Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät 2012-2013 Johannes Koskinen http://www.cs.tut.fi/~ohar/ 1
3. Komponentit ja rajapinnat 3.1 Komponenttien idea: ohjelmistotuotannon rationalisointi 3.2 Mikä on ohjelmistokomponentti? 3.3 Komponentit ohjelmistoyksikköinä 3.4 Rajapinnat 3.6 Komponenttien räätälöinti 3.7 Yhteenvetoa 2
3.1 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
Harjoitus: Anna 5 ominaisuutta, jotka ovat hyvällä ohjelmistokomponentilla 4
Sovellusten koostaminen komponenteista Visio: sovellus kootaan olemassaolevista komponenteista Työkaluja: skriptit, XML, visuaaliset koostamistyökalut 5
Esimerkki: BeanBox (Sun) 6
Metson työkalu prosessiautomaatioon Mika Karaila 7
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. 8
Komponenttien ominaisuuksia Itsenäisyyden aste Komponentit yleensä olettavat jonkin infrastruktuurin/ajoaikaisen tuen Komponentti voi olettaa tietyn palveluympäristön (vaaditut rajapinnat) Käyttöönottotapa Koko Voidaan ottaa käyttöön kehitysaikana, linkitysaikana, käynnistysaikana tai käytön aikana (lähdekoodisena tai binäärisenä) Vaihtelee oliosta alijärjestelmään Standardointi Rajapintojen standardointi sovellusalueella, infrastruktuurin standardointi Teknologia-spesifit ominaisuudet Esimerkiksi reflektio-ominaisuudet, metadata 9
3.3 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? 10
3.4 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 11
Aliohjelmat: toiminnan abstrahointi A B C kutsu kutsu kutsu aliohjelmakirjasto Palvelun kutsumuoto (signature) Palvelun toteutus 12
Moduulit: tiedon piilotus rajapinta kutsu M tietorakenteet A B C Esim. Ada 13
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 14
Abstraktit yliluokat: luokat ilman toteutusta M1 M2 T2 M2 D T2 Ei toteutusta D E F E F 15
Moniperiytyminen: useita abstraktiota samalle toteutukselle M0 M1 Ei toteutusta M2 T2 Ei toteutusta D E F 16
Komponentit: erilliset rajapinnat M1 M2 T2 D E F 17
Rajapinnat itsenäisinä ohjelmayksikköinä Komponentti A Komponentti B Rajapinta 1 Rajapinta 2 Rajapinta 3 Rajapinta 4 18
Kysyttävää? 19
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 20
Tarjotut ja vaaditut rajapinnat UML 2.x:ssa Car PowerSource vaadittu rajapinta PowerSource tarjottu rajapinta Engine PowerSource Car Engine 21
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();... } } 22
Portit UML 2.x:ssa Vuorovaikutuksen mahdollistava kontaktipiste komponentin ja sen ympäristön välillä PowerSource PowerSource Portti Engine host Engine Warnings Warnings 23
Rajapintojen sopimuspohjainen määrittely tuloehto (esiehto): täytyy päteä kun palvelua kutsutaan palvelun rajapinta design-by-contract Palvelun pyytäjä Palvelun tarjoaja Tulo- ja jättöehdot määrittelevät palvelun merkityksen sallivat osapuolten vaihtamisen, kunhan tulo- ja jättöehdot pysyvät voimassa määräävät tarkistusvastuun osapuolten välillä palvelun tarjoaja joko täyttää sopimuksen tai aiheuttaa poikkeuksen jättöehto (jälkiehto): täytyy päteä kun palvelu on suoritettu, olettaen että tuloehdot olivat voimassa kun palvelu aloitettiin 24
Periytyminen & tulo- ja jättöehdot pre' post' pre post A public oper(...) pre post pre' pre post' post B public oper(...) pre' post' pre pre' post' post C pre post' pre' post D Mikä on oikea vaihtoehto (A,B,C,D)? 25
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? 26
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? 27
Kysyttävää? 28
3.6 Komponenttien räätälöinti komponentin (alku)tilan muuttaminen vaadittujen rajapintojen toteutuksen antaminen tai muuttaminen aliluokittaminen 29
Komponentin alkutilan muuttaminen Client :Comp ServicesI setproperty(...) Comp create setproperty(...) use Komponentin käyttäjä asettaa komponentin alkutilan käyttötilanteen mukaiseksi ennen käyttöä 30
Vaadittujen rajapintojen toteutuksen antaminen tai muuttaminen ActionListener Button AppLogic ActionListener XLogic Komponentin käyttämä palvelu vaihdetaan toiseksi kehitys- tai ajoaikana (staattisesti tai dynaamisesti) 31
Operaatiokohtainen räätälöinti display Button display brd.borderdrawing( ); CompanyBorder BorderStrategy borderdrawing borderdrawing koskee yksittäistä toimintoa voidaan vaihtaa ajoaikana (jos haluttu toteutus on olemassa) 32
Strategia (Strategy) suunnittelumalli Host str.part( ); operation operation part() StrategyA StrategyInterface part() 33
Aliluokittaminen Button Komponenttiluokka erikoistetaan aliluokittamalla sovelluksen tarpeiden mukaisesti (staattinen räätälöinti) CompanyButton 34
Särkyvän yliluokan ongelma Kirjasto komponentti Comp Viaton" muutos alkuperäiseen komponenttiin voi tehdä räätälöidystä komponentista toimimattoman Räätälöity komponentti Custom Fragile base class problem 35
Esimerkki (1) <<interface>> Container addelement(object) addcontainer(container) List addcontainer: {...addelement(...);... } <<interface>> CountedContainer getcount() CountedList addelement: { super.addelement(...); counter++; } 36
Esimerkki (2) <<interface>> Container addelement(object) addcontainer(container) List addelement:iä ei enää kutsuta! addcontainer: {...} <<interface>> CountedContainer getcount() CountedList addelement: { super.addelement(...); counter++; } 37
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 38
3.7 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 39
Kysyttävää? 40