软件系统开发中的组件框架技术研究、设计和应用

计算机的应用已经从过去单纯的科学计算渗透到政务管理、商品交易、金融证券、军事指挥、航天航空、通讯导航、生物工程、医疗服务等多个领域。随着计算机技术的发展和应用范围的不断延伸，作为计算机灵魂的软件系统，其规模也在不断扩大，结构越来越复杂，代码越来越长、维护越来越困难，从过去几百行代码扩大到几万甚至几十万、几百万行代码的软件系统俯首皆是。因此，设计一个功能完善、结构优良，开发效率高，稳定性和安全性强，扩展方便，维护简单，易于复用，生命周期长，投资成本低的软件系统，一直是系统管理、设计和开发者所追求的目标之一。遗憾的是，现实生活中，被抛弃的软件系统随处可见，造成极大的投资浪费。原因之一是系统开发仓促编码，结构拙劣，功能扩展困难，稍有修改，便错误百出，无法维护，唯有弃之不用。

软件发展的实践证明，模块化的分层设计模型是提高系统可用性和可维护性的主要途径。分层模型设计，既将整个软件系统划分为若干个相互独立的层次进行描述，层与层之间通过事先约定的接口相互通讯。某个层只负责一个或多个功能，各负其则，不越俎代庖。分层设计把一个复杂的问题分而治之，降低了复杂性，功能清晰、易于实现、修改和维护。

分层设计可以分为面向过程、面向对象、面向组件等设计模式。面向过程的设计使用结构化的面向过程的计算机语言来编码；面向对象的设计则使用面向对象的计算机语言来实现，而面向组件的设计则既可用面向过程，也可用面向对象的语言来实现。由于面向组件的设计，系统的耦合度低、复用性强、维护容易，已经成为软件系统设计和开发的主流技术。

组件软件技术的基本思想是：将大而复杂的软件应用分成一系列可先行实现、易于开发、理解和调整的软件单元组件。每个组件功能确定，单独设计，分开编码，最后用组件组装应用，完成系统开发和部署。因此，以组件为基础的软件系统解决方案，开发效率高，投资少，维护成本低，复用能力强，软件升级简单。

1、组件技术的发展现状

目前常用的组件框架模型，一类是与某一计算机操作系统密切相关，而另一类是跨计算机操作系统平台的。前者的典型代表是COM组件对象模型，以及在此基础上发展起来的ActiveX、DCOM、COM+、MTS和.NET等技术。COM组件具有二进制一级的兼容性，基本上与计算机编程语言无关，其缺点是目前只能运行在Windows 操作系统平台上，而不能在Linux 和Unix 系统中运行。COM并不只是面向对象的组件对象模型，它既可用面向过程，也可用面向对象的语言编码。但多采用的编码语言是VC ＋＋、VB和Delphi，性能要求高的场合也可用C语言来编码。COM已经广泛使用在Windows 操作系统中，浏览器、邮件收发系统，Web服务器、字处理软件中都广泛使用COM组件。跨计算机操作系统平台的组件模型其典型代表是CORBA，CORBA主要使用在Unix 类型的操作系统中，但它也可在Windows平台上运行。

从计算机语言来讲，组件模型有以Java语言为代表的框架和以C语言为基础的框架。前者在理论上可以跨平台运行，底层平台支持是JVM 技术，而后者则与虚拟机无关，直接在操作系统中运行，因此，速度快，运行效率高。从应用系统的角度来讲，目前市场上，主要是J2EE和.NET的竞争，两者理论上没有本质的区别，都是采用虚拟机技术。但J2EE可以跨平台运行，而.NET 则基本不行。在企业级的应用系统中，以Java 技术为基础的J2EE似乎更占优势。Java和. NET技术各有特长，因此，在信息系统建设中，应该允许两种技术存在，取长补短，协同发展，最大限度地提高系统开发的性价比和稳定性。

2、组件框架的体系结构

2.1、描述组件的要素

组件是事先定义了编程接口和功能、相互独立的软件单元。一个组件一般有组件标识符、接口、创建方法和功能等要素组成。组件标识符也就是组件的名字，在整个体系结构中必须是唯一的，它是客户程序使用组件的唯一标识。如在COM规范中，组件用一个128位的clsid，通过注册表将clsid与组件真实的物理文件名关联，实现组件的位置无关性。而J2EE框架中的组件则多使用名称服务和事先约定的特殊字符串表示。组件接口是组件与客户程序、容器交互和通讯的API。具体包括函数名称、参数和参数类型等内容。如在Java 语言中可用接口表示，在C语言中用相互有关系的一组函数表示，在C++中则可用虚函数描述。组件多有组件工厂创建，组件工厂也是组件，其创建一般由组件框架提供的系统函数来生成。组件的功能定义了组件需要完成的事情。通常情况下，组件标识符、组件接口、创建方法是组件对用户程序的契约和承诺，设计好后不能轻易改变，但组件的功能可以修改，体现多态性。

2.2、组件体系结构图

图1

总结目前常用的组件框架体系结构，组件框架的通用体系结构如图1所示。组件框架通常由容器、组件和粘合剂三部分组成。容器就是一个根据框架体系结构的API管理应用程序组件以及提供API访问的系统运行环境，容器是一个递归概念，它也是组件。组件则是遵循容器规范、实现API接口的功能部件。粘合剂主要供容器用来组装组件之间的相互关系，其多表现为一个或多个部署描述符和配置文件，流行的描述语法格式包括XML、属性文件和Windows系统中常用的段节式结构等。通过粘合剂，整个框架就能够实现组件的动态加载、相互去耦和多态性。组件框架体系结构也具有递归结构，即框架之中存在框架。

组件框架的通用体系结构除了上述三个功能部件外，还包括要求应用程序必须实现的组件协议API、容器服务API，容器声明服务API等。后两者一般由容器提供商开发，供应用程序组件通过容器上下文环境引用。

常见的组件体系结构J2EE、Struts、Spring、PicoContainer等均基于上述结构设计，具有非常高的开放性和可扩展性。