一種基于可擴展標記語言的軟件系統解耦合設計方法研究

雷 洋

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一種基于可擴展標記語言的軟件系統解耦合設計方法研究

雷 洋

南京模擬技術研究所，江蘇 南京 210016

軟件系統的解耦合設計是軟件系統具備高可擴展性、高維護性的基礎設計之一，因此如何建立軟件系統的解耦合結構是軟件系統設計的重點關鍵技術之一，尤其是大型軟件系統。通過使用可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML），提供一種系統解耦合的設計方法。此方法在模塊化系統設計的基礎上，設計了一種軟件系統模塊開發的接口標準，建立了一套軟件系統解耦合的系統結構。將此方法應用于系統的開發過程增強了系統在應用邏輯擴展過程中的友好性和易用性。

系統解耦合；軟件系統；系統設計；可擴展標記語言

引言

解耦合設計是基于高內聚松耦合的理念對系統進行設計的過程。內聚是一個模塊內各個元素彼此結合的緊密程度；耦合是一個系統結構內不同模塊之間互連程度的度量。解耦合設計過程是讓一個完整系統的模塊與模塊之間盡可能地獨立存在。也就是說，讓每個模塊盡可能地獨立完成某個特定子功能，而模塊與模塊之間的接口盡量少而簡單。如果某兩個模塊間的關系比較復雜，最好首先考慮進一步的模塊劃分，這樣有利于修改和組合。軟件系統的解耦合設計是軟件系統開發必須考慮的設計理念之一，也是軟件質量保證的基礎之一。

1 可擴展標記語言

可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML），是用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言，可以用來標記數據、定義數據類型，是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的源語言。XML是標準通用標記語言（SGML）的子集，非常適合Web傳輸。XML提供統一的方法來描述和交換獨立于應用程序或供應商的結構化數據。XML的核心是數據，重點在于數據的內容。XML的簡單使其易于在任何應用程序中讀寫數據，這使XML很快成為數據交換的唯一公共語言。XML還是一種元標注語言，即定義了用于定義其他特定領域有關語義的、結構化的標記語言。這些標記語言將文檔分成許多部件并對這些部件加以標識。本文主要關注XML的數據特性，不對XML的上述特性展開分析。

2 接口標準與系統結構

XML基于數據的特性使其成為跨平臺、跨應用、跨模塊交互的一種優質媒介。本文定義接口標準中XML文件的格式標準就是利用該特性建立系統的交互橋梁。

接口標準是一套模塊與模塊、模塊與框架、系統應用與系統框架之間的通信與交互的約束規范，同時建立一種系統結構用于該標準的具體應用。系統內部可以通過接口標準實現模塊封裝；系統框架可以通過接口標準建立模塊與模塊之間的通信與交互；系統應用之間可以通過接口標準建立溝通和調用框架。

2.1 接口標準

接口標準定義了一系列系統用于模塊間如何進行調用、交互和數據傳輸的約束，最終是XML文件的表現形式。接口標準主要由四部分組成：面向功能的接口標準、面向調用的接口標準、面向框架的接口標準及XML格式標準，如圖1所示。

圖1 接口標準

2.1.1 面向功能的接口標準

面向功能的接口標準定義了一系列的模塊功能封裝約束條件，用于開發者封裝模塊功能。用戶按照接口標準封裝各個功能，并通過面向調用的接口標準中定義的邏輯方法進行使用完成功能的調用。約束條件包括了以下方面。

（1）ID唯一性約束：模塊的ID和模塊內功能ID的定制規范，用于系統標識該基本功能；（2）描述性約束：功能描述的編寫規范；（3）輸入約束：功能輸入參數獲取的規范；（4）輸出約束：功能輸出參數獲取的規范；（5）執行約束：功能的執行規范；（6）執行結果約束：功能的獲取執行結果的規范。

2.1.2 面向調用的接口標準

面向調用的接口標準定義了一系列的模塊封裝約束條件，用于開發者封裝模塊。用戶按照接口標準封裝各個模塊，并通過框架接口按照面向調用的接口標準中定義的邏輯方法使用，完成各個模塊內功能的調用。約束條件包括了以下幾個方面。

（1）模塊類型定義：模塊的類型和ID的寫入規范；（2）模塊生命周期約束：模塊對應的封裝類實例從創建、使用、銷毀全過程的生命周期管理規范；（3）模塊功能生命周期約束：模塊功能對應的封裝類實例從創建、使用、銷毀全過程的生命周期管理規范；（4）XML文件導出約束：模塊以及模塊功能XML文件導出規范。

2.1.3 面向框架的接口標準

面向框架的接口標準定義了一系列的模塊功能調用、模塊管理的約束條件，用于系統框架對各個模塊功能進行整合。系統通過面向框架的接口標準管理、調用各個模塊。約束條件包括了以下方面。

（1）框架調用模塊功能約束：框架調用模塊功能的方法；（2）系統各個模塊管理約束：各個模塊的管理約束條件。

通過上述接口標準的定義，系統框架、模塊之間、外部程序通過接口調用而非函數調用實現對模塊以及模塊內部功能的調用。需要特別指出的是，系統調用的接口并非傳統意義上的模塊接口文件，而是根據上述接口標準生成的接口文件，該接口文件采用規范約束的方法進行定義，在系統規劃完成之后并不會隨著系統需求的改變而改變。接口文件結合XML文件的使用實現了當功能模塊發生變化時，系統各個模塊的銜接接口不會隨之變動，這一特征正是松耦合、高內聚要求的關鍵特征。

2.2 系統結構

軟件系統模塊化開發過程中難以避免模塊間的嵌套調用，不良的嵌套調用、復雜的嵌套關系往往是導致系統崩潰和難以維護的根源之一。需求的不斷更新也是系統開發過程中經常遇到的問題。需求的變更面臨著系統功能和結構的變化，反復的模塊接口變更會帶來系統開發的不確定性。

圖2 系統模塊的封裝與生成

如圖2所示，系統模塊開發過程中，開發者利用接口標準對系統模塊進行封裝，生成系統模塊的封裝類和模塊功能的封裝類。封裝類的實例化過程和調用被隱藏在具體的接口實現類中，而模塊之間、模塊與框架之間的調用通過標準接口進行，實現模塊對外接口在開發過程中的一致性需求，降低了開發過程中需求變更對系統各個接口變動帶來的影響。

圖3 接口、實現類之間關系圖

圖3描述了接口與接口、接口和實現類之間的關系。頂層框架接口的實現類包含了模塊調用接口和模塊功能接口。實現類通過調用上述兩個接口完成對系統各個模塊和模塊功能的調用，面向系統的則是頂層的框架接口。模塊封裝基類包含模塊功能接口，各個模塊通過繼承該基類實現對模塊的封裝，各模塊的封裝類中包含了模塊內功能封裝類。功能封裝基類實現對模塊各個功能的封裝，模塊內各個功能通過集成該基類實現對模塊功能的封裝，模塊內功能最終通過模塊功能接口被外部調用。

通過標準接口、封裝基類的泛化和封裝類之間的組合過程，在系統中建立一套模塊之間的通信和交互方法，實現系統各個模塊之間的松耦合設計。對于系統框架以外的應用，開發者可通過XML文檔描述標準進行二次封裝實現讀取系統內部功能，為開發可視化的功能邏輯編輯提供技術實現的基礎。

2.3 軟件系統中的應用

軟件系統通常由多個系統級模塊構成，并通過系統邏輯將模塊串聯起來，從而實現系統功能，但是系統邏輯隨著用戶需求和系統功能的變化需要不斷地進行修正，因此建立各個模塊之間、模塊與系統框架之間的松耦合交互和通信機制，解決系統結構如何適應不斷變化的系統需求的問題，是系統結構設計的重點研究內容。

綜合考慮軟件系統的上述特征和模塊間松耦合設計的思路，筆者在系統設計開發過程中使用上述接口標準作為模塊之間的交互方法，同時結合所要構建的軟件系統建立該標準的系統應用框架，從而實現對系統整體框架的約束，實現系統各個模塊之間的松耦合特性。

通過引入上述接口標準和框架，其優點在于以下兩個方面。

（1）建立接口規范，形成穩定的系統框架。相比于一般的接口開發，該設計進行了更加深入的接口開發，形成了一套統一的接口標準，規定了每一個系統模塊內部、模塊與模塊、模塊與系統之間的開發規范。將最終的代碼實現隱藏在接口標準之后，從而在一定程度上建立了穩定的系統框架。一般的接口設計，往往在較大的需求變更之后，接口也隨之變化，從而影響到系統的穩定。

（2）為系統外進行系統邏輯編輯提供了基礎。接口標準中提供的XML文件格式，結合系統框架接口，為外部進行系統內部邏輯調用提供了前提，基于該前提條件進行外部邏輯編輯器的開發，從而實現了無須變更平臺代碼即可修改系統運行邏輯的關鍵技術。

圖4 軟件系統中的應用示例

圖4是該系統解耦合設計方法在軟件系統中的應用示例。由于多數軟件系統中系統邏輯的擴展性要求較高，因此系統設定了系統邏輯編輯。系統邏輯編輯完成之后需要在軟件系統中驅動運行，上述接口規范提供了該項功能實現的基礎。同時基礎功能的變更，也將封裝在上述的接口規范之后，保證了軟件系統框架的穩定性。

3 結論與展望

將本文描述的方法應用于軟件系統的設計，在系統開發過程中雖然在一定程度上增加了模塊的開發工作量，但是對于整個系統的結構而言可以忽略不計。該方法描述的接口標準，基于接口標準建立的系統結構較好地滿足了系統設計要求。將本方法應用于對擴展性要求較高，系統內部各個模塊之間的邏輯變化需要適時進行調整的系統中時，該方法具有較好的推廣應用價值。

Research on Decoupling Design Method of Software System Based on Extensible Markup Language

Lei Yang

Nanjing Institute of Simulation Technology, Jiangsu Nanjing 210016

The decoupling design of software system is one of the basic design of software system with high scalability and high maintenance. Therefore, how to establish the decoupling structure of software system is one of the key technologies of software system design, especially large software system. A design approach to system decoupling is provided through the use of Extensible Markup Language (Extensible Markup Language, XML). Based on the design of modular system, this method designs an interface standard for software system module development, and establishes a set of software system decoupling system structure. Applying this method to system development process makes system friendly and easy to use in the expansion process of application logic.

system decoupling; software system; system design; extensible markup language

TP301.6

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