法。不過(guò)由于組件技術(shù)只能應(yīng)用于同構(gòu)環(huán)境之中，對(duì)于跨平臺(tái)的信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用，如COM組件和J2EE組件之間就無(wú)法實(shí)現(xiàn)組件級(jí)的共享。為解決這個(gè)問(wèn)題，提出了Web Services的技術(shù)與方法，其基于統(tǒng)一的W3C標(biāo)準(zhǔn)和XML語(yǔ)言，使跨平臺(tái)、異構(gòu)環(huán)境的軟件復(fù)用成為了可能。目前，基于Web Services技術(shù)的軟件開(kāi)發(fā)，已經(jīng)成為電子政務(wù)、公司業(yè)務(wù)管理平臺(tái)等建設(shè)的核心技術(shù)與趨勢(shì)?；赪eb Services技術(shù)，為了更加有效地進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的軟件復(fù)用，SOA(service of architecture)面向服務(wù)的體系被提出。SOA不是一種軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)，而是一種基于Web Services技術(shù)的軟件開(kāi)發(fā)原則與架構(gòu)［1］。面向SOA的信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法成為目前軟件工程的熱點(diǎn)。

從信息系統(tǒng)的架構(gòu)來(lái)看，經(jīng)歷了單機(jī)、C/S、B/S，到目前提出的云計(jì)算的階段。B/S架構(gòu)已成為目前信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部署的主要模式，而云計(jì)算將是大型信息系統(tǒng)部署與應(yīng)用的熱點(diǎn)與趨勢(shì)。云計(jì)算的核心技術(shù)也是Web Services技術(shù)，因此SOA將成為云計(jì)算的核心與基礎(chǔ)。圖1初步給出了軟件開(kāi)發(fā)與部署應(yīng)用的的發(fā)展歷程。

圖1 軟件開(kāi)發(fā)與部署應(yīng)用的發(fā)展歷程

本文首先簡(jiǎn)要概述了 SOA，然后給出了面向SOA的Web Services設(shè)計(jì)方法及基于SOA的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程，最后給出了基于SOA的舊區(qū)改造管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例。

二、面向SOA的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.SOA 簡(jiǎn)介

SOA是一組通過(guò)統(tǒng)一定義的Web Services的集合［1］。Web Services是精確定義、封裝完善、獨(dú)立于其他服務(wù)所處環(huán)境和狀態(tài)的函數(shù)。各個(gè)服務(wù)基于W3C統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)定制，使得各個(gè)服務(wù)間可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信，可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)異構(gòu)環(huán)境下的共享與復(fù)用。SOA是粗粒度、松耦合的Web服務(wù)架構(gòu)，它通過(guò)定義Web服務(wù)參考模型，使得各個(gè)服務(wù)之間能夠通過(guò)簡(jiǎn)單、精確定義接口進(jìn)行通信。SOA能適應(yīng)企業(yè)快速變化的需求，并且大大降低了企業(yè)成本，是目前軟件工程中首推的軟件架構(gòu)體系。

圖2說(shuō)明了Web Services開(kāi)發(fā)者和消費(fèi)者如何形成一個(gè) SOA體系［2］。開(kāi)發(fā)者基于 Web Services標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的業(yè)務(wù)邏輯;消費(fèi)者則匯集各個(gè)感興趣的Web Services，通過(guò)Web Services集成，實(shí)現(xiàn)自己的業(yè)務(wù)邏輯。服務(wù)描述庫(kù)是Web Services描述的集合，開(kāi)發(fā)者注冊(cè)服務(wù)，生成服務(wù)描述到服務(wù)描述庫(kù)中;服務(wù)消費(fèi)者通過(guò)Web Services描述發(fā)現(xiàn)Web服務(wù)。

圖2 SOA的Web服務(wù)交互示意圖

2.Web Services設(shè)計(jì)原則

面向SOA的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，基于已有的Web Services，通過(guò)Web Services集成(形成業(yè)務(wù)工作流)，實(shí)現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)邏輯。因此，Web Services的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。W3C給出了Web Services的通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。面向SOA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)則要求從更高層面對(duì)Web Services進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義，包括Web Services的邊界性、原子性、契約性、兼容性。

(1)Web Services邊界清晰性

Web Services的邊界范圍通過(guò)其服務(wù)接口進(jìn)行定義。首先確認(rèn)服務(wù)接口，完備的服務(wù)接口是服務(wù)邊界定義的關(guān)鍵，服務(wù)接口是訪問(wèn)服務(wù)的關(guān)鍵點(diǎn)，所有交互都是基于接口進(jìn)行的;其次，服務(wù)接口具有演化升級(jí)的能力，而演化升級(jí)不影響原有用戶對(duì)該服務(wù)的訪問(wèn);再次，避免遠(yuǎn)程調(diào)用(RPC)接口，應(yīng)該代之以定義清晰的消息，保持一定的服務(wù)接口數(shù)量，代之以完備的消息定義;最后，不要暴露服務(wù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，保證服務(wù)開(kāi)發(fā)者與使用者之間的松散集成。

(2)Web Services原子性

Web Services自包含，并且在服務(wù)部署、版本等方面是獨(dú)立運(yùn)行的。服務(wù)與具體實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，即基于該服務(wù)開(kāi)發(fā)的信息系統(tǒng)相互獨(dú)立，并分開(kāi)部署。采用悲觀的策略，可減小服務(wù)失敗的損失。

(3)Web Services契約性

服務(wù)使用政策、模式、行為進(jìn)行交互，而不是采用傳統(tǒng)的類(lèi)。服務(wù)的契約包括消息格式(采用WSDL進(jìn)行定義)、消息交互方式(采用WSDL定義的MEPs)、WS-Police要求，以及其他需要的 BPEL(business process execution language，一種基于 WSDL的長(zhǎng)業(yè)務(wù)邏輯定義語(yǔ)言)。服務(wù)契約盡可能定義清晰，保證服務(wù)在理解上和使用上沒(méi)有異義，服務(wù)版本升級(jí)致使契約變化，應(yīng)該通過(guò)定義附加契約來(lái)實(shí)現(xiàn);服務(wù)契約保證服務(wù)的數(shù)據(jù)、WSDL、政策保持不變，即保證服務(wù)的穩(wěn)定性;最大的挑戰(zhàn)也在于服務(wù)的穩(wěn)定性，即一旦服務(wù)發(fā)布，應(yīng)在不影響服務(wù)用戶的前提下，進(jìn)行服務(wù)升級(jí)與維護(hù);如果中斷服務(wù)是不可避免的，應(yīng)可以通過(guò)服務(wù)版本，最大限度地減少對(duì)已有服務(wù)用戶的影響;不要公開(kāi)暴露內(nèi)部數(shù)據(jù)表示，而是公共數(shù)據(jù)模式。

(4)Web Services兼容性

由于不是所有的服務(wù)交互需求都能通過(guò)WSDL實(shí)現(xiàn)，因此可以使用服務(wù)政策(WS-Police)來(lái)實(shí)現(xiàn)。服務(wù)政策表達(dá)形式實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與語(yǔ)義的兼容性，即通過(guò)服務(wù)政策分離了通信的內(nèi)容，以及怎樣和向誰(shuí)通信。一個(gè)服務(wù)政策表達(dá)定義了政策實(shí)體的行為，提供了一個(gè)特定域的語(yǔ)義。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)服務(wù)時(shí)，在服務(wù)預(yù)期和兼容性方面應(yīng)該盡可能保證服務(wù)政策定義清晰。

以上4個(gè)原則，是基于SOA進(jìn)行Web Services設(shè)計(jì)的基本原則。然而準(zhǔn)確清晰的需求分析，依然是服務(wù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

3.信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程

面向SOA進(jìn)行信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，其核心是Web服務(wù)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與部署，以及基于B/S架構(gòu)的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與部署。整個(gè)開(kāi)發(fā)框架與流程如圖3所示。

整個(gè)開(kāi)發(fā)流程遵循經(jīng)典的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程，即系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與部署、系統(tǒng)維護(hù)4個(gè)階段。

基于SOA，系統(tǒng)需求分析除了傳統(tǒng)需求分析需要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容外，還要就整個(gè)系統(tǒng)的Web Services現(xiàn)狀進(jìn)行分析，包括如下問(wèn)題:①什么Web Services是所需要的，Web Services服務(wù)種類(lèi)有哪些?②什么Web Services是可以通過(guò)共享其他Web Services獲得的，來(lái)自哪些系統(tǒng)與組織?③哪些組件可以共享用于構(gòu)建Web Services?④各種服務(wù)與應(yīng)用之間存在哪些依賴?等等。

圖3 面向SOA的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容:數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、Web Services設(shè)計(jì)、信息系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循傳統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法。Web Services設(shè)計(jì)主要基于以上4個(gè)基本原則，劃分服務(wù)邊界，保證原子性，確定服務(wù)契約，保證服務(wù)的兼容性，進(jìn)而確定Web Services的類(lèi)別與數(shù)量，并分別設(shè)計(jì)各Web Services的服務(wù)接口。信息系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，主要是組織實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，保證系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔與實(shí)用性，這需要與業(yè)務(wù)邏輯緊密結(jié)合，使之符合信息系統(tǒng)用戶的習(xí)慣。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與部署包括Web Services的開(kāi)發(fā)與部署、信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與部署兩個(gè)方面。Web Services可以通過(guò).NET開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)，尤其.NET推出的WCF4.0為基于SOA的Web Services開(kāi)發(fā)與部署提供了方便。Web Services單獨(dú)部署有兩個(gè)優(yōu)勢(shì):一是可以實(shí)現(xiàn)Web Services維護(hù)的相對(duì)獨(dú)立性;二是可有效實(shí)現(xiàn)Web Services的共享與復(fù)用。信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與部署主要是開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)各界面，后臺(tái)則通過(guò)調(diào)用與集成Web Services實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)邏輯［3-4］。對(duì)于一些比較常規(guī)的功能(如統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)表等)，也可以通過(guò)調(diào)用一些工具軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。信息系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行部署，不同的信息系統(tǒng)可以復(fù)用同一個(gè)Web Services，實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用。

系統(tǒng)維護(hù)包括Web Services維護(hù)、信息系統(tǒng)維護(hù)。Web Services維護(hù)主要通過(guò)版本管理實(shí)現(xiàn)，如設(shè)計(jì)原則所述，應(yīng)該盡量保證服務(wù)版本升級(jí)不影響已有用戶的使用，盡量通過(guò)附加契約、增加接口等實(shí)現(xiàn)服務(wù)的更新與維護(hù)。

4.基于WCF的SOA體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)工具

WCF(Windows communication function)不是單獨(dú)提出的一種分布式程序開(kāi)發(fā)的環(huán)境與工具，而是在已有分布式程序開(kāi)發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一種面向服務(wù)的新型編程模型簡(jiǎn)化了關(guān)聯(lián)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。WCF通過(guò)提供分層的體系結(jié)構(gòu)，支持多種風(fēng)格的分布式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。具體而言，WCF對(duì)傳統(tǒng)分布式處理技術(shù)進(jìn)行了3個(gè)方面的革新:①統(tǒng)一了Microsoft分布式計(jì)算技術(shù);②實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的互操作性;③使WCF成為面向SOA的信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具。

三、舊區(qū)改造管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

舊區(qū)改造管理信息系統(tǒng)是基于SOA體系架構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一個(gè)空間信息管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)需要對(duì)海量空間信息進(jìn)行瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)表、打印等，而這些功能也是常規(guī)空間信息管理的基本功能，因此本系統(tǒng)封裝這些功能，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)Web Services SIGDAS(spatial information grid data access service)，即空間信息網(wǎng)格數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間信息的管理。SIGDAS不但可以為舊區(qū)改造管理信息系統(tǒng)提供空間信息管理功能，也可以為同類(lèi)涉及空間信息管理的應(yīng)用系統(tǒng)提供相關(guān)功能。

面向SOA體系架構(gòu)一般采用B/S體系結(jié)構(gòu)。通常開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)是基于瀏覽器的Web頁(yè)面，通過(guò)該頁(yè)面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。本系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)功能模塊包括舊區(qū)改造基本情況、規(guī)劃計(jì)劃、實(shí)施進(jìn)度、安置房、專(zhuān)題資料管理、綜合分析等。

1.SIGDAS 服務(wù)設(shè)計(jì)

SIGDAS是實(shí)現(xiàn)空間信息瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)表、標(biāo)注、專(zhuān)題地圖、制圖打印、遙感比對(duì)等功能的Web服務(wù)，服務(wù)接口設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2.系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架

舊區(qū)改造管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架包括4層:數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、管理服務(wù)層、應(yīng)用層，如圖4所示，具體為:

1)數(shù)據(jù)層。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與上傳，包括:①舊區(qū)改造業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，各區(qū)縣通過(guò)動(dòng)拆遷基地采集舊區(qū)改造業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并向市平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)，上傳的方式包括Email、手持終端PDA、市平臺(tái)與區(qū)平臺(tái)聯(lián)動(dòng)3種方式;②全市舊區(qū)改造地塊空間調(diào)查數(shù)據(jù);③實(shí)景照片數(shù)據(jù)、舊改文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)等。

2)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層。考慮到國(guó)家電子政務(wù)、上海電子政務(wù)建設(shè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求，同時(shí)也基于本系統(tǒng)未來(lái)的可擴(kuò)展性，以及與其他委辦局?jǐn)?shù)據(jù)交換的需求，本系統(tǒng)采用政務(wù)外網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。各區(qū)縣上傳數(shù)據(jù)可以采用互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

表1 SIGDAS接口

圖4 面向SOA的舊區(qū)改造信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架

3)管理服務(wù)層。通過(guò)數(shù)據(jù)匯集與整理建立舊區(qū)改造業(yè)務(wù)管理綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)空間數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)SIGDAS、數(shù)據(jù)核查與自動(dòng)更新、數(shù)據(jù)管理等工具，建立上海市舊區(qū)改造信息管理系統(tǒng)。

4)應(yīng)用層。實(shí)現(xiàn)舊區(qū)改造基本情況瀏覽查詢、規(guī)劃計(jì)劃管理、實(shí)施進(jìn)度管理、動(dòng)遷安置房源管理、案例文獻(xiàn)政策文件資料管理等。

四、結(jié)束語(yǔ)

面向SOA的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)成為目前信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)，也是未來(lái)云計(jì)算戰(zhàn)略的核心技術(shù)。本文對(duì)面向SOA的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)Web Services的設(shè)計(jì)原則、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行了闡述，并以上海市舊區(qū)改造信息管理系統(tǒng)為例，進(jìn)行了應(yīng)用研究。本文后續(xù)研究應(yīng)該關(guān)注如下3點(diǎn):①Web Services集成應(yīng)用研究，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對(duì)Web Services集成應(yīng)用進(jìn)行深入研究;②Web Services的版本管理、升級(jí)演化、輔助契約維護(hù)研究，研究實(shí)現(xiàn)的技術(shù)與方法;③SOA與云計(jì)算關(guān)系等。

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