Ohjelmistoarkkitehtuurit Komponentit Kevät 2016

Transkriptio

1 Ohjelmistoarkkitehtuurit Komponentit Kevät 2016 Samuel Lahtinen 1

2 Komponentit ja rajapinnat Komponenttien idea: ohjelmistotuotannon rationalisointi Mikä on ohjelmistokomponentti? Komponentit ohjelmistoyksikköinä Rajapinnat Komponenttien räätälöinti Yhteenvetoa 2

3 Komponenttien idea: ohjelmistotuotannon rationalisointi Tuotteiden rakentaminen komponenteista tuotteista tulee luotettavampia tuotteita on nopeampi rakentaa rakentajia on helpompi kouluttaa komponenttimarkkinat ja kilpailu alentavat hintoja Sovelletaan lähes kaikilla tekniikan aloilla 3

4 Harjoitus: Anna 5 ominaisuutta, jotka ovat hyvällä ohjelmistokomponentilla 4

5 Komponenttien ominaisuuksia, Hyvät/huonot 5

6 Sovellusten koostaminen komponenteista Visio: sovellus kootaan olemassa olevista komponenteista, parametrisointi ja yhteyksien määrittäminen Työkaluja: skriptit, XML, visuaaliset koostamistyökalut 6

7 Unity 3D 7

8 Jotain muuta 8

9 Metson työkalu prosessiautomaatioon Mika Karaila 9

10 3.2 Mikä on ohjelmistokomponentti? Komponentti = itsenäinen ohjelmistoyksikkö, joka tarjoaa palveluja hyvin määritellyn rajapinnan kautta Szyperski: A software component is a unit of composition with contractually specified interfaces and explicit context dependencies only. A software component can be deployed independently and is subject to composition by third parties. 10

11 Komponenttien ominaisuuksia Itsenäisyyden aste Komponentit Komponentti yleensä olettavat jonkin infrastruktuurin/ajoaikaisen tuen voi olettaa tietyn palveluympäristön (vaaditut rajapinnat) Käyttöönottotapa Voidaan Koko Vaihtelee ottaa käyttöön kehitysaikana, linkitysaikana, käynnistysaikana tai käytön aikana (lähdekoodisena tai binäärisenä) oliosta alijärjestelmään Standardointi Rajapintojen standardointi sovellusalueella, infrastruktuurin standardointi Teknologia-spesifit ominaisuudet Esimerkiksi reflektio-ominaisuudet, metadata 11

12 Komponenttien käyttöön liittyviä haasteita Kuinka toteutan komponentin? Kuinka kuvaan komponentin rajapinnan? Miten varmentaa, että komponentti vastaa rajapintaansa, pitää lupauksensa? Miten yhdistellä komponentteja, muodostaa isompia kokonaisuuksia? Komponentien yhdistämisen ja ongelmat Tyyppiyhteensopivuus, parametrit Toiminnallisuus Rinnakkaisuus, ajoitukset Resurssien käyttö turvallisuus Miten ylläpitää komponenteista muodostuvaa järjestelmää? Jne. 12

13 x.3 Komponentit ohjelmistoyksikköinä Arkkitehtuurin perusyksikkö: Toiminnallisuuden yksikkö mikä osa vastaa tietystä toiminnallisuudesta? Uudelleenkäytön yksikkö mikä osat ovat yhteisiä eri tuotteissa? Tuotekonfiguraation yksikkö mitä osia kuuluu tuotteeseen? Käyttöönoton yksikkö mitkä osat voidaan ottaa erikseen käyttöön? Muuntelun yksikkö mitkä osat voidaan vaihtaa toisiksi? Ulkopuolisen kehityksen yksikkö mitkä osat voidaan saada muualta? Työnjaon yksikkö mitkä osat tuotetaan tietyillä henkilöillä/yksiköillä? 13

14 Komponenttipohjaisia järjestelmiä Firefox, pluginit ja add-onit komponentteina Tarkkaan määritelty rajapinta plugin Firefox välillä (ei tarvitse tietoa Firefoxin sisäisestä toteutuksesta) Erittely komponenttien välillä, periaateessa bugaava plugin ei kaada muuta Firefoxia tai muita plugineita Linux ja ajurit jne. ajurit vs. käyttöjärjestelmän ydin Väyläpohjaiset sulautetut järjestelmät Esimerkki, autot 14

15 Komponenttien käyttöesimerkki Scintilla ( ) Tekstiedistorikomponentti, erityisesti lähdekoodin muokkaamiseen soveltuva Ilmainen, vapaa Geany, Komodo, Notepad++, Notepad2, Programmers Notepad, MySQLWorkbench Wrappers:.NET, Qt, wxwidgets Dokumentaatioesimerkkiä: 15

16 Rajapinnat Komponentti/rajapinta-käsitteen kehittyminen olioparadigmaan Aliohjelmat: toiminnan abstrahointi Moduulit: tiedon piilotus Luokat: laajennettavat moduulit Abstraktit luokat: luokat ilman toteutusta Moniperiytyminen: useita abstraktioita samalle toteutukselle Komponentit: erilliset rajapinnat 16

17 Aliohjelmat: toiminnan abstrahointi A B C kutsu kutsu kutsu aliohjelmakirjasto Palvelun kutsumuoto (signature) Palvelun toteutus 17

18 Moduulit: tiedon piilotus rajapinta kutsu M tietorakenteet A B C Esim. Ada 18

19 Luokat: laajennettavat moduulit M2 T1 M2 D T2 M1 A B C T1 A B C D T2 E F M2 sisältää myös M1-osan: E F 19

20 Abstraktit yliluokat: luokat ilman toteutusta M1 M2 T2 M2 D T2 Ei toteutusta D E F E F 20

21 Moniperiytyminen: useita abstraktiota samalle toteutukselle M0 M1 Ei toteutusta M2 T2 Ei toteutusta D E F 21

22 Komponentit: erilliset rajapinnat M1 M2 T2 D E F 22

23 Rajapinnat itsenäisinä ohjelmayksikköinä Komponentti A Komponentti B Rajapinta 1 Rajapinta 2 Rajapinta 3 Rajapinta 4 23

24 Kysyttävää?

25 Komponentit ja UML <<component>> stereotyypin käyttö Komponenttisymboolin käyttö Komponentti ennen UML 2:ta, edelleen ok 25

26 Tarjotut ja vaaditut rajapinnat Komponentti voi olla kahdessa eri suhteessa rajapintaan: Komponentin tarjottu rajapinta Komponentti tarjoaa rajapinnan mukaiset palvelut Komponentin vaadittu rajapinta Komponentti tarvitsee rajapinnan mukaiset palvelut 26

27 Tarjotut ja vaaditut rajapinnat UML 2.x:ssa PowerSource tarjottu rajapinta Car Engine PowerSource vaadittu rajapinta 27

28 Toteutus Javalla interface PowerSource { void start(); int temperature(); void stop(); } class Engine implements PowerSource... {... public void start() {...} public int temperature() {...} public void stop() {...} } class Car... {... private PowerSource eng;... public void seteng(powersource e) { eng = e; } public void run() {... eng.start();... eng.stop();... } } 28

29 Portit UML 2.x:ssa Vuorovaikutuksen mahdollistava kontaktipiste komponentin ja sen ympäristön välillä PowerSource PowerSource Portti Engine host Engine Warnings Warnings 29

30 Portit UML 2.x:ssa Portti kuvaa komponentin vuorovaikutusta ulkomaailmaan. Porteilla voi olla lukumääräsuhteita ja nimi (kertoo, että kullakin komponentin instanssilla voi olla lukumääräsuhteen osoittama määrä portteja, vuorovaikutuspisteitä ja sitä kautta esim. tarjottuja rajapinnan toteuttajia) request Portti Rajapinnat, joko jokainen omanaan tai luettelona port_name [multiplicities] response Server 30

31 Komponenttikaavioista Komponentin sisäisen toteutuksen kuvaaminen, komponentteja komponentissa (voidaan kuvata riippuvuuksien avulla kutsurakennettakin). 31

32 Rajapintojen sopimussuunnittelupohjainen määrittely esiehto(tuloehto): täytyy päteä kun palvelua kutsutaan palvelun rajapinta design-by-contract Palvelun pyytäjä Palvelun tarjoaja Esi- ja jälkiehdot (Tulo- ja jättöehdot) määrittelevät palvelun merkityksen sallivat osapuolten vaihtamisen, kunhan esi- ja jälkiehdot pysyvät voimassa määräävät tarkistusvastuun osapuolten välillä palvelun tarjoaja joko täyttää sopimuksen tai aiheuttaa poikkeuksen Jälkiehto(jättöehto): täytyy päteä kun palvelu on suoritettu, olettaen että esiehdot olivat voimassa kun palvelu aloitettiin 32

33 Periytyminen & esi- ja jälkiehdot pre' pre post post' A public oper(...) pre post pre' pre post' post B pre' post public oper(...) pre' post' pre pre' pre post' post post' C D Mikä on oikea vaihtoehto (A,B,C,D,F)? Aliluokan esi- ja jälkiehtojen pitää olla identtiset kantaluokan kanssa 33 F

34 Esimerkki Oletetaan, että teet sopimuksen verhoilijan kanssa: sinä toimitat kankaan, tuolin, maksun ja viinapullon, ja verhoilija toimittaa kuukauden kuluessa verhoillun tuolin tietyin laatukriteerein. Verhoilija sairastuu ja hän ehdottaa että työn tekee toinen verhoilija. Tällä on kuitenkin erilaiset toimintatavat. Millaisia voivat olla uuden verhoilijan toimintatavat, jotta verhoilijan vaihto olisi sinulle merkityksetön? 34

35 Esimerkki (jatkuu) Esimerkiksi: Onko ok, että uusi verhoilija haluaa tuolin, kankaan ja maksun, ja toimittaa verhoillun tuolin viikon sisään? Onko ok, että uusi verhoilija haluaa tuolin, kankaan, maksun,viinapullon ja lipun Tapparan matsiin, ja toimittaa verhoillun tuolin kahden kuukauden kuluttua? 35

36 Esi- ja jälkiehdoista Mikä SOLID:in periaate liittyy erikoistamiseen ja esi- & jälkiehtoihin? Jälkiehdoissa mukana muiden komponenttien palveluiden käyttö. Eitoiminnalliset vaatimukset, kuten suoritusaika tärkeitä, jos komponentteja aiotaan erikoistaa. Esiehto: ei saa vaatia enempää kuin kanta, periytetyn luokan esiehto ei saa olla tiukempi kuin kantaluokan Jälkiehto: pitää luvata ainakin se mitä kantaluokka. Periytetyn luokan jälkiehdon pitää sisältää myös kantaluokan jälkiehto (saa olla "tiukempi") Luokkainvarianttien kanssa aliluokan tulisi tarkistaa vastaavat asiat kuin kantaluokan ja tarvittaessa omat lisämääritykset ( esiehtojen löyhentämien ei saa vaarantaa luokkainvarianttia) Klassikko-julkaisu sopimussuunnittelusta: 36

37 Kysyttävää?

38 3.6 Komponenttien räätälöinti komponentin (alku)tilan muuttaminen vaadittujen rajapintojen toteutuksen antaminen tai muuttaminen aliluokittaminen 38

39 Komponentin alkutilan muuttaminen Client :Comp ServicesI setproperty(...) Comp create setproperty(...) use Komponentin käyttäjä asettaa komponentin alkutilan käyttötilanteen mukaiseksi ennen käyttöä (myös komponenttipohjaiset editorit ja arvojen asetus, esim. käyttöliittymä) 39

40 Vaadittujen rajapintojen toteutuksen antaminen tai muuttaminen (dependency injection) ActionListener Button AppLogic ActionListener XLogic Komponentin käyttämä palvelu vaihdetaan toiseksi kehitys- tai ajoaikana (staattisesti tai dynaamisesti) 40

41 Operaatiokohtainen räätälöinti display Button display brd.borderdrawing( ); CompanyBorder BorderStrategy borderdrawing borderdrawing koskee yksittäistä toimintoa voidaan vaihtaa ajoaikana (jos haluttu toteutus on olemassa) 41

42 Strategia (Strategy) suunnittelumalli Host str.part( ); operation operation part() StrategyA StrategyInterface part() 42

43 Aliluokittaminen Button Komponenttiluokka erikoistetaan aliluokittamalla sovelluksen tarpeiden mukaisesti (staattinen räätälöinti) CompanyButton 43

44 Särkyvän yliluokan ongelma Kirjasto komponentti Comp Viaton" muutos alkuperäiseen komponenttiin voi tehdä räätälöidystä komponentista toimimattoman Räätälöity komponentti Custom Fragile base class problem 44

45 Esimerkki (1) <<interface>> Container addelement(object) addcontainer(container) List addcontainer: {...addelement(...);... } <<interface>> CountedContainer getcount() CountedList addelement: { super.addelement(...); counter++; } 45

46 Esimerkki (2) <<interface>> Container addelement(object) addcontainer(container) List addelement:iä ei enää kutsuta! addcontainer: {...} <<interface>> CountedContainer getcount() CountedList addelement: { super.addelement(...); counter++; } 46

47 Haittoja Särkyvän yliluokan ongelma: komponentin periyttäminen voi olla riskialtista Lisensointiongelmat (Open Source-lisenssit vs. kaupalliset) Rajapinnan muuttuminen voi rikkoa rajapintaa käyttävät komponentit Muutoksia komponentteihin vaikea saada, vaikkei rajapintaa muutettaisikaan Järjestelmän muuttaminen ei ole ketterää 47

48 Yhteenvetoa Komponentit ovat arkkitehtuurin perusyksiköitä, jotka liitetään toisiinsa tarjottujen ja vaadittujen rajapintojen kautta Rajapintojen tulisi määritellä paitsi kutsumuoto myös sopimus rajapinnan käytöstä (tulo- ja jättöehdot) Komponentteja voidaan räätälöidä sen alkutilaa muuttamalla, vaihtamalla sen vaadittuihin rajapintoihin liittyviä muita komponentteja tai periyttämällä siitä erikoistettu komponentti 48

49 Kysyttävää?