談軟件系統(tǒng)模塊間循環(huán)依賴識(shí)別

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摘要:軟件系統(tǒng)中各平臺(tái)多模塊開發(fā)過程中，若開發(fā)人員對(duì)自己模塊扇入、扇出盲目增刪，導(dǎo)致模塊間依賴變更，容易產(chǎn)生系統(tǒng)級(jí)循環(huán)依賴。如果模塊間產(chǎn)生循環(huán)依賴環(huán)，代碼在編譯時(shí)若不清除中間生成文件，編譯生成的產(chǎn)品有極大的風(fēng)險(xiǎn)或者采用2次編譯的方法解決。通過進(jìn)行循環(huán)依賴分析找出所有依賴環(huán)的解決辦法。

關(guān)鍵詞:循環(huán)依賴;非法依賴;多模塊;軟件工程;識(shí)別

引言

隨著當(dāng)前軟件系統(tǒng)越來越復(fù)雜，平臺(tái)越來越多，平臺(tái)包含的模塊也越來越多，開發(fā)人員在開發(fā)代碼的時(shí)候如果對(duì)模塊的依賴未按照設(shè)計(jì)要求隨意增加，容易導(dǎo)致平臺(tái)級(jí)或系統(tǒng)級(jí)別產(chǎn)生循環(huán)依賴。賈利敏等提出通過程序執(zhí)行軌跡，確定數(shù)據(jù)依賴結(jié)點(diǎn)、控制依賴結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)可到達(dá)語句來計(jì)算變量切片［1］;不過此檢測(cè)方式粒度太細(xì)，不利于軟件模塊級(jí)識(shí)別。劉杰等提出基于歸納變量的循環(huán)依賴分析方法［2］，識(shí)別變量級(jí)別的循環(huán)依賴;劉鵬遠(yuǎn)等提出采用提取公共部分方法消除包級(jí)別循環(huán)依賴［3］，若模塊粒度更細(xì)、數(shù)量更大的話，不易實(shí)現(xiàn);丁麗麗等基于GCC5．1針對(duì)分支嵌套循環(huán)的依賴提出計(jì)算依賴距離方法能夠快速地分析出該類循環(huán)潛在的并行性［4］，但此計(jì)算類似C語言某幾條語句循環(huán)依賴，不適用于系統(tǒng)內(nèi)模塊查找循環(huán)依賴。

1依賴概述

在架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，各平臺(tái)的依賴關(guān)系應(yīng)該是上層平臺(tái)依賴下層平臺(tái)，各模塊的扇入、扇出設(shè)計(jì)合理的前提下，整個(gè)系統(tǒng)所有模塊的依賴關(guān)系不應(yīng)該存在循環(huán)依賴。正常情況下平臺(tái)或模塊間的依賴關(guān)系應(yīng)該是上層平臺(tái)依賴下層平臺(tái):①上層依賴下層。②上層對(duì)下層一對(duì)一或一對(duì)多。③最下層不對(duì)本平臺(tái)依賴，但可能會(huì)對(duì)下層級(jí)平臺(tái)有依賴。④最上層不會(huì)被本平臺(tái)依賴，但會(huì)被上層平臺(tái)依賴。⑤存在上層跨層依賴下層。⑥所有模塊都會(huì)被依賴。⑦所有模塊對(duì)外不重復(fù)。

2循環(huán)依賴分析與解決方案

2．1分析根因

由于平臺(tái)級(jí)的循環(huán)依賴根因也是由于各平臺(tái)對(duì)應(yīng)的模塊產(chǎn)生的模塊級(jí)循環(huán)依賴導(dǎo)致，所以可以把平臺(tái)級(jí)循環(huán)依賴和模塊級(jí)循環(huán)依賴看作相同的問題。循環(huán)依賴的根因是縱向依賴鏈上出現(xiàn)了環(huán):如A依賴B、B依賴C、C依賴A或D依賴E、E依賴F、F依賴G、G依賴D，這樣就出現(xiàn)依賴環(huán)，當(dāng)然這個(gè)是比較簡(jiǎn)單的環(huán)示例，在實(shí)際情況中，有的環(huán)路節(jié)點(diǎn)有很多個(gè)可以達(dá)到10多個(gè)模塊，如果靠人工計(jì)算，一是計(jì)算工作量比較大，另一個(gè)是容易遺漏。

2.1.1數(shù)學(xué)模型假設(shè)數(shù)學(xué)模型如下。1)假定我們當(dāng)前有一個(gè)平臺(tái)(多個(gè)平臺(tái)檢測(cè)方法類似)。2)假定這一個(gè)平臺(tái)一共有n個(gè)模塊{M1，M2，M3，…，Mn}。3)第k個(gè)模塊扇入ik個(gè)。4)第k個(gè)模塊扇出ok個(gè)。

2.1.2計(jì)算方法1)把這n個(gè)模塊所有扇出o1，o2，o3，…，on合并起來，記為AllOutputList［］。2)把這n個(gè)模塊遍歷，扇入不在AllOutputList中的刪除，因?yàn)檫@些刪除的依賴是從其他平臺(tái)引入的依賴，此步處理完后，所有模塊的扇入只來源此平臺(tái)的扇出，這樣在后續(xù)計(jì)算時(shí)，減少冗余的計(jì)算。3)選擇任意模塊作為當(dāng)前計(jì)算模塊，并檢查此模塊是否有扇入，如果有扇入則把所有扇入的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并去重，并把此模塊記錄到ParentsList數(shù)組，如某模塊一共有20個(gè)扇入，其中5個(gè)扇入來源于A模塊、10個(gè)扇入來源于B模塊、另外5個(gè)扇入來源于C模塊，則此模塊的Parents數(shù)據(jù)包含A、B、C三個(gè)模塊，此時(shí)Parents里存放A、B、C;如果沒有扇入，則不計(jì)算。4)遍歷Parents數(shù)組所有成員，如A，則先把A與Par-entsList中所有元素進(jìn)行比較，檢查是否有重復(fù)，若有重復(fù)，則發(fā)現(xiàn)環(huán)，并打印環(huán)，然后出棧;若無重復(fù)，則把A模塊視為當(dāng)前計(jì)算模塊，把A模塊進(jìn)行壓棧，并返回到步驟3;等數(shù)組的第一個(gè)成員完成遍歷后，繼續(xù)搜索Parents第二個(gè)成員B，并返回到步驟3，把B模塊視作模塊1進(jìn)行遞歸;如果沒有重復(fù)，則把A壓棧到ParentsList;并返回到步驟3，把A模塊視作模塊1進(jìn)行遞歸，依此類推。5)在檢查的過程中如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前計(jì)算模塊沒有扇入，則不計(jì)算，直接返回。通過不斷查詢數(shù)組中成員數(shù)據(jù)是否包含新模塊名，再對(duì)數(shù)組進(jìn)行壓棧、出棧，再對(duì)比，這樣最終可遍歷到整個(gè)系統(tǒng)所有循環(huán)依賴環(huán)。經(jīng)過3、4、5這3步能把所有模塊所有依賴環(huán)找出來。但還有另一個(gè)問題:多個(gè)依賴環(huán)有重復(fù)的情形，假設(shè)4個(gè)模塊依賴環(huán)為:A依賴B，B依賴C，C依賴D，D依賴A，則搜索出來的結(jié)果可能出現(xiàn)環(huán)的4種情況分別為:A，B，C，D;B，C，D，A;C，D，A，B;D，A，B，C。碰到這種情形需要對(duì)這幾種環(huán)進(jìn)行去重操作，詳細(xì)處理辦法是把生成環(huán)的所有結(jié)點(diǎn)分別存放到二維數(shù)組以模塊名為單位排序后進(jìn)行比較，如果相同，則表示環(huán)相同，反之則不相同。像首尾相同的模塊:［A—B—C—D—A］，這樣的環(huán)?。跘—B—C—D］，此去重方法較簡(jiǎn)單，不再贅述。

2．2測(cè)試數(shù)據(jù)來源

來源于XX產(chǎn)品XX平臺(tái)，測(cè)試模塊220個(gè)，扇入、扇出共計(jì)2000多個(gè)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后展示的結(jié)果如下(只展示部分?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)際發(fā)現(xiàn)環(huán)個(gè)數(shù)72個(gè))。從上述結(jié)果可以看出:①單模塊可能會(huì)存在于多個(gè)環(huán)。②可發(fā)現(xiàn)被其他多次循環(huán)依賴模塊。

4結(jié)語

本文通過把軟件系統(tǒng)中模塊名視為樹節(jié)點(diǎn)，通過深度遍歷優(yōu)先算法進(jìn)行查找模塊間依賴環(huán)，不斷對(duì)縱向依賴鏈進(jìn)行先判斷再壓棧，若對(duì)下層無依賴則出棧，遞歸查詢所有依賴環(huán)，并且給出多種依賴環(huán)去重的方法，最終發(fā)現(xiàn)所有模塊所有依賴環(huán)。不過還有一個(gè)問題，當(dāng)前方法查找出來的依賴環(huán)不具備給架構(gòu)師詳細(xì)依賴接口的能力，需要在代碼實(shí)現(xiàn)的時(shí)候壓棧、出棧時(shí)把父子節(jié)點(diǎn)之間的接口關(guān)系也添加上，這個(gè)難度也不大，不再贅述。

參考文獻(xiàn):

［1］賈利敏，張忠林．一種簡(jiǎn)化依賴關(guān)系的動(dòng)態(tài)程序切片算法［J］．鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(2):84－87．

［2］劉杰，曹琰，魏強(qiáng)，等．符號(hào)執(zhí)行中的循環(huán)依賴分析方法［J］．計(jì)算機(jī)工程，2012，38(22):24－33．

［3］劉鵬遠(yuǎn)，鄧沌華，李祥．不同粒度循環(huán)依賴的消去方法［J］．信息通信，2013(6):9－10．

［4］丁麗麗，李雁冰，張素平，等．分支嵌套循環(huán)的自動(dòng)并行化研究［J］．計(jì)算機(jī)科學(xué)，2017，44(5):14－52．

作者：任啟紅 黃輝 周鋒 王永亮 單位：三江學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院