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面向方面的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件質(zhì)量度量研究與應用
摘要：以一個數(shù)字視頻監(jiān)控信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分析了面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法在橫切關(guān)注點分離上的缺陷，采用 對系統(tǒng)進行面向方面建模結(jié)合C&K軟件質(zhì)量度量方法，對基于面向?qū)ο箝_發(fā)的軟件系統(tǒng)和面向方面架構(gòu)的軟件系統(tǒng)進行了簡單的質(zhì)量度量。結(jié)果表明，面向方面的數(shù)字視頻信息系統(tǒng)在可擴展性、可復用性、降低類之間的耦合度以及增強類的內(nèi)聚上具有一定優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：AOSD;關(guān)注點;視頻監(jiān)控;軟件質(zhì)量度量
引 言
在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)中，發(fā)現(xiàn)存在跨越多個模塊的關(guān)注點，稱之為橫切關(guān)注點_1。].一個模塊可能與多個類相關(guān)聯(lián)。在面向?qū)ο蟮木幊讨�，橫切關(guān)注點是一種跨越多個類的關(guān)注點，如果按照傳統(tǒng)面向?qū)ο蟮脑O計方法將橫切關(guān)注點硬性地劃分到某個類中必然會影響系統(tǒng)的模塊性、可讀性、測試性能、維護性和可重用性 J.針對該問題，我們在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中引進了面向方面的軟件開發(fā)方法(AOSD)，它的基本構(gòu)成元素是aSpect和cl嬲s.一個aspect包含了消息(Advice)、連接點(oinpoim)、切點(poinceut)等模塊。
1 面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法的缺陷面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法(00SD)采用分解的方式將完整的軟件系統(tǒng)劃分為相對較小的、易于分析和理解的模塊，從而方便地進行各個功能模塊的設計和編碼|3‘引。通過分析可以看出，上述分散在功能模塊中的功能與行為之間形成了一種橫向的方面(Aspect)，即方面與模塊形成了橫切(crosseutting)，造成傳統(tǒng)的編程技術(shù)無法將方面模塊化，從而出現(xiàn)兩種代碼糾結(jié)(Tangling)在一起的情況，其原因是，在傳統(tǒng)的編程技術(shù)中軟件系統(tǒng)中非業(yè)務功能實現(xiàn)的代碼無法模塊化。
2 面向方面建模的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)面向方面建模(Asped—Oriented ModeIjng，AOM)是在軟件開發(fā)的設計階段對方面進行建模，AOM利用建模語言(如uML)標識、分析、管理和表示軟件設計和構(gòu)架中的橫切關(guān)注點，使所設計的軟件具有更好的模塊化設計，從而保持需求、設計和實施的連續(xù)性。
通常，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在橫切系統(tǒng)核心關(guān)注點的日志記錄、安全性驗證、異常處理等非功能需求，以及實時視頻監(jiān)控、監(jiān)控點配置、用戶管理、音視頻錄象等功能性需求。通過采用AOsD可有效地分離并模塊化這些關(guān)注點。如以功能性需求中的監(jiān)控點配置為例，其在功能性需求建模中會出現(xiàn)一種特定的用例類型，這種用例與其他用例之間并沒有特定的關(guān)系，但用例的實現(xiàn)通常會調(diào)用一些相同的類，例如，會調(diào)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)類(M0nitorPoiIlt)，它不是任何用例的特定的類。這種用例被稱為對等用例(peer use case)，比如，“添加監(jiān)控點”、“更改監(jiān)控點”，“刪除監(jiān)控點”用例，它們在實現(xiàn)中都共享了一些類。下面以“添加監(jiān)控點”為例對該用例做進一步分析(見圖2)。
考慮了多個類實例之間的交互后，就可以比較用例上下文中各個類的職責及其之間的關(guān)系�；旧希總�傳送給實例的消息都可以轉(zhuǎn)換成參與通信的類職責。據(jù)此，我們可以得到該用例的類圖。
3 A0SD和OOSD軟件度量的比較為了驗證基于AOSD所獲得的軟件系統(tǒng)的質(zhì)量是否得到了提高，可以使用軟件質(zhì)量度量的方法對系統(tǒng)進行評估 ]，對此，我們選用C&K度量方法。C&K度量方法由Chidarr】ber等于l994年提出，它從類級別提出了6個度量元：WMC、DⅡ1、N0C、LC0M、RFC、cBO。其主要針對軟件的特性進行度量，如繼承、耦合、可復用性等，并提出了對類的復雜性計算方法。
度量的數(shù)據(jù)來源于系統(tǒng)的分析設計文檔和源代碼文件，并選定系統(tǒng)中的某些類為例子進行度量比較，以反映系統(tǒng)可維護性、可復用性、可擴展性、可移植性、可靠性等性能的變化'4 ].
3.1 每個類的加權(quán)方法數(shù)(wMC)通過00sD和A0SD所得到的類圖比較可知：
A0sD存在0OSD中分析出的所有類，所以權(quán)重是相等的，差別在于方法的數(shù)上。以類“Monif0rP0int”為例，在采用A0SD分析系統(tǒng)對等用例時，將類“Mo試一沁 )0int”中定義的方法放在“MonitorI)0int Aspect”方面內(nèi)進行定義，因此類“M0nitorPoint”的方法大大減少。
經(jīng)測試得，wMCA0sD為l2，wMC㈣為17，說明AOSD開發(fā)類所需時間和精力要少些，系統(tǒng)的可維護性得到了一定的提高。
3.2 繼承樹的深度(DIT)DT]r指對象所屬類在繼承樹中的深度(層次)，其中，樹根為0.Drr是當前結(jié)點至根的最大長度。
Drr在沒有父類的情況下為0，其余情況下D rIl=max(DIT( ))+1.
以類“Monitod)oint”為例，根據(jù)oosD和AOsD比較分析可知：在00SD中，D珥 =1;而在A0sD中，不僅抽象了類，而且抽象了方面，Drr 鵬。=2(抽象的日志記錄方面)。Drr越大表明設計復雜性越大，同時系統(tǒng)的可復用性越高。
3.3 孩子數(shù)目(N0C)NOC定義為繼承類中直接孩子的數(shù)目，在A0SD中，增加了繼承與抽象方面的子方面而在O0SD中，NOC㈣=4.NOC值越大說明可復用性越高;同時，由于N0C值越大，父類的影響就越大，所以需要更多的測試。N0c值表明，A0SD可復用性好于OOsD，但是可測試性較低。
3.4 類之間的耦合(CBO)cB0提供了類的耦合程度的度量依據(jù)。cB0越大，說明該類和其他類的關(guān)系越密切，不僅降低了可重用性，而且使測試變得復雜。DBO的計算公式如下：CBo： A * DlT+ B * NoC + C * NosC + D *DAc+E*PpC+ F*MPC前面已取得了類“M0nit0rP0int”的DIrr值、N0C值。父類數(shù)目N0sc易知，N0scA惦D>NOsco0sD.根據(jù)0oSD和AOSD類圖中類的相互關(guān)聯(lián)和依賴的情況，以及類中函數(shù)及屬性的情況計算得知：在0OsD設計的系統(tǒng)中，屬性耦合DAco0S。：2;而在A0sD設計的系統(tǒng)中，成員函數(shù)不再包括這些抽象的類，方法對抽象的類的調(diào)用是通過與類相關(guān)的抽象方面實現(xiàn)，所以DAc =O.同理，AOsD的PPc(參數(shù)耦合)較O0SD會大幅減少。對于MPC(消息耦合)，在AOSD中，類與類之間的直接通信減少了，他們之間的聯(lián)系是通過“方面”來進行。所以，AOsD的MPC將遠低于O0SD.
根據(jù)上述分析結(jié)果，從類的耦合度來看，基于A0SD設計的類的耦合度遠小于0OSD所設計的類。
3.5 類的響應集合(RFC)對象類的響應集合={所有可以被調(diào)用的對消息響應的方法的集合}.類的RFc越大，該類測試和調(diào)試將更復雜，其復雜度越大。通常，用表示該類的響應集合，冗s= 】，(U尺 )， ∈其中， 為該類的方法的集合， 為方法 調(diào)用的方法的集合。
在基于AOSD設計的類中，因為增加了對等的方面和擴展的方面，可以通過pointcut調(diào)用擴展的類中的方法，這樣激勵做出反應的消息個數(shù)將增多，所以， ℃ 惦D>RFCo0sD.此表明，基于AOSD得到的系統(tǒng)的維護性、可理解性降低。
3.6 類內(nèi)聚缺乏度(LCOM)在基于AOSD的設計中，由于方面的出現(xiàn)，將類中的部分方法有效剝離出來，因此無共享實例變量的成員函數(shù)對的個數(shù)出現(xiàn)明顯的降低。刪值越小，表明AOSD設計的系統(tǒng)類之問內(nèi)聚更大，封裝性較好，可復用性和效率更高。
綜上所述，可以得出AOSD對軟件質(zhì)量特性的影響。表l表示度量元與其所影響的軟件質(zhì)量特性的關(guān)系。
根據(jù)表1的度量元各指標值以及度量指標與內(nèi)部質(zhì)量關(guān)系可知，基于AOSD的軟件開發(fā)方法提高了軟件的可擴展性、可復用性，降低了類之間的耦合度，增強了類的內(nèi)聚，但軟件的可測試性、可靠性等有所降低。
4 結(jié)論
由于AOsD技術(shù)還處于發(fā)展的初級階段，至今還沒有一個類似于OOSD那樣成熟的標準。同時，面向?qū)ο缶幾g的特性造成了方面代碼在編織后的效率比理論上有一定的降低。因此，在橫切關(guān)注點較少的軟件架構(gòu)中使用面向方面的設計方法往往會使得軟件的質(zhì)量特性有所下降，只有在橫切關(guān)注點較多、涉及的面較廣的軟件架構(gòu)中使用面向方面的設計方法才能使得軟件質(zhì)量特性得到比較明顯的提高。
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