Ohjelmistoarkkitehtuurit kevät

Transkriptio

1 Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät Johannes Koskinen 5. Suunnittelumallit Suunnittelumallin käsite Suunnittelumallien hyötyjä Suunnittelumallien kuvaaminen Esimerkki: Rekursiokooste Antisuunnittelumallit Suunnittelumallit ja UML Mallikielet Suunnittelumallit eivät ole... Yhteenveto Suunnittelumallin käsite: tausta Cristopher Alexander et al.: A Pattern Language, 1977 Cristopher Alexander: The Timeless Way of Building, 1979 Maailma koostuu toistuvista tiettyjen mallien ilmentymistä Esimerkki: Jokainen maanviljelijä osaa rakentaa ladon - miksi? Malli (pattern) on yleistä suunnitteluosaamista, joka olisi saatettava kaikkien tarvitsijoiden ulottuville Alexander: mallien käyttö johtaa hyvään laatuun Paljon käytetty eri muodoissa insinöörialoilla Erityisen hyödyllinen ajatus ohjelmistotekniikassa 3 1

2 Esimerkki: Ikkunat ja ovet hirsitalossa hirret painuvat kasaan Ongelma: ikkunat ja ovet ovat kiinteitä, vaikka hirsiseinä liikkuu ja painuu kasaan. Ratkaisu: ikkunoiden ja ovien karmeja ei kiinnitetä suoraan seinään, vaan "karaan", joka liikkuu vapaasti hirsiin tehdyssä urassa. 4 Tukikaari (Flying buttress) 5 Mikä on suunnittelumalli? Suunnittelumalli Yleinen ratkaisu usein esiintyvään ohjelmistojen arkkitehtuuri- tai suunnitteluongelmaan tietyssä yhteydessä. 6 2

3 Selitystä Yleinen ratkaisu... ei liity tiettyyn kieleen tai teknologiaan, kuvataan yleisellä tavalla... usein esiintyvään... täytyy olla käytännön validoima (esim. GoF: 3 esimerkkiä)... arkkitehtuuri- tai suunnitteluongelmaan... sovelletaan ohjelmistotekniikassa arkkitehtuurin ja yksityiskohtaisen suunnittelun tasolla... tietyssä yhteydessä. ongelma esiintyy yhteydessä, josta seuraa erilaisia vaatimuksia ja voimia 7 Suunnittelumallien hyötyjä Suunnittelumallit... tuovat piilossa olevaa suunnittelutietämystä kaikkien saataville; auttavat järjestelmän dokumentoinnissa; antavat uuden korkeamman tason toteutusvälineen; toimivat arkkitehtuurin rakennuspalikoina; antavat suunnittelijoille yhteisen sanaston. 8 Suunnittelumallin kuvaus Keskeiset osat: Nimi Konteksti Ongelma Ratkaisu Seuraukset Kuvaava ytimekäs nimi, tulee osaksi yhteistä sanastoa Lähtötilanne Ongelman ja siihen vaikuttavien tekijöiden kuvaus, oletukset, esimerkki Luokkien ja olioiden organisointi ongelman ratkaisemiseksi (esim. käyttäen UML:ää) Lopputilanne, ratkaisun edut ja haitat 9 3

4 GoF:in kuvausformaatti "Gang of Four kirja, GoF: Gamma E., Helm R., Johnson R., Vlissides J.: Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley Name (and category) Intent Also known as Motivation Applicability Structure Participants Collaborations Consequences Implementation Sample code Known uses Related patterns 10 Esimerkki suunnittelumallista: Rekursiokooste Ongelma: Olioita käyttävä komponentti tee joku operaatio lehtiolioille 11 Rekursiokooste (Composite) suunnittelumalli Nimi: Rekursiokooste Konteksti: Hierarkkinen oliokokoelma, jonka (lehti)olioille halutaan tehdä jokin operaatio. Ongelma: Kuinka hallita hierarkkisesti järjestettyä oliokokoelmaa niin, että kokoelman käyttäjän ei tarvitse tuntea rakenteen organisointitapaa? Ratkaisu: Käyttäjä Item operation() * children Leaf operation() Composite operation() For all children c: c.operation() 12 4

5 Rekursiokooste (jatkuu) Seuraukset: Hierarkiarakenne ei näy käyttäjän koodissa Käyttäjän koodi yksinkertaistuu Rakenteeseen on helppo lisätä uusia kooste- ja lehtiluokkia (ei näy käyttäjälle) Pieni tehokkuusrasite kutsun siirtämisen takia 13 Esimerkki soveltamisesta SourceManager <<interface>> Source * children File Folder add(source) For all children c: c.; Delete folder 14 Kysyttävää? 15 5

6 Antisuunnittelumallit Ongelma Suunnittelumalli Hyvä ratkaisu Seuraukset Antisuunnittelumalli Huono ratkaisu Oireet Muokkaus Antisuunnittelumalli = huono ratkaisu + hyvä ratkaisu Suunnittelumalli = ongelma + ratkaisu Brown W.J. et al.: Antipatterns - Refactoring Software, Architectures, and Projects in Crisis. Wiley Dokumentoituja antisuunnittelumalleja The Blob Lava flow Golden Hammer Spaghetti Code Cut-and-Paste Programming Antisuunnittelumallien oireita Huono ylläpidettävyys Huono uudelleenkäytettävyys Huono laajennettavuus Vaikeasti ymmärrettävä Tehottomuus 18 6

7 Mitä huonoja ratkaisutapoja olet tunnistanut oliojärjestelmissä? 19 Suunnittelumallit ja UML: Kollaboraatiosymboli Item Composite SourceManager Source Leaf * children Composite File Folder add(source) For all children c: c.; Delete folder 20 Suunnittelumallit ja UML: Esimerkki EventSource StateMachine 1 * * register(statemachine) run(state) informs handle(event) Singleton State Observer 1 Event source(): Object current.exit(); current = current.transit(e); current.entry(); uses 0..1 current State transit(event): State entry() exit() Event1 source(): Object Event2 source(): Object StateA transit(event): State entry() exit() StateB transit(event): State entry() exit() 21 7

8 Suunnittelumallit ja UML: Stereotyypit SourceManager <<Composite_Item>> Source * children <<Composite_Leaf>> File <<Composite_Composite>> Folder add(source) For all children c: c.; Delete folder 22 Kysyttävää? 23 Mallikielet Suunnittelumallikieli: Systemaattisesti organisoitu kokoelma suunnittelumalleja, jotka kattavat jonkin ongelma-alueen keskeiset ratkaisut. Systemaattisesti organisoitu: mallit liittyvät toisiinsa joillakin suhteilla (esim. hierarkkinen, verkko), jotka auttavat valitsemaan sopivat mallit sopivassa järjestyksessä. => Kieltä voidaan soveltaa kokonaisuutena, ideaalisti se generoi järjestelmän arkkitehtuurin 24 8

9 Mallikielen organisointitapoja Hierarkkinen rakenne: Käytä ensin mallia A, sen jälkeen mallia B tai C osaongelmien ratkaisuun, jos käytät B:tä, käytä sen jälkeen mallia D tai E jne. Mallit koskevat ko. kohteen pienempiä ja pienempiä osia. Alexanderin mallikieli Malli D Malli B Malli A Malli E Malli C 25 Mallikielen organisointitapoja Verkkorakenne: Malli A Malli E Jos olet käyttänyt mallia C, on mahdollista, että mallit A ja D ja E saattaisivat auttaa jonkin C:stä seuraavan ongelman ratkaisussa. Mallin C soveltaminen luo kontekstin Malleille A, D ja E. Malli B Malli D Malli C 26 Esimerkki: Mallikieli koneenohjausjärjestelmille 27 9

10 Mallikielen organisointitapoja Yleistysrakenne: Malli A on abstrakti kuvaus ratkaisusta, joka voidaan tarkemmin toteuttaa tavalla B tai tavalla C. Malli A Malli B Malli C 28 Mallikielen organisointitapoja Implisiittinen rakenne: Malli A pre post Kullekin mallille annetaan esija jälkikonteksti: missä tilanteessa mallia voidaan soveltaa, ja mihin tilanteeseen malli jättää arkkitehtuurin. Jos mallin A jälkikonteksti vastaa mallin B esikontekstia, voi B:tä soveltaa A:n jälkeen = pre Malli B post 29 Mallikielen organisointitapoja Sovellusalueen mukainen rakenne, esimerkiksi domain-malliin perustuen Helpottaa kysymystä: mitä mallia voisi tietyssä tilanteessa soveltaa? Antaa viitteitä puuttuvista malleista 30 10

11 Suunnittelumallit eivät ole yleinen lääke ohjelmiston laadun parantamiseen; ongelmattomia: arkkitehtuurin monimutkaistuminen mahdollinen ongelman yliratkaisu tehokkuushäviö: runsaasti dynaamista sidontaa ja kutsun siirtämistä olion identiteetti hämärtyy: olioskitsofrenia tarvitsevat hyvän dokumentoinnin järjestelmässä 31 Yhteenvetoa Suunnittelumallit antavat hyväksi havaittuja ratkaisuja yleisiin suunnitteluongelmiin Käytä suunnittelumallia vasta kun ongelma on selvästi ymmärretty Suunnittelumallit ovat kokemusperäistä tietoa, eivät innovaatioita Antisuunnittelumallit auttavat tunnistamaan ongelmakohtia Suunnittelumallit organisoidaan mallikieleksi käytön helpottamiseksi 32 Kysyttävää? 33 11