基于模板的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)框架的研究

摘要：編程語言中關(guān)注點(diǎn)的分離一直是被關(guān)注的焦點(diǎn)，在這一研究領(lǐng)域已經(jīng)提出一些新的模塊化技術(shù)，AOP即是其中之一.本文首先介紹了基于角色的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)方法，然后在此基礎(chǔ)上提出了一種基于模板的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)框架.

關(guān)鍵詞：橫切關(guān)注點(diǎn)；面向方面重構(gòu)；重構(gòu)框架

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)27-2107-02

The Research of An Aspect——Oriented Refactoring Framework Based on Template

ZHANG Ting-yan， PENG Jian

(Dalian Jiaotong University， College of Software， Dalian LiaoNing 116028， China)

Abstract:The separation of concerns in programming language has been focused on for a long time. In this research field， several new modularity technologies have been proposed， AOP is one of them.. In this article，we describe a role—based refactoring approach for the re —structuring the implementation of crosscutting concerns using aspect—oriented programming， then， we provide a template—based aspect—oriented refactoring framework．

Key words:crosscutting concerns;aspect-oriented refactoring;refactoring framework

1 引言

當(dāng)前OOP（面向?qū)ο缶幊蹋┍粡V泛應(yīng)用于軟件開發(fā)中，OOP能夠?qū)F(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體及其行為抽象為對象，通過類的封裝性、繼承性、多態(tài)性很好地解決了許多問題.但是“代碼混亂”與“代碼糾纏”問題仍然存在于OOP中，例如日志記錄功能，訪問權(quán)限控制功能，異常處理功能等，此類功能被稱為“橫切關(guān)注點(diǎn)”.橫切導(dǎo)致互相關(guān)聯(lián)的代碼經(jīng)常是多余的，而且很難被改變。自90年代開始，對橫切關(guān)注點(diǎn)的分離得到了很大關(guān)注。在六七年中，國外的研究組織進(jìn)行了很多研究，提出了許多解決方法。

1997年，Kiczales等人提出了面向方面編程(Aspect—Oriented Programming，AOP) [1]。在AOP中，最關(guān)鍵的是如何捕捉橫切關(guān)注點(diǎn)并將其以模塊化的方式提取出來，這需要跨越整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行考慮.因此，方面是用來描述跨越整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)屬性的一段代碼。AOP的目的是支持程序員把系統(tǒng)的組件和方面更好地分離，從而使系統(tǒng)更加模塊化.

重構(gòu)是在不改變代碼所實(shí)現(xiàn)功能的前提下，使代碼更加結(jié)構(gòu)化[2]。隨著AOP的廣泛使用，隨著對系統(tǒng)中橫切關(guān)注點(diǎn)的進(jìn)一步挖掘，如何將系統(tǒng)重構(gòu)為用AOP實(shí)現(xiàn)（即面向方面重構(gòu)[3]）的這種需求會(huì)越來越廣泛，迫切需要提出一種基于模板的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)框架。

2 基于角色的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)

橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)。早期的研究主要集中在特定橫切關(guān)注點(diǎn)的重構(gòu)過程的研究，具體的實(shí)現(xiàn)通常需要手工進(jìn)行。最近，Hannemann和Kiczales等人在論文[4]中提出了一種基于角色的抽象化描述方式，因此也為橫切關(guān)注點(diǎn)的自動(dòng)重構(gòu)提供了一種可能。在論文[5]中Hannemann和Kiczales使用Java和AspectJ分別實(shí)現(xiàn)了GoF的23個(gè)設(shè)計(jì)模式，研究表明其中的17個(gè)模式的AspectJ實(shí)現(xiàn)顯著地提高了模塊性。

3 基于模板的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)框架

雖然Hannemann等人提出了基于角色的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)，但這只是對橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)抽象的描述，為了將橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)進(jìn)一步具體化，我們提出了一種基于模板的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)。

3.1 框架的基礎(chǔ)

1) 框架中必須有一個(gè)對橫切關(guān)注點(diǎn)詳述的XML文檔.從系統(tǒng)中分離出Aspect并在該XML文檔中進(jìn)行聲明.根據(jù)XML文檔中的每個(gè)Aspect聲明，建立相應(yīng)的Aspect，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)通過XML文檔把Aspect映象到基本類。

2) 框架中必須有一個(gè)對編織點(diǎn)(其功能是把方面中定義的代碼以一定方式植入組件代碼中)詳述的XML文檔。

3) 框架中必須有一個(gè)對功能模塊進(jìn)行管理的XML文檔，即系統(tǒng)級的配置文件。

(4) 框架中必須有一個(gè)XML解析器，負(fù)責(zé)解釋框架的配置文件。

3.2 框架中基于模板的面向方面重構(gòu)

3.2.1對橫切關(guān)注點(diǎn)詳述的XML模板

＜？ｘｍｌｖｅｒｓｉｏｎ＝“１．０”？＞

＜ａｓｐｅｃｔｓ＞

＜ａｓｐｅｃｔｎａｍｅ＝”ａｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ”＞

＜ｒｏｌｅｎａｍｅ＝”ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒ”＞

＜ｍｅｔｈｏｄｎａｍｅ＝”…”＞

＜／ｍｅｔｈｏｄ＞

＜／ｒｏｌｅ＞

＜ｒｏｌｅｎａｍｅ＝”ｃｏｍｍｏｎＵｓｅｒ”＞

＜ｍｅｔｈｏｄｎａｍｅ＝”…”＞

＜／ｍｅｔｈｏｄ＞

＜／ｒｏｌｅ＞

＜／ａｓｐｅｃｔ＞

＜ａｓｐｅｃｔ＞

……

＜／ａｓｐｅｃｔ＞

＜／ａｓｐｅｃｔｓ＞

代碼段１橫切關(guān)注點(diǎn)訪問權(quán)限控制功能的描述模板

從代碼段１可以看到，橫切關(guān)注點(diǎn)中的每個(gè)抽象角色由一個(gè)＜ａｓｐｅｃｔ＞節(jié)點(diǎn)描述，每個(gè)抽象角色按照其內(nèi)部參數(shù)的不同，實(shí)現(xiàn)不同的方法．使用這種ＸＭＬ格式文件可以使對橫切關(guān)注點(diǎn)的描述更加結(jié)構(gòu)化．代碼段１是對橫切關(guān)注點(diǎn)訪問權(quán)限控制功能的描述模板，同理，可以將日志記錄功能，異常處理功能等橫切關(guān)注點(diǎn)加入描述模板中．

３．２．２對編織點(diǎn)詳述的ＸＭＬ模板

＜？ｘｍｌｖｅｒｓｉｏｎ＝“１．０”？＞

＜ｗｅａｖｅｒｓ＞

＜ｗｅａｖｅｒｎａｍｅ＝”ａｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＷｅａｖｅｒ”ａｓｐｅｃｔ＝”ａｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ”ｔａｒｇｅｔ＝”Ｌｏｇｉｎ”＞

＜／ｗｅａｖｅｒ＞

＜ｗｅａｖｅｒ＞

＜／ｗｅａｖｅｒ＞

＜／ｗｅａｖｅｒｓ＞

代碼段２實(shí)現(xiàn)橫切關(guān)注點(diǎn)訪問權(quán)限控制功能與登錄功能模塊編織的編織點(diǎn)的描述模板

從代碼段２可以看到，編織點(diǎn)中的每個(gè)抽象角色由一個(gè)＜ｗｅａｖｅｒ＞節(jié)點(diǎn)描述，每個(gè)＜ｗｅａｖｅｒ＞節(jié)點(diǎn)將不同的ａｓｐｅｃｔ與ｔａｒｇｅｔ編織在一起。使用這種ＸＭＬ格式文件可以使編織相對透明化．代碼段２是對實(shí)現(xiàn)橫切關(guān)注點(diǎn)訪問權(quán)限控制功能與登錄功能模塊編織的編織點(diǎn)的描述模板，同理，可以將實(shí)現(xiàn)日志記錄功能，異常處理功能等橫切關(guān)注點(diǎn)與系統(tǒng)功能模塊編織的編織點(diǎn)加入描述模板中。

３．２．３橫切關(guān)注點(diǎn)與編織點(diǎn)的映射

以上我們已經(jīng)構(gòu)建了橫切關(guān)注點(diǎn)與編織點(diǎn)的ＸＭＬ描述模板，下一步我們要將上述模板加入到框架的配置文件中完成橫切關(guān)注點(diǎn)與編織點(diǎn)的映射。

＜？ｘｍｌｖｅｒｓｉｏｎ＝“１．０”？＞

＜ｍｏｄｕｌｅｓ＞

＜ｍｏｄｕｌｅｎａｍｅ＝”Ｌｏｇｉｎ”＞

＜ｍｅｔｈｏｄｓ＞

＜ｍｅｔｈｏｄｎａｍｅ＝”…”＞

＜／ｍｅｔｈｏｄ＞

＜／ｍｅｔｈｏｄｓ＞

＜／ｍｏｄｕｌｅ＞

＜ｍｏｄｕｌｅ＞

……

＜／ｍｏｄｕｌｅｓ＞

＜ａｓｐｅｃｔｓ＞

＜ａｓｐｅｃｔｎａｍｅ＝”ａｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ”＞

＜ｒｏｌｅｎａｍｅ＝”ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒ”＞

＜ｍｅｔｈｏｄｎａｍｅ＝”…”＞

＜／ｍｅｔｈｏｄ＞

＜／ｒｏｌｅ＞

＜ｒｏｌｅｎａｍｅ＝”ｃｏｍｍｏｎＵｓｅｒ”＞

＜ｍｅｔｈｏｄｎａｍｅ＝”…”＞

＜／ｍｅｔｈｏｄ＞

＜／ｒｏｌｅ＞

＜／ａｓｐｅｃｔ＞

＜ａｓｐｅｃｔ＞

……

＜／ａｓｐｅｃｔ＞

＜／ａｓｐｅｃｔｓ＞

＜ｗｅａｖｅｒｓ＞

＜ｗｅａｖｅｒｎａｍｅ＝”ａｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＷｅａｖｅｒ”ａｓｐｅｃｔ＝”ａｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ”ｔａｒｇｅｔ＝”Ｌｏｇｉｎ”＞

＜／ｗｅａｖｅｒ＞

＜ｗｅａｖｅｒ＞

＜／ｗｅａｖｅｒ＞

＜／ｗｅａｖｅｒｓ＞

代碼段3 框架的配置文件

代瑪段1和代碼段2再加上對系統(tǒng)功能模塊的描述構(gòu)成了上述的代碼段3，即框架的配置文件.應(yīng)用文中提出的框架時(shí)，由框架中的XML解析器解釋框架的配置文件，將將橫切關(guān)注點(diǎn)的抽象角色與系統(tǒng)相應(yīng)模塊相對應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)。這種框架配置文件便于開發(fā)者在開發(fā)過程中動(dòng)態(tài)地添加和刪除橫切關(guān)注點(diǎn)，而且使編織更加透明化。

3.3 重構(gòu)框架中橫切關(guān)注點(diǎn)與編織點(diǎn)相互映射的實(shí)現(xiàn)

在上面的橫切關(guān)注點(diǎn)與編織點(diǎn)詳述模板的基礎(chǔ)之上，借助于方面代碼映射器和編織器來完成橫切關(guān)注點(diǎn)的方面化以及將其織入功能模塊代碼中。具體實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

4 小結(jié)

本文在基于角色的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種基于模板的橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)框架.在對橫切關(guān)注點(diǎn)詳述的XML模板的基礎(chǔ)上加入了對編織點(diǎn)詳述的XML模板，為橫切關(guān)注點(diǎn)的重構(gòu)提供了一種可能.這僅僅是對橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)做的一部分研究，還需要在此基礎(chǔ)上更深層次的對橫切關(guān)注點(diǎn)重構(gòu)問題進(jìn)行挖掘.

參考文獻(xiàn):

[1] KICZALES G，LAMPING J，MENDHEKAR A，et a1．Aspect—Oriented Programming[C]．In Proceedings of ECOOP，Springer—Verlag，F(xiàn)inland，1997．

[2] FOWLER，M．Refactoring—Improving the Design of Existing Code．Addison—Wesley，Boston，MA，2000．

[3] VAN DEURSEN A，MARIN，M，MOONEN L．Aspect Mining and Refactoring． First International Workshop on Refactoring：Achievements，Challenges，Effects(REFACE 93)[C]．a(chǎn)t 10th Working Conference on Reverse Engineering(WCRE 03)，Victoria，BC，Canada，2003．

[4] HANNEMANN J，MURPHY G．C，KICZALES G．Role—Based Refactoring of Crosscutting Concerns[C]．In Proceedings of International Conference on Aspect—Oriented Software Development，2005．

[5] HANNEMANN J，KICZALES，G．Design Pattern Implementation in Java and AspectJ[C]．In Proceedings of the 17th Annum ACM Conference on Object—Oriented Programming，Systems，Languages，and Applications (OOPSLA02)．Seattle，WA，November 2002．