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1、信息系统项目管理师课程辅导3北京理工大学 计算机学院徐 进1五、系五、系统架构架构设计25.1 5.1 软件体系结构基本概念软件体系结构基本概念5.25.2 软件体系结构风格软件体系结构风格5.3 5.3 软件体系结构应用框架软件体系结构应用框架5.4 5.4 软件设计模式软件设计模式35.1 软件体系结构基本概念 1定义软件体系结构，也称软件架构，是软件工程的重要研究领域。从90年代开始，很多专家学者对软件体系结构引起广泛的关注，到目前为止，软件体系结构并没有统一的定义，综合软件体系结构的定义，只有比较权威的定义性论述。权威的定义性论述软件体系结构是设计过程的一个层次，它处理那些超越算法和数
2、据结构的设计，研究整体结构设计和描述方法。体系结构包括：总体组织结构、全局控制结构、通信和同步以及数据存取的协议、设计元素的功能、物理分布与合成、设计方案的选择、评估和实现等。4理解要点：软件体系结构是软件设计过程的一个层面，是相对独立的、有价值的软件设计方法的总结，可作为软件开发指导性的策略和途径强调设计过程，而非分析的过程。分析的目标是理解和表达，而设计的目标是实现非用户的观点，即非功能的观点。对于用户，结构是软件系统功能的组合，而对于设计者，结构是为特定目标而设立的、软件成分以及成分之间的关系。软件体系结构的研究，包括：怎样选择、怎样评估，以及怎样实现一个软件结构的问题52.软件的基本结
3、构软件技术的发展与硬件技术密不可分。软件结构的基础受硬件结构的制约，目前，在计算机基本硬件结构的基础之上，软件体系结构的基本元素和结构包括如下几种：数据类型结构，包括基本数据类型结构、抽象数据类型结构控制流连接结构，也称调用结构包括：条件连接结构、循环连接结构、控制转移结构；其调用连接方式，包括链询式、分析式、代理式中断触发连接结构，包括内部进程连接结构、独立进程同步连接结构、独立进程异步连接结构层次结构，包括单向依赖层次结构、开放式层次结构63.软件体系结构设计的基本策略和原则在大量的软件开发的设计实践中，始终存在对设计原则和策略的探讨和总结，很多被普遍性采用的原则和策略，一直被广泛使用，并
4、不断验证和改进，它们独立于具体的软件开发方法。这些原则和策略包括：抽象 分而治之，层次化分解 封装和信息隐蔽 模块化高内聚和低耦合关注点分离策略和实现分离接口和实现分离7抽象抽象，是人们认识复杂事物的基本方法。它的实质是集中表现事物的主要特征和属性，隐蔽和忽略细节部分。运用抽象，能概括普遍的、具有相同特征和属性的事物，简化表达和理解，便于利用。软件设计中运用的抽象包括：数据抽象：描述特定数据对象的属性集合过程抽象：特定操作过程命名的操作序列控制抽象：隐含内部细节的控制逻辑8分而治之，层次式分解将大问题分解，从小问题入手，逐一解决整个大问题，这是人们处理问题的通常的方式。软件设计中运用的分解包括
5、：横向分解：按照从基础问题到上层问题的分解方式，将大问题按照层次分解成相互依赖的多层，每层完成的局部解，提供对上层的支持纵向分解：在横向分解的基础上，对每层的求解，再分解成相互独立的多项求解9封装和信息隐蔽封装是为了信息隐蔽，隐蔽是为了减小出错带来损失，而出错是软件系统不可避免的事实。无论是多么精心设计，严格实施，以及反复测试，软件系统的错误就像与生俱来不可回避。局部化设计将处理信息限制在局部处理过程中，避免与外部其它处理共享，减少出错的几率，并且，出错后的影响面也会较小。封装性设计将处理过程尽量隐蔽，使外界得不到，只留出简单而统一的访问接口。这样，使软件处理的各个部分相互独立，减小系统扩充或
6、修改时的出错的机率。10模块化模块是可被独立命名、具有独立作用的软件成分。软件设计的模块化，是以提高系统的可构造性为目标的。为了软件系统的可扩充性、可修改性，设计可灵活的拆解，或者可灵活组装的软件构造，则成为软件设计者的愿望和责任。模块设计的原则包括：可分解性：问题本身可由多个部分的解合成，则应分解问题成为多个处理模块可组装性：可作为独立的部分被组装利用，得到一个更大的解，则包装它成为独立的模块可理解性：模块需要容易理解，不能被理解或者理解多义的软件成分不能作为独立模块连续性：对于一个软件成分的修改，只作用于它自身，这样的模块才是好的模块保护性：如果模块出现异常，对于系统的影响较小，甚至没有影
7、响，这样的模块才是好的模块11高内聚和低耦合内聚性内聚性是指软件成份的内部特性。成份中各处理元素的关系越紧密越好。耦合性耦合性是指软件成份之间的关系特性。软件成份之间的关系越松散越好。12偶然内聚：把分散在多处的各自独立的被有关系的功能合在一起逻辑内聚：把逻辑功能相关的处理部分合在一起时间内聚：把需要在同一时间执行并无关系的功能部分合在一起过程内聚：过程顺序相关的功能元素合在一起通讯内聚：需要对相同的外部数据进行操作的处理元素合在一起顺序内聚：一个软件成份的输出是另一个软件成份的输入将它们合起来功能内聚：只完成单一的功能内容耦合：一个软件成份直接修改另一个软件成份的内容公共耦合：两个以上的软件
8、成份共同处理外部的一个公共数据控制耦合：软件成份的动作依赖于接收的控制信号标记耦合：软件成份的接口参数具有一个复杂的内部结构数据耦合：软件成份之间仅是数据传递内聚耦合紧密松散松散紧密13关注点分离关注点：关注点是软件系统中特别需要考虑的多变部分。例如，软件成分的执行会受到运行环境、设备条件，以及通信设施等的制约和限制，为了适应不同的运行环境和条件，需要进行必要的参数调整和驱动配置。为此进行的这部分设计和开发，即是所谓的关注点。关注点分离设计：软件系统中涉及关注点的成分应该与非关注点的成分分为相互独立的部分，这样的设计会使未来的系统容易配置，灵活适应多种不同的情况。14策略和实现分离策略策略是指
9、软件中用于处理选择控制的决策成分。通过信息语义解释、参数条件等，进行分析判断，以决定怎样的具体数据加工和功能实现。实现实现是指软件系统中，有规范步骤及完整执行算法的成分。策略和实现分离的设计通常，决策部分是异变的成分，而实现部分相对稳定，并可多次复用。将策略成分和实现成分分别设计成独立的部分，使系统维护的范围减小，以提高系统的维护性和复用性。15接口和实现分离接口接口是软件成分对外统一形式的、可直接访问的操作集合，其操作提供了该软件成分的功能及使用方式。一个软件成分可以不只一个接口，每个接口提供不同的一组相关的操作。实现实现是软件成分外部不可见的操作执行部分接口和实现分离的设计为了达到软件成分
10、的高复用，对于不同的访问形式的适应问题，可以采用分设不同的访问接口来实现。因此，采用接口和实现分离的设计，会极大地提高系统的可移植性和复用性，而这些正是软件性能评价的重要指标。164.风格、框架、模式在软件体系结构的研究中，有三个重要的术语需要明确：软件体系结构风格(Architecture Styles)，风格是描述特定系统组织方式的惯用范例（idiomatic paradigm），强调组织方式和习惯用法；组织方式是用静态形式表述的系统结构，而惯用范式，则可反映众多系统共有的结构和语义。应用框架(Application Framework)，框架是待实例化的、可复用的大粒度部件结构。框架面向
11、不同规模的应用问题，是通用的结构。强调针对实际的应用问题和通用结构。软件设计模式（Design Pattern)，设计模式是软件问题高效和成熟的设计模板（pattern)，模板包含了固有的问题的处理逻辑，强调处理逻辑采用方式的直接复用。175.2 软件体系结构风格软件体系结构风格体系结构风格是对软件系统组织结构的惯用形式总结。认识特定软件结的原理及适合的计算模式，为软件体系结构设计提供必要的选择空间，对于软件设计来说是重要的技术途径。目前经典的体系结构风格包括：管道过滤器风格主程序与子过程风格数据抽象与面向对象风格黑板知识库风格虚拟机（解释器）风格事件驱动隐式调用风格过程控制回路风格 部件链接
12、器C2风格相关的信息系统开发，仅介绍其中几种经典体系结构风格181.管道管道过滤器器 (Pipes and Filters)过滤器A过滤器B过滤器C过滤器D过滤器E增量计算的 功能模块输入/输出 数据流管道过滤器风格的特征以数据流向的过程为核心，因此也被称为：数据流风格过滤器自身功能独立而完整，不需要知道其他过滤器的存在与否，相互之间无状态交互过滤器对输入的数据流有限制，并必须保证输出流的正确性系统内，各部分的执行与整体系统的最终输出不相关适用于无交互的批量加工过程处理系统管道1管道2管道3管道4管道5管道6管道8管道7192.主程序与子过程主程序与子过程(Main Program/Subro
13、utine)主程序子过程1子过程2子过程n子过程k1子过程k2调用返回子过程f主程序与子过程特征与过程性语言的概念相对应，适当的设计会使代码效率很高层次式的结构调用，几乎可以应对所有的软件问题单纯的过程划分基于特定问题，不具普遍性，复用性差数据结构的变化会引起复杂关联的变化，维护性差适用于需求稳定且高效的系统问题20对象实体对象实体对象实体对象实体对象实体对象实体对象实体对象实体消息消息消息消息消息消息消息消息消息消息消息对象实体是具有自身属性和行为能力的独立个体。对象实体是主动的管理者，包括待处理的对象数据和所有参与过 程的实体。任何事务处理都是对象相互发送“消息”作用的结果。发送消息是“请
14、求”，接受消息是对请求的“响应”。响应“消息”的动作是接受请求对象自身的行为能力。并且它也可以 向其他对象发出请求。面向对象结构的特征3.3.数据抽象和面向对象数据抽象和面向对象数据抽象和面向对象数据抽象和面向对象(Data Abstraction and Object-Oriented)(Data Abstraction and Object-Oriented)214.事件驱动和隐式调用事件驱动和隐式调用(Event-Based,Implicit Invocation)外部实体1外部实体n消息过滤1消息过滤n中断服务n中断服务1系统消息队列应用A 消息 队列应用线程1应用线程n应用B 消息
15、队列系统传送系统传送消息发送消息发送事件事件应用线程1应用线程n消息循环 B消息循环 A事件驱动和隐式调用特征事件不直接被各响应处理接收，而是通过隐藏在中间的层次间接地被接收和处理中间的层次，完成消息形式的统一处理及调整和调度，这样，可以对接受事件进行必要操控请求与响应成分之间构成松散耦合，为灵活设计创造了条件对于资源不对等的异步并发系统是一种极好的控制方式225.5.黑板知识库黑板知识库黑板知识库黑板知识库 (仓储仓储仓储仓储)(Repository)(Repository)黑板（共享状态 和策略数据）知识源1知识源8知识源7知识源6知识源3知识源4知识源2知识源5黑板知识库风格的特征每个知
16、识源的动作依据是黑板中的信息，包括需要的交互及协同 系统中的执行者和决策者享有同等的地位 使系统中多对多的关系，以及执行者和决策者的复杂关系变得简单而清晰对于协同求解等专家系统是极好的控制方式23虚拟机6.虚拟虚拟机机(解释器解释器)(Interpreter)程序的交互输入 被解释的 程序执行伪码解释引擎输出输入选择指示解释状态虚拟机(解释器)结构的优势 易于扩充文法，以适应系统的改变。特别是采用面向对象的继承方式。高效的解释通常采用状态机方式。状态机方式仍然适用于解释器结构。247.部件连接器部件连接器(Components and Connectors)部件和连接器是软件结构成分的两大部分
17、。部件是软件的组成成分，在系统构架中起结构块的作用。连接件是建立部件和部件之间连接的成分，是专门承接连接作用 的特殊部件。部件可以组合，连接器可以相互连接。部件部件部件部件部件部件部件部件复合部件部件和连接器也称为 C2(Components and Connectors)风格。它总结了所有体系结构的成分，归纳并深入探讨其规律、特性，引导了软件体系结构研究的新途径。25软件体系结构成分列表连接件成分过程调用成份之间实现单线程控制的连接机制，如普通过程调用等。数据流通过数据流进行交互的独立处理流程连接机制。如同不交互控制、管道机制等。隐含触发并发（非同步交互）事件实现成分之间的连接机制。如时间调
18、度、自动回收处理等。消息传递独立成分之间离散和非线性的交互连接机制。如协议等。数据共享协议成份之间通过统一数据空间进行协调操作的机制。如黑板、共享数据区等。构件成分纯计算构件简单输入输出处理，不保留处理状态的关联成分，如函数、过滤器、转换器等。数据存储构件具有永久存储性的结构化数据成分。如数据库、文件系统、符号表、超文本等。管理构件系统状态以及相关规定、限制的操作成分。如抽象数据类型、系统服务器等。控制构件系统中事件发生时间、序列的控制和管理的成分。如调度程序、同步处理等。连接构件充当信息转换角色的成分，如通信连接和用户界面等。26部件的类别部件的表达形式部件的特性接口特性运行特性远程服务特性
19、关联特性动态特性等级或层次特性连接的种类连接的实现连接协议连接的特性连接方向性连接的角色连接的激发连接的响应连接的匹配性讨论部件连接器的内容包括：27连接的种类从连接目的分：操作/过程调用、控制/事件/消息发送、数据传输从连接机能分：有返回连接和无返回连接从连接响应分：同步连接和异步连接。连接的实现计算机硬件提供了实现一切连接的基础。在此基础上构筑了各层的连接方式。无论怎样复杂的连接，都是在基本连接的基础上实现的。串行输入/输出并行输入输出DMA（直接存储访问）循环扫描代码块连接进程线程共享同步并行过程调用中断存储栈分时并发事件消息异常处理基本连接285.3 软件体系结构应用框架软件体系结构应
20、用框架，是在大量成功的应用系统中，被广泛使用并得到验证的系统结构。它们大都有相应的软件产品或开发环境的工具所支持。各大软件开发商，都在相互竞争地围绕这些应用的软件体系结构，发展自己独特性能的构造工具和产品，并且，不断创造新的更具优势的结构概念，以研制更多的产品占领软件开发市场。291 1客户客户/服务器服务器 (Client/Server)(Client/Server)C/S结构在信息产业的系统结构中占有重要地位。是随着网络时代的发展，从集中式计算到分布式计算重大演变的产物。基本概念C/S结构是分布式系统结构 分布式系统是由多个自主的处理器，平行地处理所各自独立的系统部分，来同共完成一个业务过
21、程。它们之间不共享存储，仅通过封装的接口传递信息。C/S结构是分布式系统结构。C/S结构的消息传递特征 消息传递是分布系统结构的基础，C/S结构采用消息传递的关系模式。即客户向服务者发送消息，客户是消息的发送者，也是请求服务者；而服务器是消息的接收者，它响应消息并执行服务。C/S结构既是指硬件也是指软件。并且，通常用来表明一种消息交互的形式30C/S体系结构硬件 Internet客户机1打印机调制解调器服务器其他公用设备客户机2客户机3客户机4客户机5客户机通常采用个人微机，在自身操作系统控制下，执行系统的应用程序。服务器，采用高级计算机系统，提供多用户方式下的数据库服务、文件服务、网络通信、
22、打印服务、电传及传真等设备服务等。31 应用接口 数据库系统 Core 操作系统 用户界面 应用系统 数据库系统 运行环境 Form Report SQL 操作系统跨平台跨地域接口数据存储管理ServerClientC/S结构的软件系统分布C/S结构是资源不对等结构。常被形象地称为“胖客户机结构”客户处理机担任应用程序的全部系统处理，包括：操作界面、业务逻辑及数据计算的所有处理运行。服务处理机担任多个客户应用的数据管理，包括：数据库服务器、网络服务、应用请求响应服务。32C/S结构的处理流程早期的C/S结构处理方式是两层方式的。由于所有的应用系统程序都在Client侧，程序之间的访问，是采用的
23、共享内存的本地过程调用LPC(Local Procedure Call)方式。33C/S结构发展的必然趋势1）在应用系统中，有时一个数据查询，需要多次循环的查询数据集合，由于全部数据运算都在Client端，需要多次频繁而大量的数据从服务器端传过来，造成网络传输的风险和压力。2）随着计算机硬件技术的发展，以及远程过程存储及远程过程调用RPC(Remote Procedure Call)技术的发展，使分布式系统结构得以实现3）随着Internet网络技术，以及WWW技术的发展，三层的C/S结构，直接对应浏览器/服务器结构的基本结构形式。34 RPC运行SkeletonRPC API 过程存储过程存
24、储 数据库 操作系统 用户界面 RPC运行 StubRPC API 应用系统 操作系统跨平台跨地域远程过程存储及RPCServerClient客户端向服务器发出请求-向指定的服务器请求数据访问服务器接收请求-向客户提供相应的数据服务RPC接口-为应用提供的过程存储调用IDL（Interface Description Language)-可产生C/S两端的RPC接口35三层C/S结构处理流程将服务器分为逻辑上独立的两部分：业务功能处理和数据访问处理。将原来客户端处理的内容只保留界面操作请求验证处理部分，而将验证过的操作请求及数据，整体发送给服务器，服务器经过业务处后，客户端仅将结果数据取回。3
25、62浏览器/服务器结构(Browser/Server，B/S)B/S结构，针对Internet国际互联网络形式的系统应用问题，结合了成熟的WWW(World Wide Web)技术，是三层C/S结构的一种特定形式的实现。WWW技术的基本原理采用超文本标记语言(Hypertext Markup Language,HTML)，以互联网络上全体共识的格式，在浏览器中展现资源信息。WWW技术仍然采用的C/S消息传递方式：浏览器作为信息系统的前端，仅负责操作请求及取回信息展示给外界服务器以多用户处理方式，响应浏览器的请求，执行搜索、整理和存储各种WWW资源。37B/S结构的基本形式WWW技术仅针对HTM
26、L文本资源的处理，而B/S结构所面对的除了HTML文本资源，主要是针对应用系统程序的运行资源。因为，大量的应用系统越来越多地建立在Internet互联网络的基础之上。客户端计算机运行浏览器，服务器计算机运行逻辑上划分的Web服务器和数据服务器38客户浏览器1）用统一资源定位器URL来识别对应请求的Web服务器2）通过解释HTML页面来显示信息3）用超文本传输协议HTTP来传输请求4）取回处理结果，转换成HTML页面信息Web服务器各个业务的处理包装成对应的应用服务,并执行下列任务:1）验证客户端的业务请求2）执行相应的业务处理代码程序3）发送必要的请求给数据服务器，并取回结果数据4）按事先给定
27、的结果页面准备好执行结果数据服务器数据服务接受对应的数据请求与数据库及文件系统交互，建立并管理数据，执行检索、修改、删除等数据操作39B/S多层结构基本B/S结构存在如下问题：应用服务的表示逻辑和处理逻辑紧密相关，不能独立修改和复用业务的显示信息是以全体共识的方式直接被客户端获取，因此，系统的数据结构直接暴露，造成极高的信息安全风险Web服务器既要处理界面操作验证，又要处理业务计算，还要负责与数据服务器的联系，使其负担过重，造成系统性能下降，抗风险能力低40多层B/S结构的形式将Web服务器的工作适当分解为多个部分，将界面操作验证等处理逻辑分成独立的部分，不但减轻了各部分的负担，使风险分散，最
28、重要的是可以提高系统的安全性，并提高系统的复用性和构造性。413对象中间件结构中间件基本概念中间件的产生与C/S结构的发展密不可分。由于C/S结构存在着操作系统、文件格式、网络协议、服务等相互多元异构的问题。希望通过中间件，能够屏蔽差异，实现异构环境下，建立具有可扩展能力的分布式软件框架。中间件的定义：中间件是为解决异构环境的分布计算问题，是位于平台和应用之间、具有标准接口和协议的通用服务。42早期的中间件类型早在中间件概念被提出之前，很多系统在解决分布式互联方面就已经采用过很好的中间件解决方案。例如：a.远程过程调用(Remote Procedure Call，RPC)，同步方式的分布式互联
29、技术b.消息发布/订阅（publish/subscribe），准异步的分布式互联c.消息队列（Message queue），异步方式的分布式互联技术d.开放数据库互连（Open Database Connectivity，ODBC），异构数据库系统互联然而，上述中间件系统中，软件成分之间的互联访问，其双方的位置和身份是固定的。43对象中间件随着软件技术的不断发展，软件结构设计的抽象程度越来越高，从基本数据结构、模块，子程序、对象类，直到对象构件。以对象构件为基础建造的系统，不但需要对象构件本身，还需要对象构件的运行机制来管理和控制，以实现构件的建立和撤销、构件的加入与退出，以及构件之间的相互访
30、问等，这个机制就是“对象中间件”。对象中间件的理解要点：对象构件是包含独立数据和功能的大粒度的对象实体，是系统建设的构造块在分布式网络环境下的对象构件系统中，对象构件不分客户还是服务者，它们的角色可以互换，并可以即插即用44对象中间件的三大主流结构a)由国际OMG（Object Management Group）制定的ORB和CORBA对象中间件规范b)以SUN公司Java技术为基础的对象组件和中间件体系EJBc)Microsoft公司Windows环境的COM/DCOM/COM+构件技术系列45 CORBA对象中间件由国际OMG（Object Management Group）制定的软件跨平
31、台交互操作标准。目标是：无论在什么地方，用的什么语言或是什么操作系统，应用程序都能在独立的情况下，透明访问对象。在此目标下，制定统一的应用软件标准，规划分布对象的体系结构，以及在此结构下对象的产生、消亡和运用方式。这套规定包括：OMA（Object Management Architecture）对象管理体系结构ORB（Object Request Broker）对象请求代理者CORBA(Common Object Request Broker Architecture)公共对象请求代理者体系结构46对象服务，提供用于实现对象的一些基本功能，如对象的命名服务、对象并行、对象存储、对象产生和消亡
32、、事件消息响应，以及事务交易的一致性保障等应用对象，是广泛概念的分布系统中的任何成分。可以是应用程序、进程、类实例公共设施，提供运行在应用程序中的公共服务，例如：菜单、窗口、绘图板、电子邮件等ORB是OMA的核心部分。对象系统中对象构件之间的交互，都是通过ORB进行的OMA对象管理体系结构47ORB核心，ORB核心提供底层消息通信协议GIOP（Global Internet-ORB Protocol）接口定义语言IDL，提供对象的接口定义机制，通过编译的接口，产生stub和skeleton桩（stub），客户请求所需要的对象代理，或者远程对象的本地代理槽（skeleton）服务的接口，明确给出
33、所承担的服务接口库，提供注册构件的接口管理，动态调用时，提供对象方法的元数据实现库，包含支持服务的类、实例化对象及标识。为定位和激活对象提供必要的手段对象适配器，提供对象构件运行环境的适配转换机制CORBA结构48EJB构件系统开发环境EJB和J2EEJ2EE（Java2 Enterprise Edition）是SUN公司开发的具有性能保证，安全防护、事务处理，以及集群(cluster)管理等综合技术标准的应用系统软件开发框架。还包含网络服务技术支持，及软件开发工具SDK(Software Development Kit)。EJB(Enterprise Java Bean)是J2EE的核心技术
34、，是组件式企业系统应用开发的、可视化操作的、构件系统装配工具和运行环境。是一个特定的能在服务器上运行的JavaBean。49J2EE还包含：JNDI（Java Naming and Directory Interface）JMS（Java Message Service）JCA（Java Connector Architecture）JTA（Java Transaction API）等这些重要的技术配合EJB完成企业应用系统的开发和建设J2EE只是个标准，它依赖于各厂商的产品实现。50JavaBean的基本概念 Bean(豆)可看作一个独立的整体构件 Bean的性质：内省（可表示）可装配可授权
35、操作可事件响应可永久性存储 JavaBean机制中提供对Bean的动态发现、组装、部署Bean，以及运行。Bean的连接机制是“消息”，用相互之间的消息交互，构成完整的应用系统。51EJB的基本概念EJB是企业级应用服务的一个特殊的Bean在EJB中，包含一个OTM(Object Transaction Monitor)对象事务处理控制器，提供事务处理的服务构件，包括：负责激活构件、撤销构件、事务调度构件，事件处理及构件，以及持久性管理构件。在EJB中，构件之间交互控制的机制是RMI(Remote Method Invocation）远程方法调用，它相当于SUN公司的ORB。52EJB服务器E
36、JB服务器，可以有多个EJB构件/EJB容器，部署在EJB服务器上EJB容器，表示EJD单个构件或多个构件共同完成的整体大粒度的构件Home接口，EJB构件的接口,提供创建、删除及发现、查找等操作Remote，EJB构件的接口，外界通过该接口调用业务构件53COM、DCOM、COM+对象组件技术COM与OLE、ActiveX的关系OLE（Object Linking and Embedded）对象连接和嵌入技术，是将应用程序的数据交换提高到“对象之间的交换”。早期的OLE技术是为了开发时能够容易地控制连接多媒体混合文档而实现的。OLE中的数据对象被称为“复合文件”，可在任一应用程序中，对其进行
37、编辑、更新、打印等功能的操作。随着组件技术的发展，在OLE2.0技术的基础上，建立了COM（Component Object model）组件对象技术规范，或者说OLE技术是COM的一个技术应用。ActiveX是在原OLE技术的基础上，支持网络环境上的对象组件集成和交互的技术，它扩展了OLE 仅针对Windows系统内应用软件的集成和交互的技术。54COM对象组件模型及实现过程客户应用，是使用对象组件的应用COM库，提供COM对象组件的创建和标识、内存管理、对象构件程序连接等函数注册表，操作系统范围公用的信息，是客户应用、对象购件与COM库用以信息交换的共享区对象构件，创建COM对象构件的特殊
38、类，用特殊接口提供标准的操作，得到构件的实例化对象55DCOMDCOM（Distributed COM）是COM的进一步扩展。由于COM仅支持同一计算机上Windows环境的构件之间的交换，WindowsNT4.0研制了分布对象计算环境COM技术。DCOM用网络协议来代替本地进程之间的通信，并针对分布环境提供必要的特性，包括：位置透明、网络安全、跨平台调用。DCOM的分布功能主要依靠远程过程调用实现。COM+COM+在DCOM基础上，加入了事务服务和分布式网络应用体系。提供建立分布式事务处理企业应用的系统框架。包括：COM+目录、负载平衡、驻留内存数据库、对象池、事件模型、构件部署和管理等服务
39、型对象构件。56 COM+COM+目录负载平衡驻留内存数据库对象池事件模型构件部署和管理COM+的基本结构COM接口编程方式基本构件服务支持远程 DCOM分布式构件服务 MTS支持事务处理资源分发管理安全管理574.面向服务的体系结构基本概念面向服务的体系结构（Service Oriented Architecture，SOA），是另一种形式的分布式系统构造模型。它将分布在网络中被称为服务的应用程序或功能单元，通过协议方式的连接机制联系起来。而这个服务的连接机制是独立于服务运行环境的硬件平台、操作系统和编程语言的执行机构。58理解要点SOA的“服务”不同于“组件”。组件也称为“构件”，是系统构
40、造过程中的构造快。“构件可动态连接”仍然是指系统建造过程中的操作，因此，它们或被代理预置，或被事先部署，总之是非运行过程的操作。“服务”是运行中特定功能的网络实体，它们是通过独立连接机制，可动态发现并建立连接运行执行成分。使得“服务”能够被发现，并建立连接的机制，是采用统一的协议方式，独立于服务运行环境的运行机构，而不是单纯的构件接口方式。仅从字面意义理解“服务”和“构件”的区别就不难看出，SOA结构比起对象组件结构，可以构成更松散的耦合关系。59SOA和网格计算SOA的产生与网格技术密不可分，是网格（grid）技术的实际应用和技术扩展。网格的概念借鉴了电力网的概念，希望像使用电力网一样使用网
41、络资源。水力发电（地点A）火力发电（地点B）风力发电（地点C）核力发电（地点E）电力网输入输出电力电力电力电力电力网构成示意：60网格计算，为解决超大型计算问题，是集成计算资源环境的问题求解体系结构。它将各种计算资源转化成一种随处可得的、可靠的、标准的、同时还是经济的计算能力。资源包括计算机、网络通信、数据资源、仪器设备等。网格计算，是继Internet之后又一次重大科技进步，它代表了先进的技术和基础设施。系统M（地点A）系统N（地点B）数据信息（地点C）设备仪器（地点E）网格输入输出计算计算计算计算网格组成示意：61网格计算与Web Services具有代表性的网格技术是Globus（美国A
42、rgonne国家实验室的研发项目）。其中的五层沙漏协议体系结构，以及Globus Toolkit，作为开放的结构和开放源代码，已经在世界上许多网格项目中被使用。2002年10月，IBM与Globus在多伦多联合发布的OGSA（Open Grid Services Architecture）开放网格服务体系结构，把Globus的概念和标准运用于Web Services，把网格技术由科学计算应用，扩展到广泛的异构企业系统结构。62Web Services的基本思想Web Service的“服务”，是可被Internet协议的URL统一资源定位器识别的应用软件成分。服务的接口是采用Internet协
43、议可被直接访问的XML（eXtensible Markup Language）消息形式描述。所有信息及信息处理都被视为同一形式的网络运行资源，包括物理设备及软件运行的逻辑成分；统称为“服务”服务可以被动态发现和邦定，并在生命期内被管理运行。63Web Services 体系结构服务提供者是提供Web服务的供应商，它实现Web服务，并放置在在线服务器上供请求服务者使用，同时，还要将服务发布到注册中心服务注册中心是Web服务的注册地，它包含所有注册了的Web服务的有关信息，提供商业化注册手段，并有发现为Web服务的能力 Web服务的请求者，向服务注册中心发出查找服务的请求，当得到回应找到了合适的W
44、eb服务后，从服务注册中心获取Web服务的信息引用，通过动态绑定机制建立Web服务，得到所需要的服务。64SOAP（simple object access protocol）基于XML的RPC协议，描述通用的Web服务目标WSDL（Web service description language）描述Web服务接口的访问方法，复杂的服务可以由多个服务组成UDDI（universal description discovery and integration）Web服务的目录结构定义BPEL（Business Process Execution Language For Web Service
45、s）Web服务的业务流程执行语言Web Service的标准协议65简单对象访问协议SOAP（Simple Object Access Protocol）SOAP协议是基于XML支持分布式环境结构化文本信息的交换SOAP由四个部分组成：SOAP envelope（SOAP 信封）-定义了整体的表示框架，用于表示消息的内容，由谁来处理，以及可以由目标应用程序自己选择是否处理，还是强制必须处理，如果无法处理则返回错误。SOAP encoding rules（SOAP 编码规则）-定义了数据编序机制，通过编序机制，定义应用程序中需要使用的数据类型，这些数据类型所衍生的实例可用于交换。SOAP RPC
46、 representation（SOAP RPC表示）-定义了用于远端过程调用和响应的约定。SOAP binding（SOAP 绑定）-定义了使用底层传输协议来完成在结点间交换SOAP信封的约定。66Web服务描述WSDL（Web Services Definition Language）WSDL把Web服务描述成一系列端点操作（服务接口）。WSDL描述了Web服务的三个基本属性：服务做些什么-服务提供的操作（方法）如何访问服务-数据格式及访问服务操作的协议服务位于何处-由特定协议决定的网络地址67Web服务的寻找和发现UDDI（Universal Description Discovery
47、and Integration）统一描述、发现和集成协议，提供向注册中心注册的方式。注册中心维护Web服务的全局目录，目录的信息描述格式采用通用的XML格式。UDDI注册中心提供两种注册方式：Public UDDI Registry（公共UDDI注册中心）面向全局UDDI注册，采用逻辑上统一，物理上分布的实现方式，不同站点之间采用P2P对等网络。注册其中任意一个站点就等于注册了UDDI全局注册中心。Private UDDI Registry（私有UDDI注册中心）独立组织、企业或某一范围内使用的UDDI注册服务，其服务对象局限在注册的局部注册中心范围内。68BPEL（Business Proc
48、ess Execution Language For Web Services）Web服务的业务流程执行语言。BPEL结合了IBM的Web服务流程语言（Web Services Flow Language）和 Microsoft 的 XLANG 规范。可以将一组服务整合起来，定义一个新的 Web 服务。整合服务的接口被描述为 WSDL portType 的集合，并指出服务接口与总体执行的配合情况。69.Net基于网格计算的Web Service受到业界广泛的关注，形成了新的产业协议，其中包括Microsoft公司的.Net，以及SUN公司的Sun One等。因此，.Net技术属于面向服务的体系
49、结构，是基于XML Web services标准的应用系统开发环境，被称为.Net平台。.Net技术的基本思想.Net技术的基本理念，不再关注单个网站和与Internet连接的单个设备，而是要让所有的计算机和相关设备，以及应用服务协同工作。使人们能控制信息并让所需信息在指定的时间，以指定的方式传送给自己。70.Net平台结构 Operating System运行在Windows 2000 Server等多种操作系统中.Net Enterprise Servers提供企业应用系统使用的服务器产品.Net Building Block Services，提供可采用付费方式直接访问的成型服务，如：P
50、assport服务。Visual Studio.Net提供 C#语言、.Net VB、.Net XML、等开发环境。可开发桌面应用程序、Web应用程序、智能设备等应用程序。Visual Studio.NETOperating System.NETEnterpriseServers.NET Framework.NET BuildingBlockServices71.Net Framework 是平台结构的技术核心包括：公共语言运行机制（Common Language Runtime,CLR）.Net框架类库(Framework Class Library,FCL)Common Language