Visual Studio 2010：架構(gòu)師最怕程序員知道的新工具
原創(chuàng)【51CTO獨(dú)家特稿】2010年4月12日是微軟Visual Studio 2010正式版發(fā)布的日子。作為Visual Studio的用戶，您是否還記得自己使用的***個(gè)Visual Studio版本？是否還記得CODE出***段代碼時(shí)的興奮？是否還記得那無數(shù)個(gè)尋找Bug的日日夜夜？51CTO開發(fā)頻道帶您一起走進(jìn)Visual Studio歷史，今天我們要介紹的是——Visual Studio 2010。
Visual Studio 2010建模概述
在微軟Visual Studio 2010（Visual Studio 2010 Ultimate）中，應(yīng)用程序生命周期（ALM）是其重要特性和SDLC實(shí)現(xiàn)方式之一。我們將一個(gè)軟件的生命周期（SDLC）劃分為幾個(gè)階段，而利用各種工具輔助每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，就稱為應(yīng)用程序生命周期管理(ALM，Application Lifecycle Management)。微軟的Visual Studio 2010將會(huì)努力打造一個(gè)功能平等、共同分擔(dān)，易用便捷的平臺(tái)，以用于組織內(nèi)的應(yīng)用程序生命周期管理過程。在Visual Studio 2010的工具中，真正主角已經(jīng)不在是作為編碼工具的Visual Studio IDE，而是ALM的核心TFS（Team Foundation Server）。
其中，在架構(gòu)方面則是通過新的架構(gòu)瀏覽器(Architecture Explorer)和架構(gòu)層圖(Architecture Layer Diagram)，以圖形化的方式描述系統(tǒng)架構(gòu)，從而使得項(xiàng)目中的技術(shù)人員或非技術(shù)人員都能以模型透過圖形化的方式進(jìn)行協(xié)作，以及定義企業(yè)與系統(tǒng)功能。另外，VSTS 2010也同時(shí)支持統(tǒng)一建模語言(UML，Unified Modeling Language)及特定領(lǐng)域語言(DSL，Domain Specific Language)，架構(gòu)設(shè)計(jì)人員在Visual Studio 2010中可以進(jìn)行架構(gòu)與建模設(shè)計(jì)，從而擺脫了傳統(tǒng)使用非VS架構(gòu)設(shè)計(jì)工具，使得設(shè)計(jì)師可以更有效率的進(jìn)行.NET架構(gòu)設(shè)計(jì)工作。
微軟在最初的時(shí)候，項(xiàng)目中的技術(shù)人員使用一些單獨(dú)的開發(fā)工具進(jìn)行軟件開發(fā)，例如架構(gòu)師使用Rose進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)人員則使用Visual Studio進(jìn)行編碼。同時(shí)，項(xiàng)目中的非技術(shù)人員則使用一些通用的項(xiàng)目管理工具進(jìn)行項(xiàng)目管理，例如項(xiàng)目經(jīng)理使用Project，Excel等制定項(xiàng)目計(jì)劃，進(jìn)行任務(wù)劃分和分配等。Visual Studio經(jīng)過近十年左右的發(fā)展，已經(jīng)不再是僅僅面向某一個(gè)角色（開發(fā)人員）的工具，而是要服務(wù)于軟件開發(fā)過程中的所有不同的角色（開發(fā)人員、測試人員、架構(gòu)師、項(xiàng)目經(jīng)理等），使其覆蓋在整個(gè)軟件開發(fā)生命周期（SDLC）中，所以，在Visual Studio 2010中的各個(gè)功能之間，彼此相互關(guān)聯(lián)和互通也大大增強(qiáng)。
我們可以通過Visual Studio 2010架構(gòu)泳道（swim-lane）圖，來對(duì)Visual Studio 2010建模過程功能應(yīng)用更直觀的了解。如圖1所示。
圖1 Visual Studio 2010建模過程結(jié)構(gòu)
在架構(gòu)建模設(shè)計(jì)過程中，同樣遵循ALM的過程定義（理解代碼、域理解、控制維護(hù)、擴(kuò)展性等）。我們可以根據(jù)產(chǎn)品所針對(duì)的問題，將通過上圖中的4個(gè)主題的方式來分析Visual Studio 2010建模功能過程。例如，“理解代碼”描述如何利用Visual Studio 2010中的代碼分析和可視化技術(shù)幫助用戶分析理解已有的系統(tǒng)。最終，用戶可以利用這些技術(shù)在已有的代碼庫基礎(chǔ)上幫助客戶實(shí)現(xiàn)***的功能需求。
Visual Studio 2010新增了UML Modeling Project，提供了對(duì)類圖，時(shí)序圖，用例圖等的支持，這也是基于VS.NET DSL來實(shí)現(xiàn)。如圖2所示。
圖2 DSL設(shè)計(jì)模型
VSTS2010架構(gòu)分析工具
VSTS 2010全新的架構(gòu)工具可以讓我們了解應(yīng)用程序和功能設(shè)計(jì)，并幫助驗(yàn)證設(shè)計(jì)與執(zhí)行過程中不偏離開發(fā)目的。它除了支持一般系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)流程（需求—>實(shí)體）外，也支持另一類的流程——逆向工程 (Reverse Engineering)。
通過逆向工程可以理解應(yīng)用程序之間的部分是重要的依賴，以確定可能會(huì)出現(xiàn)問題。此外，直觀圖可以幫助我們找到***地方來執(zhí)行新的功能。DGML文件可以使解決方案產(chǎn)生的依賴矩陣和布局，每個(gè)視圖可以在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)不同的視圖。如圖3所示。
圖 3 程序集關(guān)系分析
通過高級(jí)的視圖功能可以來分析模型的整體結(jié)構(gòu)。在一個(gè)區(qū)域中，可以根據(jù)需要修改15分鐘到一個(gè)小時(shí)之間的變化差異的依賴關(guān)系，也可以放大局部類之間的關(guān)系圖。
VSTS2010逆向工程類型可分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)，靜態(tài)指的是整個(gè)程序代碼的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，如組件或類別間的關(guān)系；動(dòng)態(tài)則是程序代碼執(zhí)行的順序，如某個(gè)程序代碼區(qū)段相關(guān)方法調(diào)用與響應(yīng)順序。
靜態(tài)逆向工程（Static Reverse Engineering）
VSTS2010提供針對(duì)不同功能層面的分析工具來輔助程序代碼進(jìn)行逆向工程。Layer Diagram可從高階面來看架構(gòu)；Architecture Explorer能從特定點(diǎn)切入，只探索我們所關(guān)心的部分；.net Class Diagram則可分析詳細(xì)部分的Class結(jié)構(gòu)。靜態(tài)的逆向工程，主要有三個(gè)工具：Architecture Explorer、Layer Diagram和Class Diagram。Layer Diagram可以讓我們以高層角度來分析整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)，細(xì)膩程度可以自由選擇，從項(xiàng)目、Namespace、Classs、到方法都可以。如圖4所示。
圖 4 關(guān)系層圖
我們可以定義每個(gè)Layer包含的工作產(chǎn)品（Artifact），并可以直接用相關(guān)文件對(duì)應(yīng)到Layer，然后對(duì)Layer右鍵單擊選擇View Links，即可檢視此Layer相關(guān)工作產(chǎn)品。Layer Diagram基本上為快照（Snapshot）圖形，后續(xù)即使程序代碼有了變動(dòng)，圖形并不會(huì)自動(dòng)跟著更新，所以必須定期執(zhí)行Validate Architecture。如圖5所示。
圖 5 層瀏覽器
動(dòng)態(tài)逆向工程（Dynamic Reverse Engineering）
在以前程序開發(fā)等人員，當(dāng)分析程序代碼完全沒頭緒時(shí)，需要從程序代碼中直接理解程序流程，這是一件困難且很痛苦的事。 VSTS2010新增架構(gòu)工具支持動(dòng)態(tài)逆向工程，主要有兩個(gè)工具：依賴圖（Dependency Graph）和Sequence Diagram(時(shí)序圖)，使用這兩個(gè)工具會(huì)大大增強(qiáng)代碼分析的效率。依賴圖可以協(xié)助理解程序代碼的結(jié)構(gòu)與關(guān)系，可以透過架構(gòu)瀏覽器(Architecture Explore)來生成依賴圖。順序圖是用來表達(dá)程序流程的圖像工具，VSTS2010也用于對(duì)象導(dǎo)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以手工直接繪制Sequence Diagram功能，也能通過逆向工程依選擇代碼段自動(dòng)生成圖形。
圖6 展現(xiàn)順序圖合并
如圖6所示，分組生命線（Lifeline Grouping）。在VSTS2010中，順序圖具有合并功能，可以通過Group功能把Lifeline合并起來，按“Ctrl”鍵選擇多個(gè)Lifeline后，右鍵單擊選“Collapse”，即可合并成LifelineGroup。例如，可以將兩個(gè)Class1合并起來，若要展開，右鍵單擊選“Expand”。
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VSTS 2010模型瀏覽器
在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐中，大多數(shù)情況下都是在已有代碼的基礎(chǔ)上構(gòu)建新的系統(tǒng)。在這種情況下，架構(gòu)師或者開發(fā)人員遇到的一個(gè)典型的問題是：沒有好的工具可以幫助他們很好的理解現(xiàn)有代碼的架構(gòu)，從而很難有效地在現(xiàn)有代碼的基礎(chǔ)上，添加新的功能以滿足新的需求。為了解決這個(gè)問題，VSTS 2010提供了新的兩個(gè)重要的建模工具：UML模型瀏覽器(UML Model Explorer)和架構(gòu)瀏覽器(Architecture Explorer)。新的模型瀏覽器可以讓架構(gòu)師為已有代碼創(chuàng)建完整的架構(gòu)圖，并且能夠理解原有系統(tǒng)的各個(gè)組件是怎樣協(xié)作在一起的。這將為架構(gòu)師決定如何設(shè)計(jì)、使用、復(fù)用或者是否放棄現(xiàn)有代碼，提供了非常有價(jià)值的參考信息。
UML模型瀏覽器(UML Model Explorer)
在VSTS 2010 Architecture和Ultimate版本中，新增加了一個(gè)新的工具窗（UML Model Explorer）來幫助用戶理解和使用所創(chuàng)建的UML模型。它是一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)的WPF組件，用來展示UML模型中的層次結(jié)構(gòu)。在這里，模型是指所創(chuàng)建Modeling Project（工程模板）中的內(nèi)容。通過這個(gè)工程模板可以創(chuàng)建模型工程，在模型工程中再創(chuàng)建UML圖。也就是說UML類圖、活動(dòng)圖、用例圖、組件圖，只能在模型工程中才能創(chuàng)建，并且可以按照模型架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與創(chuàng)建層次。
Modeling Project是模型數(shù)據(jù)、圖表文件和其他用戶想要存儲(chǔ)的資源（比如Excel、Word文檔）的容器。用戶可以在任何新建的或者已有的解決方案中添加該工程，在解決方案中同樣支持不同程序工程（C#、VB、Web等等）。模型工程Modeling Project同樣也支持版本控制。一般來說，UML Model Explorer中的根節(jié)點(diǎn)用來表示Modeling Project本身。如圖7所示。
圖7 模型工程創(chuàng)建
創(chuàng)建模型工程后，在Solution Explorer下有一個(gè)默認(rèn)創(chuàng)建的文件夾“ModelDefinition”下面的*.uml文件是建模工具自動(dòng)添加和維護(hù)，不需要用戶任何手工干預(yù)。它們存儲(chǔ)了UML圖內(nèi)部所對(duì)應(yīng)的模型關(guān)系定義，這是整個(gè)模型工程的核心。uml文件和模型中Package對(duì)象是一一對(duì)應(yīng)的，當(dāng)創(chuàng)建好一個(gè)新的模型工程后，會(huì)有一個(gè)默認(rèn)ModelDefinition.uml文件被創(chuàng)建，它對(duì)應(yīng)了整個(gè)模型的根Package，也就是“UML Model Explorer”窗口中的根節(jié)點(diǎn)。
架構(gòu)瀏覽器(Architecture Explorer)
在Visual Studio 2010中，提供了構(gòu)架瀏覽器(Architecture Explorer)工具來輔助廣大開發(fā)人員來分析和理解已有代碼或者編譯好的.Net Assembly。它能夠以Class View、Solution View和 File System的方式來瀏覽已有的系統(tǒng)代碼。Class View和Solution View支持對(duì)Visual C#和Visual Basic.Net工程的瀏覽，而File System -> Select Files方式則可以用來瀏覽任何基于.Net的編譯好的Assembly文件的內(nèi)容，類似Reflection反編譯工具的功能。如圖8所示。
圖8 架構(gòu)瀏覽器
另外，可以通過鼠標(biāo)拖拽的方式，直接把構(gòu)架瀏覽器中的內(nèi)容通過拖拽的方式添加到已有的依賴圖上。除了能瀏覽打開的工程之外，構(gòu)架瀏覽器還可以直接瀏覽編譯好的Assembly文件中的名字空間、類型等，只是不能雙擊導(dǎo)向到相應(yīng)的代碼，其它都與直接瀏覽工程差不多。如圖9所示。
圖10 架構(gòu)瀏覽器選擇類視圖生成依賴圖
規(guī)格瀏覽器（Spec Explorer）
Spec Explorer是微軟發(fā)布的一款與Visual Studio 2010緊密整合的基于模型測試的工具，也是一個(gè)Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境的插件。它已經(jīng)被大量用于微軟內(nèi)部技術(shù)團(tuán)隊(duì)的測試，并已在Windows協(xié)議測試工程（超過兩百工程師參與并協(xié)同工作）。Spec Explore與VS整合工作環(huán)境是基于模型的測試（Model-Based Testing，MBT）技術(shù)，它是一個(gè)輕量級(jí)的，形式化的驗(yàn)證軟件系統(tǒng)的方法，并可以對(duì)測試軟件系統(tǒng)（System Under Test，SUT）進(jìn)行形式化的建模，設(shè)計(jì)出機(jī)器可讀的模型；目前完全驗(yàn)證一致性的代價(jià)非常高，重量級(jí)的形式化方法往往難以被應(yīng)用到實(shí)際工程中，而基于模型的測試在這方面體現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)，并已被運(yùn)用到很多大型項(xiàng)目中。如圖11所示。
圖11 Spec Explore與VS整合基于模型測試
用戶可以通過Spec Explorer對(duì)一個(gè)軟件系統(tǒng)的期望行為進(jìn)行建模，并自動(dòng)生成能夠在Visual Studio的測試框架下運(yùn)行的測試代碼。模型可以用當(dāng)前主流的程序設(shè)計(jì)語言C#開發(fā)，然后通過Cord語言腳本對(duì)模型進(jìn)行配置和裁剪。
Spec Explorer工具可以自動(dòng)探索規(guī)格說明（Specification，Spec）的所有潛在行為，并將其行為模型表示為狀態(tài)機(jī)。一次探索的輸出有可能非常大，所以Spec Explorer提供了Cord語言對(duì)輸出進(jìn)行裁剪，并選出測試中真正關(guān)心的場景。并能夠高效的解決狀態(tài)爆炸的問題。
SpecExplorerVisual Studio 2010.msi插件可以在
http://msdn.microsoft.com/en-us/devlabs/ee692301.aspx下載。
開發(fā)設(shè)計(jì)模型
Visual Studio 2010 Ultimate的ALM涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計(jì)到測試階段的工具。其中，在架構(gòu)方面包括新的架構(gòu)檢視工具(Architecture Explorer)，增加對(duì)統(tǒng)一建模語言(UML)的支持，例如類圖、用例圖、活動(dòng)圖和時(shí)序圖等；以及架構(gòu)層圖(Architecture Layer Diagram)，以圖形化的方式描述系統(tǒng)架構(gòu)，從而使得項(xiàng)目中的技術(shù)人員或非技術(shù)人員都能以模型透過圖形化的方式進(jìn)行協(xié)作，以及定義企業(yè)與系統(tǒng)功能關(guān)系等。
VSTS 2010架構(gòu)功能組成，主要功能分為三部分：1）理解現(xiàn)有代碼；2）明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3）團(tuán)隊(duì)合作。如圖12所示。
圖12 VSTS2010架構(gòu)功能模型
新增Visual Studio 2010的Architecture功能，可供軟件架構(gòu)師和開發(fā)等人員使用模型圖可以幫助理解代碼和用戶需求，使軟件系統(tǒng)具有更好的質(zhì)量。例如，可以使用統(tǒng)一建模語言設(shè)計(jì)用戶需求的用例，活動(dòng)類和序列圖功能等，來描述和溝通用戶需求，從而增強(qiáng)ALM的周期管理控制。Architecture工具模板，如圖13所示。
圖13 Architecture工具模板
當(dāng)在系統(tǒng)需求確定之后，我們便進(jìn)入基于UML的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)（Object-Oriented Design，OOD）系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，在這個(gè)階段中，將通過以下UML圖來呈現(xiàn)Visual Studio 2010在設(shè)計(jì)階段的支持和應(yīng)用。
Visual Studio 2010的Architecture工具包括以下UML圖（參考圖9）：
◆活動(dòng)圖（Activity Diagram）：在參與者之間闡明業(yè)務(wù)用例實(shí)現(xiàn)的工作流程。
◆組件圖（Component Diagram）：組件圖的主要目的是顯示系統(tǒng)組件間結(jié)構(gòu)或接口的關(guān)系。
◆類圖（Class Diagram）：展示了系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，類和接口的關(guān)系。可以用于存儲(chǔ)和系統(tǒng)之間的關(guān)系交換數(shù)據(jù)類型。
◆順序圖（Sequence Diagram）：主要是顯示對(duì)象之間發(fā)送的消息的時(shí)間順序。
◆用例圖（Use Case Diagram）：描述角色和用例之間的關(guān)系，著重展示系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)的功能，用于在需求分析階段分析客戶需求。
此外，可以從已有代碼創(chuàng)建：層圖（Layer Diagram），代碼之間的不同部分依賴；類圖,
類型及其.NET關(guān)系代碼；順序圖，在方法調(diào)用.NET代碼順序。
UML 2.1.2規(guī)范定義了13種圖，Visual Studio 2010支持其中最常用的5種圖（類圖、用例圖、活動(dòng)圖、組件圖和順序圖）。它們的底層的Meta模型是完全符合UML2.1.2規(guī)范定義的模型關(guān)系。
作者簡介
高陽，微軟MVP，51CTO駐站專家。連續(xù)兩屆微軟全球最有價(jià)值專家，微軟(北京).NET俱樂部講師。上海復(fù)旦大學(xué)軟件工程碩士，北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士。
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