开放环境下组件模型的动态演进架构研究
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I
摘 要
目前为了满足开放环境下软件的可整合、可扩展、可动态重构的要求，软件系
统开发关注的重点由各个功能的实现逐渐转向软件架构的设计和如何整合各功能
模块组装成完整的应用，以及如何利用已有的组件动态装配新的应用。解决软件
系统高层交互的困难、指导软件设计与实现的决策、促进涉众之间的交流、提高
体系结构的复用等问题越来越突出，人们更加关注与软件整体体系结构的优化和
可维护性。可重配与自适应是指能够根据外部环境的变化调节自身行为和结构以
适应变化的能力。面向服务架构（SOA）的软件开发和动态重配置技术近年来发
展迅速并受到软件产业界和学术界越来越多的关注。
本文首先对服务组件架构和 OSGi 的研究背景、基本概念和常用方法做了简要
的概述，对国内外相关领域的工作作了探讨与比较。服务组件架构（Service
Component Architecture,SCA）是一个可执行的模型，它的基础思想是将业务功能
封装成一系列的服务，将不同的服务集成到一个业务解决方案，用多种连接方式
把服务组装起来。它简化了实现业务服务的组件编程模型，这些组件可以使用不
同编程语言实现，使 SOA 得到有效的实施。OSGi 通过 Bundle 的方式来组织模块，
提供了模块的加载机制、生命周期管理、服务的注册、版本管理、通讯机制等一
系列的支持，从而使得基于 OSGi 的系统实现了插件体系结构、模块的有效组织复
用和扩展，并具有高度动态性。
随后研究面向服务架构（SOA）领域的动态重构技术，针对 SCA（服务组件
架构）模型的动态模型管理的不足，在符合 SCA（服务组件架构）模型规范基础
上结合 OSGi 技术，并研究和应用 Object Teams 技术作为支持的基础设施，以提高
应用的可理解性、重用性、扩展性、适配性和进化能力。提出一个开放环境下以
服务组件为基础的动态演进架构模型（DSCM），它支持分布式和异构平台的整合，
支持 POJO 增强和管理的机制，使得框架具有通用性和无入侵性。针对服务数据与
面向服务系统之间存在鸿沟问题，提出了一种基于 SDO 的领域模型适配的面向服
务数据访问模型。
关键词：服务组件架构 动态演化 面向服务 OSGi
II
ABSTRACT
With the requirement of assemblage,extensibility and dynamic refactoring,the attention
of system development have been turn to system architecture design,how to build a
whole application via assembling each module and how to build a new application make
use of existent component.Some problem, such as interaction of high layer of
system,decision-making of software design and implementation,communication during
actors,improvement of architecture reuse,are evident.Configurable and self-adaptable
architecture which can adjust behavior and structure according the change of external
envronment.So both academe and industry pay more and more attention to
service-oriented architecture and dynamic reconfiguration techuology.
This paper introduces the research background, basic concepts and common meth
ods of Service Component Architecture(SCA) and OSGi.describes and compares
related work of overseas and domestic experts. SCA is an executable model.The
basic thinking of SCA is that business functional modules will be packaged as a
range of services and different services will be integrated into a business soluti
on.There is a variety of ways to connect services assembled.It simplifies the com
ponent programming model of business services.These components can use differ
ent programming languages to implement,so that SCA make the SOA implementa
tion effective.OSGi uses Bundle to organise module and provides a module loade
d mechanism,the life-cycle management,service registration,version management,co
mmunication mechanisms and so on.It make OSGi-based system to achieve a plu
g-in architecture, and is highly dynamic.
After that,we research dynamic refactoring and reconfiguration technology in service
component architecture(SCA).In order to solve the shortcoming that SCA lack in
dynamic evolution and module management,propose a model DSCM(Dynamic Service
Component Model) which based on service component architecture supporing dynamic
evolution.the DSCM framework accord with SCA ,combine with OSGi and Object
Teams technology as infrastructure so that the software system based on DSCM has
many advantages,such as comprehensibility, reusebility,extensibility,adaptation and
dynamic evolution.It also supports distributed and heterologous system
environment,and enhances POJO and non-inbreak for software system development.
Key Word: Service Component Architecture,dynamic evolvement,
Service-Oriented,OSGi
III
目 录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 .................................................................................................................1
§1.1 背景.................................................................................................................1
§1.2 相关工作.........................................................................................................2
§1.3 本文研究内容和组织结构.............................................................................4
第二章 服务组件架构 .....................................................................................................6
§2.1 服务组件架构（SCA）简介...........................................................................6
§2.1 整体架构.........................................................................................................6
§2.2 域.....................................................................................................................7
§2.3 构件.................................................................................................................8
§2.4 基本单元.........................................................................................................9
§2.4.1 组件与实现..........................................................................................9
§2.2.1 组件类型..............................................................................................9
§2.5 服务...............................................................................................................11
§2.6 引用...............................................................................................................11
§2.7 连接...............................................................................................................13
§2.8 绑定...............................................................................................................15
§2.9 接口...............................................................................................................17
§2.10 属性.............................................................................................................17
第三章 基于 OSGi 的动态管理 .....................................................................................19
§3.1 OSGi 简介 .....................................................................................................19
§3.2 OSGi 的体系结构 .........................................................................................20
§3.2.1 模块层...............................................................................................21
§3.2.2 生命周期管理...................................................................................21
§3.2.3 服务...................................................................................................22
§3.2.4 安全层...............................................................................................23
第四章 数据访问模型 ...................................................................................................24
§4.1 数据编程的局限和相关技术的比较..........................................................24
§4.2 一个基于 SDO 的数据访问模型 ..................................................................25
§4.2.1 SDO 概述 ............................................................................................25
§4.2.2 数据对象...........................................................................................27
§4.2.3 数据图...............................................................................................28
§4.2.4 变更摘要...........................................................................................29
§4.2.5 元数据...............................................................................................29
§4.2.6 数据访问服务（DAS）.....................................................................30
§4.2.7 异构数据源访问和处理...................................................................31
§4.3 SDO 的不足 ...................................................................................................32
§4.4 领域适配的数据访问模型..........................................................................33
§4.4.1 领域模型............................................................................................33
§4.4.2 四维领域原型....................................................................................34
IV
§4.4.3 服务数据与领域模型的适配............................................................36
§4.4.4 原型实现............................................................................................40
第五章 原型的关键技术与实现 ...................................................................................43
§5.1 框架模型.......................................................................................................43
§5.2 构件描述的加载...........................................................................................45
§5.3 构件发布.......................................................................................................46
§5.4 ClassLoader 机制与 Bundle 上下文传递 .................................................49
§5.5 声明服务.......................................................................................................52
§5.6 性能测试.......................................................................................................54
第六章 总结与展望 .......................................................................................................57
参考文献 .........................................................................................................................58
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................60
致 谢 .............................................................................................................................61
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 背景
随着通信网络和软件技术的发展与成熟，人们的工作和生活越来越依赖于软件
系统提供的各种服务，软件系统规模不断扩大。传统的软件架构已经使得软件开
发的复杂性和困难性问题越来越严重，已经无法满足当代软件动态性、多变性和
复杂性的需求。
一方面，企业的信息化意识提高和信息化进程加快，使得许多企业的信息系
统处于相对孤立的状态，“一个部门一个服务”的现象比比皆是，企业内部形成了
不同形式的“信息孤岛”部门之间无法实现信息共享和数据一致。另一方面，越
来越多的厂商提供了服务型系统，以软件服务的形式公开业务功能，软件系统之
间形成了开放性的环境。要解决这类问题必须建立一个灵活的、可整合的、可配
置的软件系统架构，使得异构平台和实现的系统之间能够交换信息和互操作，从
而满足企业信息的高度集成。
此外，大多数软件系统并非传统软件工程所定义的瀑布模型，实际上业务规
则是不断变化的，尤其是应用于商业领域的软件必须满足日新月异的市场需要，
快速地响应业务需求的变化，甚至要求在系统运行时动态地改变行为。因此，软
件业务需求和开发过程都不是一成不变的，而是变化的、迭代的，除了需要支持
迭代的软件开发方法外（如 xp,agile 等敏捷方法学）还需要一个松耦合的、可按需
集成的和可动态重构的软件架构模型。
目前，解决软件系统高层交互的困难、指导软件设计与实现的决策、促进涉
众之间的交流、提高体系结构的复用等问题越来越突出。因此，为了满足开放环
境下软件的可整合、可扩展、可动态重构的要求，软件系统开发关注的重点由各
个功能的实现逐渐转向软件架构的设计和如何整合各功能模块组装成完整的应
用，以及如何利用已有的组件动态装配新的应用。人们更加关注与软件整体体系
结构的优化和可维护性。可重配与自适应是指能够根据外部环境的变化调节自身
行为和结构以适应变化的能力[1]。面向服务架构（SOA）的软件开发和动态重配置
技术近年来发展迅速并受到软件产业界和学术界越来越多的关注。
开放环境下组件模型的动态演进架构研究
2
§1.2 相关工作
面向服务的软件开发,以服务构件作为基本元素,服务构件的视图由服务规约定
义,组装应用时只需要服务规约所定义的语法、语义和行为信息,而真正的服务提供
者在运行时才集成到应用中[2]。
目前，SOA 近年来发展迅速并受到软件产业界和学术界极大的关注，在这个
领域实际贡献比较多的是商业公司和开源社区。从一个空洞的概念到各种商业工
具和 SCA 的出现，SOA 已经不再是泛泛而谈了。国内外各大 IT 巨头 IBM、BEA、
微软、Oracle、SAP 等纷纷发布自己的 SOA 战略。著名产商主要有：
1． 普元是国内目前唯一加入 osoa 组织的公司，其研发的 Primeton EOS 产品，
是基于 JZEE 技术实现企业级应用开发、运行、管理、监控、维护的中间件平台，
采用面向构件构建应用系统的模式，一定程度上体现了 SOA 思想。
2．SAP 倡导的 NetWeaver 平台以“应用基础设施”（Applistructure）的概念逐
渐模糊了应用产品和基础设施之间的界限，并通过网络服务提供一种端对端的业
务流程。除此之外，NetWeaver 是一个开放的平台，同时为独立软件开发商（ISV）
开辟了一个新的开发空间。
3．IBM 公司则基于 SOA 理念提出了“整合”战略，希望通过建立基于开放
标准的、统一的、高效的、易于管理的 IT 基础平台，通过 SOA 与Workplace 客户
端技术(WCT)，实现企业 IT 前台—用户端、后台服务器的整合。WebSphere MQ
和WebSphere Business Integration(WBI)Server Express 提 供 了 对 SOA 的 支 持 。
WebSphere MQ 软件可以帮助企业显著降低日常频繁发生在操作系统与应用之间
的数据交换成本。新版 WBI Server Express 则包括了集成现有应用的新适配器，通
过使用向导驱动(Wizard-Driven)的业务规则提供了业务灵活性，并简化了基于 Web
的远程部署。
4． 微软已经推出了代号为 Indigo 的技术，这项技术据称为合作伙伴建立新一
代连接系统 SOA 铺平了道路。Indigo 既是.Net Framework 2.0 的扩展，也是微软公
司推进 SOA 的最新举措。
5． 甲骨文公司的 SOA 策略与其“网格计算”战略紧密结合在一起。通过不
断收购和签署授权协议，甲骨文公司已经建立了一系列相对完整的开发和部署工
具，其中最著名的包括 Oracle database 10g、
Oracle Application Server 10g 和Oracle
JDeveloper 10g 。
2005 年11 月，IBM、BEA、Oracle、SAP 等公司共同发布了两项针对 SOA 的
重要构件模型规范——SCA 0.9(Service Component Architecture，服务构件架构)和
第一章 绪论
3
SDO（Service Data Objects，服务数据对象）。2007 年3月21 日,osoa[3]发布了 SCA
规范 V1.0 的最终版和 SDO 2.1 规范,标志着 SOA 技术一个新阶段的开始。
SCA/SDO 规范获得了 IT 技术主流厂商的支持，它的建立为 SOA 计算环境下的编
程模型打下了一个坚实的基础，推动 SOA 的发展向前跨了一大步。SCA 是一种全
新的、跟语言无关的编程模型，它提供了一种统一的面向服务构件的调用方式，
从而使得客户可以把不同的软件模块通过服务构件的标准化而统一地封装起来和
被调用访问。而 SDO 则作为一种数据编程架构和 API，它统一了不同数据源类型
的数据编程，让开发人员可以从不同的数据源以统一的方式访问和操纵数据。
基于 SCA 和SDO 的商业产品目前包括 IBM WPS/WAS、AquaLogic Data
Services Platform、TIBCO ActiveMatrix、Rogue Wave HydraSCA、Covansys SCA
Framework for SOA 和Infiniflow DSF 等。这些商业产品基本都是基于 SCA 或者
SDO 的早期版本实现，而最新发布的 SCA 1.0 版本变化非常大，因此严格而言，
目前市场上还没有真正符合 SCA 1.0 和SDO 2.1 规范的产品出现。同时外国的商业
重量级产品大都庞大而繁杂、实用性和灵活性差，容易使基于不同产品之间的应
用形成新的壁垒。
SCA 和SDO 的开源项目目前主要有：
1．Apache Tuscany[4]
Apache 软件基金已经发布了其服务组件架构（SCA）的第一个 1.0 版实现，
Apache Tuscany 1.0 SCA 是一组旨在简化 SOA 应用开发的规范，它正作为开放组
合服务架构（Open CSA）的一部分由 OASIS 进行标准化。2008 年2月6日，Apache
Tuscany SCA Java 1.1 正式发布。
Tuscany 提供的只是一个 SOA 基础设施，包括 SCA
运行时环境、SDO 和DAS 实现，Tuscany 项目本身并不提供 SOA 开发和管理 IDE
插件，对于模块化动态管理的支持不够。
2．Eclipse STP（SOA Tools Platform）[5]
旨在提供一个其他开发人员可以使用的 SOA 开发工具框架,以便使他们不必自
己开发这些工具。一方面是为了统一 SOA 应用的开发、部署和管理工具，并使这
些工具标准化;另一方面就是提供一个可扩展的 SOA 应用工具集。但基础设施的
SCA/SDO 运行时环境支持不够，目前 STP 还不完善，只提供了一些简单的 SOA
应用开发、部署功能。
3．CodeCauldron Newton[6]
Newton 是一个分布式的构件框架，它用 SCA 标准描述分布式系统，并且 提
供了高度动态的 SCA 实现（基于 OSGi 技术）。它能够加载和管理部署在分布不同
JVM 中的 SCA 构件，但其使用 Jini 作为远程基础设施对于 jini 本身包的依赖性太
摘要：
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I摘要目前为了满足开放环境下软件的可整合、可扩展、可动态重构的要求，软件系统开发关注的重点由各个功能的实现逐渐转向软件架构的设计和如何整合各功能模块组装成完整的应用，以及如何利用已有的组件动态装配新的应用。解决软件系统高层交互的困难、指导软件设计与实现的决策、促进涉众之间的交流、提高体系结构的复用等问题越来越突出，人们更加关注与软件整体体系结构的优化和可维护性。可重配与自适应是指能够根据外部环境的变化调节自身行为和结构以适应变化的能力。面向服务架构（SOA）的软件开发和动态重配置技术近年来发展迅速并受到软件产业界和学术界越来越多的关注。本文首先对服务组件架构和OSGi的研究背景、基本概念和常用...
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