面向非功能属性的软件体系结构策略的建模与追踪技术

Architectural tactics are the primary building blocks of software architecture for the purpose of satisfying certain quality attributes, that are summarized from the longtime designing experience. Quality attributes always depend on specific functional concerns, which results in the design and implementation of quality attributes scattering over the functions. This makes the testing and maintaining of the quality attributes very hard. Therefore, one essential problem is how to design the system in a way of modeling the quality attributes separately. In order to support the later test and maintenance of the quality attributes on the basis of architectural tactics, this project plans to propose a new technique on modeling architectural tactics in design phase. Meanwhile, this project will also explore novel approaches on testing and tracing the related code based on the architectural design. All of the approaches are planned to be evaluated with empirical experiments.

软件体系结构策略是设计人员在长期的设计活动中总结凝练出的实现系统非功能属性的设计知识。非功能属性对功能属性的依赖导致两者的设计与实现往往交织在一起，造成对软件体系结构策略使用的分析评估以及相关实现的验证与维护都相当困难。因此，如何在设计阶段将针对非功能属性的相关设计进行独立的描述是系统设计和建模人员关心的核心问题之一，也是追踪系统非功能属性设计的基础问题。本项目以支持基于软件体系结构策略的软件系统非功能属性设计及其在代码实现和维护阶段的检测和追踪为目的，研究软件系统开发过程中的软件体系结构策略的建模、测试以及追踪的关键方法和技术，并进行实例验证研究。

当前软件系统应用需求越来越多、复杂度越来越高，系统对可靠性、安全性、实时性等非功能属性的要求也变得越来越高。因此，在软件开发和维护过程中满足系统的非功能需求已成为重要挑战和迫切需求。体系结构策略是系统设计人员在长期的设计活动中凝练出的为满足系统非功能需求的设计知识，体系结构策略的建模和追踪是保证非功能属性被正确实现和有效维护的关键技术。目前，学术界和工业界已围绕体系结构策略展开了大量研究。然而，设计阶段非功能属性对功能属性的依赖导致两者的模型往往交织在一起；实现阶段非功能属性与功能属性代码难以剥离区分；维护阶段功能点的修改容易影响与其关联的非功能属性代码，致其失效。这些都造成对软件体系结构策略使用的分析评估以及相关实现的验证与维护都相当困难，迫切需要在设计、实现、维护等阶段辅助系统开发人员对体系结构策略的独立建模、自动测试和持续追踪，以确保系统非功能属性需求在开发阶段的正确实现，并在后续维护中随着代码的变更保证其有效。因此，本项目研究基于体系结构策略的软件体系结构切面建模技术，定制基于体系结构策略的切面建模语言，实现体系结构策略在系统设计阶段的横切关注点分离；研究面向体系结构策略的测试场景自动生成方法，以检测设计阶段采用的支持非功能属性的体系结构策略是否在代码中正确实现；研究面向体系结构策略的关键代码追踪及其可视化技术，持续追踪体系结构策略及其上下文在代码中的实现，以避免在系统维护阶段对体系结构策略的无意识破坏，保证其持续有效。.本项目的研究工作进展顺利，已达到了预期的研究目标。在体系结构策略建模与追踪等方面，取得了创新性的研究成果。研究成果已发表或录用高水平研究论文22篇，发明专利3项，以及软件著作权一项。