Eclipse Modeling Framework (EMF),简单的说,就是Eclipse提供的一套建模框架,可以用EMF建立自己的UML模型,设计模型的XML格式或编写模型的java代码。EMF提供了一套方便的机制,实现了功能的相互转换,大大提高了效率,下面是其具体功能介绍:
一、统一java、UML、XML
为了帮助理解EMF,我们可以举一个例子。假设老板要你写需要写一个程序,来管理供应商的采购清单,采购清单需要维护三大项:付款方(bill to)、运送地址(ship to)和购买货物集合(集合中包含名字name、数量quantity、价格price)。你回答说:没问题。然后就开始设计采购系统的java接口:
1 public interface PurchaseOrder 2 { 3 String getShipTo(); 4 void setShipTo(String value); 5 String getBillTo(); 6 void setBillTo(String value); 7 List getItems(); // List of Item 8 }
9 public interface Item 10 { 11 String getProductName(); 12 void setProductName(String value); 13 int getQuantity(); 14 void setQuantity(int value); 15 float getPrice(); 16 void setPrice(float value); 17 }
然后就准备开始实现自己的接口,忽然老板问了一句,“你不要先建立自己的模型吗”,对于大多数从来不建模的java程序员,你认为代码就是模型,用那些形式化建模元素建立模型除了能在文档中增加篇幅外,没有任何好处,但即使如此,你仍然要听老板的话,所以你建立了如图1所示的UML模型。
图1 采购系统的UML模型
这里,你可以要求老板走开,然后编码实现了,但首先你还得保存模型,这里我们你想到了用XML文件保存,自诩聪明之时,写好了如下的XML schema文件:
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> 2 <xsd:schema xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" 3 xmlns:po="http://www.example.com/SimplePO" 4 targetNamespace="http://www.example.com/SimplePO"> 5 <xsd:complexType name="PurchaseOrder"> 6 <xsd:sequence> 7 <xsd:element name="shipTo" type="xsd:string"/> 8 <xsd:element name="billTo" type="xsd:string"/> 9 <xsd:element name="items" type="po:Item" 10 minOccurs="0" maxOccurs="unbounded"/> 11 </xsd:sequence> 12 </xsd:complexType> 13 <xsd:complexType name="Item"> 14 <xsd:sequence> 15 <xsd:element name="productName" type="xsd:string"/> 16 <xsd:element name="quantity" type="xsd:int"/> 17 <xsd:element name="price" type="xsd:float"/> 18 </xsd:sequence> 19 </xsd:complexType> 20 </xsd:schema>
在下一步工作之前,你突然意识到现在已经有三种系统表示:Java interfaces、UML模型和 XML Schema,你开始思考,同一个系统设计了三种模型(暂且认为XML和接口也是模型),进行了大量重复的工作,有没有一种方法,只设计其中的一种模型,然后实现三者之间的相互转换?
此时,EMF出现了,EMF是一个建模框架,能够实现java代码的生成,即它统一了三种重要的技术:Java, XML 和 UML。如图2所示。
图2 EMF 统一了UML、XML、java
假设你要操作一个XML文档,如果你是XML schema大牛,你可以从设计schema开始,然后通过EMF得到UML模型,再通过EMF得到java代码,当然如果你不是,可以从设计UML模型开始,一样可以完成上述功能。
二、建模 vs 编程
这里有的人可能会问:难道EMF只是一个描述模型和生成其它东西的框架吗?回答是的,但不全面,EMF的功能远不止此,它能有效地为编程服务,这也是一个经典问题的答案:“我是应该先建模还是直接写代码?”,EMF的回答是两者都可以,因此在EMF看来,两者是等价的。用英语回答就是:"To model or to program, that is not the question."
三、定义模型
上面我们用三种形式描述了我们的概念模型,那么这三者有没有共同的模型概念,方便它们之间的转换呢(模型转换的知识在此暂时省略)?我们再回顾下前面的三种模型:
- PurchaseOrder and Item 在UML和java中是类,但在XML schema中是复杂类型定义;
- shipTo, billTo, productName, quantity 和 price在UML中是属性,在java中是get()/set()方法对,在XML schema中是内嵌的元素类型;
- items在UML是类的关联或引用,在java中是get()方法,在XML schema中是另一种复杂类型的内嵌元素类型。
可以看到这三者都用到了一种较高层的定义来分别表达UML、XML、java。因此,要实现EMF和模型之间的转换,我们需要这种能够描述EMF模型的模型,我们称为元模型。
1、Ecore (Meta)模型
能够描述EMF的模型称为Ecore元模型(位于MOF的M2层,关于MOF可以参考http://en.wikipedia.org/wiki/Meta-Object_Facility),它本身也是EMF模型,因此Ecore是它自己的元模型。如果再深入一点,Ecore的元模型又是什么呢?回答仍然是Ecore,因为它可以描述自身。Ecore只是OMG的MOF在Eclipse下的一种实现,可能还有其它元模型形式(可以参考http://wenku.baidu.com/view/d28de6717fd5360cba1adb28.html第二段),这里就不详细介绍了。图3给出了一个简化的Ecore元模型,说它是简化的,是因为它只是Ecore元模型的子集,而且为了方便,将某些公共类省略,如ENamedElement类(这个类定义了类中属性的名字)。
图3 简化的Ecore元模型
从图2中可以看到,我们需要四种Ecore类来描述我们的模型,它们是:
- EClass 用于表示模型中的类,它有一个name,0个或多个attributes,0个或多个references。
- EAttribute 用于表示模型中的attribute,它有一个name和一个type。
- EReference 用于表示两个类之间的关联,它有一个name,一个布尔值表示它是否是containment,还有一个引用类型(其它类)。
- EDataType 用于表示attribute的类型,它可以是基本类型,例如int 、 float 或对象类型 java.util.Date等.
我们还可以观察到,Ecore元模型这么类似于UML中的类图,这不足为怪,因为UML本来就是一种统一的建模语言(名符其实),倒是有另一点可能不明白?即然Ecore也是UML,为什么不用UML作为UML的元模型呢?答案很简单,因为Ecore只是UML的子集,没有必要用到除类图以外的其它UML元素。
有了Ecore元模型,我们就可以用我们的例子实例化Ecore元模型,图4是采购系统的Ecore实例(如果对此不理解,可以参考http://www.cnblogs.com/riky/archive/2007/04/07/704298.html)。
图4 采购系统的Ecore实例
2、XMI序列格式
有了Ecore元模型后,可能有人会问:“Ecore的序列化格式(Serialized form)是什么呢?”是Java code、XML Schema 和 UML diagram中的一种吗?实际上,Ecore的规范序列化格式是XMI(XML Metadata Interchange),为什么会出现另外一种XMI格式,而不用前面介绍的三种格式呢?首先,Java code、XML Schema 和 UML diagram都增加了Ecore本身并不具有的信息,已经改变了Ecore;其次,Java code、XML Schema 和 UML diagram中没有一种能够适用于任何场合,即没有一种是通用的,而XMI正好满足这两点。我们的采购系统Ecore实例可以用下面的XMI序列表示:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <ecore:EPackage xmi:version="2.0" xmlns:xmi="http://www.omg.org/XMI" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ecore="http://www.eclipse.org/emf/2002/Ecore" name="po" nsURI="http://www.example.com/SimplePO" nsPrefix="po"> <eClassifiers xsi:type="ecore:EClass" name="PurchaseOrder"> <eStructuralFeatures xsi:type="ecore:EAttribute" name="shipTo" eType="ecore:EDataType http://www.eclipse.org/emf/2002/Ecore#//EString"/> <eStructuralFeatures xsi:type="ecore:EAttribute" name="billTo" eType="ecore:EDataType http://www.eclipse.org/emf/2002/Ecore#//EString"/> <eStructuralFeatures xsi:type="ecore:EReference" name="items" upperBound="-1" eType="#//Item" containment="true"/> </eClassifiers> <eClassifiers xsi:type="ecore:EClass" name="Item"> <eStructuralFeatures xsi:type="ecore:EAttribute" name="productName" eType="ecore:EDataType
http://www.eclipse.org/emf/2002/Ecore#//EString"/> <eStructuralFeatures xsi:type="ecore:EAttribute" name="quantity" eType="ecore:EDataType http://www.eclipse.org/emf/2002/Ecore#//EInt"/> <eStructuralFeatures xsi:type="ecore:EAttribute" name="price" eType="ecore:EDataType http://www.eclipse.org/emf/2002/Ecore#//EFloat"/> </eClassifiers> </ecore:EPackage>
当我们听到别人要导出EMF模型时,实际上就是导出EMF的XMI。
3、java注释
我们已经知道EMF能够将java接口自动生成UML的属性和方法,但是否所有的接口都能生成呢?或者什么样的接口才能生成呢?首先,EMF并不会盲目地把所有的java接口自动生成UML的属性和方法,其次,只有符合特定规范才能通过EMF生成(EMF使用的是JavaBeans简单属性祖先命名模式的子集,具体规范可参考http://java.sun.com/products/javabeans/docs/spec.html)。根据此规范,需要用@model标明哪些接口需要用EMF生成模型。例如前面给的PurchaseOrder接口就需要用下面的格式来生成UML:
/** * @model */ public interface PurchaseOrder { /** * @model */ String getShipTo(); /** * @model */ String getBillTo(); /** * @model type="Item" containment="true" */ List getItems(); }
4、Ecore "Big Picture"
我们先来回顾前面的知识:
- Ecore和它的XMI序列化格式是EMF的核心;
- EMF模型至少可以通过三种形式得到(UML、XML schema、Java 接口);
- 通过Ecore模型可以生成Java接口及其它形式的模型;
其实,通过XML schema定义模型有一个优势:给定schema后,可以序列化成持久模型的实例。因为XML schema不仅仅定义了模型,还指定了模型实例的持久格式。问题出来了:是否还有其它的持久模型格式呢?回答是肯定的,例如relational database (RDB) Schema等。Ecore的"big picture"如图5所示。
图5 Ecore及其源格式
四、生成代码
EMF最主要的功能莫过于其自动代码生成能力了,能够极大提高工作效率。假设我们已经有了上面的模型,生成转换成Java代码呢?你只要新建EMF项目,它即自动加载了生成器。那么,EMF生成是的是什么样的代码呢?
首先,Ecore类(即EClass)相当于java的两个实体:接口及其实现类。例如对于EClass PurchaseOrder相当于java的:
public interface PurchaseOrder ... public class PurchaseOrderImpl extends ... implements PurchaseOrder {
是这种设计方式,是因为我们认为这是类模型API(如文档对象模型DOM)的最好模式。
其次,每个生成的接口都直接或间接扩展了基接口EObject,如:
public interface PurchaseOrder extends EObject {
EObject是java.lang.Object的EMF等价物,即所有模型对象的基础。扩展的EObject包含下面三种行为:
- eClass()返回对象的元对象(是一个EClass)。
- eContainer() and eResource() 分别返回对象的包含对象及其资源。
- eGet(), eSet(), eIsSet(), and eUnset() 提供了访问交互对象的API。
然后,EObject还是另一个接口的扩展:
public interface EObject extends Notifier {
最后,根据类型及用户设定的属性生成代码。例如:
public String getShipTo() { return shipTo; }
对于相应的set()会有点不同,它会对其它可能对此属性状态改变的观察者发出通知,如:
public void setShipTo(String newShipTo) { String oldShipTo = shipTo; shipTo = newShipTo; if (eNotificationRequired()) eNotify(new ENotificationImpl(this, Notification.SET, POPackage.PURCHASE_ORDER__SHIP_TO, oldShipTo, shipTo)); }
注意到当没有观察者时,为了避免调用eNotify()花费的高昂代价,EMF会添加一个eNotificationRequired()守卫条件。
五、总结
本篇由浅入深的介绍了EMF的相关知识,由于篇幅原因,不可能将全部的EMF知识都写在这里,感兴趣的读者可以通过参考书籍了解其它内容。
六、参考资料
1. Steinberg, D., Budinsky, F., Paternostro, M., Merks, E.: Eclipse Modeling Framework, 2nd Edition. Pearson Education (2008)
转自:http://www.cnblogs.com/jpcflyer/archive/2012/05/29/2517678.html