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使用元数据和反射的Web服务系统重配置设计与实现 　　摘 要：软件系统需要不断演化以适应外界需求或环境的变化，如何实现软件演化是软件工程研究领域的一个热点问题。提出一种基于元数据和反射的软件动态重配置方法，利用存储在关系数据库中的元数据描述系统的结构特征，采用存储过程表示系统的行为，并建立存储过程和功能的对应关系。使用元对象操作类实现元层和基层对象的反射关系，当软件的功能或显示界面发生变化时，通过配置元数据和存储过程，在运行时动态改变基层程序结构或功能，实现了软件的演化，并通过实例证明了该方法的可行性。 　　关键词关键词：需求变化；元数据；反射；重配置 　　DOIDOI：10.11907/rjdk.161650 　　中图分类号：TP319 　　文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）008-0049-04 　　0 引言 　　?S着用户需求的改变和软件运行环境的变化，软件系统需要不断演化以适应这种新的变化，如何实现软件演化是软件工程研究领域的一个热点问题[1，2]。软件工程从许多方面，例如OOP、OOA/OOD、各种软件过程（RUP、XP）和方法等对此进行了研究。这些技术运用得当可以构建出可用、可靠、稳定的系统。但是，当需求发生变化时，现代软件存在着如下不足：传统软件主要采取了“黑箱”的实现机制，即对外部应用屏蔽了内部具体实现细节，这种机制使得外部应用无法获取系统的内部结构和状态行为，从而无法根据相关需求来动态调整系统应用级的结构行为，这样使得相关应用缺乏对变化环境的适应性[3-5]。 　　要解决上述问题，软件系统应具有如下特点：系统应具有较为开放的结构，使得外界能获悉系统内部相关成分，从而能根据外部环境变化对系统相应部分的结构行为作一定调整与改变；系统应具有动态重配置的能力，即能在运行过程中进行动态调整、定制和改变自身相关的结构行为，且不影响系统整体的运行[4]。 　　本文将元数据和反射引入基于关系数据库的Web系统设计中，通过对系统业务信息的具体化（reification），使得外部能获取系统自身结构、行为的自描述（self-representation）元数据，从而实现系统内部的开放；系统的自描述与系统结构行为是因果相连（causally connected）的，通过对元数据的调整与改变，可实现对系统特定部分和功能的反射，使得系统具有动态重配置的能力[6]。 　　1 相关研究 　　20世纪80年代后期，随着对反射式程序设计语言、反射式操作系统研究的深入，对反射系统也形成了一个较为一致的认识：反射系统可被认为是一种可通过因果相连的方式来反演自身的计算系统，反射则是反射系统的行为表示[7，8]。反射系统可以形式化地表示成二元组S=〈PL，TL〉，其中S为计算系统，L为系统S用以表示问题域所用的语言，PL为语言L的处理器，TL为PL的状态，RS为S在TL中基于L语言的表示，S与RS的关系为：S包含RS，且S和RS之间是因果相连的[9]。 　　在反射系统实现中，一般采用“关注分离”的原则，即系统分为基层（Base Level）和元层（Meta Level）。基层用于对具体问题域的抽象，元层则是对基层及系统内部的表示。元对象封装基层对象的元数据，描述基层对象的结构和行为，并动态地管理基层对象。反射是指通过获取元数据来观察和调整系统内部及基层相关部分结构行为的过程。 　　在利用元数据和反射技术实现软件系统的研究中，文献[10]介绍了在面向对象编程语言中使用反射和元编程需要遵循的3个重要原则。给出了使用元数据和反射的基本原理和设计规则，文献[11]通过使用基于XML描述的元数据和某些语言的自省机制来连接构件和基本框架，目的是构建可扩展的系统，其元数据描述重点在系统功能，实现功能的灵活扩展。文献[12]提出了一种基于构件的系统运行时变化和恢复的软件架构。通过完整描述系统运行时的状态和行为，使用构件框架的反射能力实现系统的运行时恢复。本文使用元数据描述系统的结构信息，利用存储过程来表达系统行为。元数据存储在关系数据库中，存储过程作为一个命名的独立模块可以被动态配置和调用。元数据和存储过程可以通过一个单独的配置系统动态管理，通过运行时反射机制实现系统的动态重配置。与文献[10]相比，本文方法不仅能实现功能扩展，还能管理系统的结构；与文献[11]相比，本文侧重点在于系统的动态重配置。 　　2 基于元数据和反射的动态重配置 　　基于关系数据库的Web系统是本文动态重配置方法研究的对象。很多关系数据库中都提供命名的批处理代码段，例如SQL Server数据库中的存储过程（Stored Procedure）、Oracle中的过程（Procedure）。这种命名的批处理代码段编写完成以后注册到服务器，通过名