Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät 2011-2012 Johannes Koskinen http://www.cs.tut.fi/~ohar/ 2 Ohjelmistoarkkitehtuurien kuvaaminen 2.1 Arkkitehtuurin kuvaukseen liittyvät käsitteet 2.2 Arkkitehtuurikuvaukset eri tasoilla 2.3 Arkkitehtuurinäkökulmat ja kuvaustyypit 2.4 UML arkkitehtuurien kuvauskielenä 2.5 Arkkitehtuuridokumentit 2.6 Yhteenvetoa 2 Arkkitehtuurien kuvaaminen 3 1
Arkkitehtuurikuvauksen merkityksestä Oletetaan, että järjestelmän arkkitehtuurin kuvaus ja järjestelmän toteutus ovat ristiriidassa. Mikä on järjestelmän arkkitehtuuri? Oletetaan, että järjestelmällä ei ole mitään arkkitehtuuri- tai suunnitteludokumentteja, eivätkä sen suunnittelijat ole saatavilla, vain lähdekoodi. Mikä on järjestelmän arkkitehtuuri? Arkkitehtuurikuvaus on järjestelmän keskeinen artifakti, joka on verifioitavissa (vasten vaatimuksia) 4 2.1 Arkkitehtuurin kuvaukseen liittyvät käsitteet (IEEE 1471-2000) Environment Mission fulfills 1.. System has an identifies Architecture 1 described by Architectural description provides selects Rationale has 1.. 1.. 1.. organized by Stakeholder 1.. View 1.. has 1.. is addressed to conforms to Concern Viewpoint 1.. 5 Lisäys (ISO/IEC 42010) 6 2
Arkkitehtuuripäätökset Arkkitehtuuri voidaan ymmärtää arkkitehtuuritason päätösten summana (esim. Bosch) Arkkitehtuuripäätöksille voidaan antaa puoliformaali esitystapa Arkkitehtuuripäätökset liittyvät yleensä johonkin vaatimukseen, huolenaiheeseen, rajoitteeseen ym. Arkkitehtuuripäätöksillä on aina jokin perustelu (rationale) Arkkitehtuuripäätökset tulisi kirjata arkkitehtuurin kuvaukseen Arkkitehtuuripäätösten kuvauksia tarvitaan myös arkkitehtuurin arvioinnissa (palataan myöhemmin) 7 Arkkitehtuurinäkymät Näkymä Näkymä Arkkitehtuurikuvaus Näkymä Näkymä kuvaa tietyn arkkitehtuuriin liittyvän asian tietyllä abstraktiotasolla Näkymien kuvaamat asiat ovat osittain päällekkäisiä järjestelmän kannalta Toimiva järjestelmä 8 2.2 Arkkitehtuurikuvaukset eri tasoilla perustuu yleistys Konkreettinen arkkitehtuuri Tuotearkkitehtuuri Yksityiskohtainen suunnittelu Tuoterunkoarkkitehtuuri Referenssiarkkitehtuuri Metaarkkitehtuuri Lähdekoodi 9 3
Arkkitehtuurikuvaukset eri tasoilla Meta-arkkitehtuuri: välineet arkkitehtuurien kuvaukseen Referenssiarkkitehtuuri: jonkin sovellusalueen malliarkkitehtuuri Konkreettinen arkkitehtuuri: yksittäisen järjestelmän arkkitehtuuri Tuoterunkoarkkitehtuuri: jonkin tuotealustan arkkitehtuuri Tuotearkkitehtuuri: tuotealustan päälle rakennetun ohjelmistotuotteen arkkitehtuuri 10 Kysyttävää? 11 2.3 Arkkitehtuurinäkökulmat ja kuvaustyypit Näkökulmat: Skenaarionäkymät Vuorovaikutus ulkomaailman kanssa Loogiset näkymät Ohjelmistoyksiköiden vastuut Prosessinäkymät Prosessit ja niiden vuorovaikutus "4+1" (Kruchten) Kehitysnäkymät Järjestelmän jakaminen eri kehittäjille UML Fyysiset näkymät Ohjelmiston jako eri laiteyksiköille, verkko Muuntelunäkymät Ohjelmiston laajentaminen ja muuntelu 12 4
Arkkitehtuurikuvauksen tyypit Rakenne - Käyttäytyminen Staattinen - Dynaaminen Esimerkki Määrittelevä Toisistaan riippuvia! 13 2.4 UML arkkitehtuurien kuvauskielenä Kaaviotyypit 14 Esimerkki: Autonvuokrausjärjestelmä 17 5
Skenaarionäkymä: käyttötapauskaavio CarRentalSystem Reserve vehicle Deliver vehicle Client Return vehicle Clerk <<include>> Service Service 18 Tarkennettu skenaarionäkymä: aktiviteettikaavio Client Car request Clerk :Bill [open] Make reservation Make bill :Bill [paid] Pay Prepare car Take car Registrate renting 19 Looginen näkymä (rakenne): luokkakaavio Transaction kind info setkind setinfo 1 TransactionManager handletransaction 1 1 Database Store service information creates uses RentManager reserve(car,client) release(car) engage(car) return(car) update() 1 manages RentableItem setreturned setreserved setactive setid Car regnumber setreturned RentableStorage PrivateClient rents id name address getpos(car) creditcard 1 0..1 ItemManager controller Feature code description Client creates <<interface>> LocationControl setcar(car) start() stop() reserve() release() engage() return() lost() recover() Garage GPSService 20 6
Looginen näkymä (käyttäytyminen): sekvenssikaavio UI : RentManager acar: Car : Garage return(acar) setreturned store(acar) update 21 Looginen näkymä (käyttäytyminen): yhteistoimintakaavio 1.1: setreturned acar: Car UI 1: return(acar) : RentManager 1.3: update() 1.2: store(acar) : Garage 22 Prosessinäkymä: tilakaavio For a ItemManager object: Lost do/announcement after(1 day) Vulnerable do/warning recover Service do/makereport lost return / stoptiming recover [suspect location] Active after(1 hour) LocCheck do/check location release engage/starttiming Available Reserved reserve 23 7
Fyysinen näkymä: sijoittelukaavio SiteWorkStation: Client : GUI : Rent Manager : Item Manager <<Corba>> VehicleServer: Server : Transaction Manager : Database 24 Kehitysnäkymä: pakkauskaavio Core Items +Car +Feature <<import>> +RentManager +CarManager +Rentable +RentableStorage +LocationControl +Client <<import>> Storage +Garage Clients +PrivateClient +Company <<import>> <<import>> DB +Transaction +TransactionManager +Database <<import>> GPS +GPSService 25 Muunneltavuusnäkymä: luokkakaavio Feature code description seticon(featureicon) price(): Integer 1 FeatureIcon draw feature iconinterface Adding new item feature initializer palette initcode FeaturePalette add(feature) NewFeature price(): Integer myfeature myicon NewFeatureIcon draw initialize() Main... f = new NewFeature(...); fi = new FeatureIcon(...); f.seticon(fi); featurepalette.add(f);... 26 8
Harjoitus: UML ja kuvaustyypit Rakenne Käyttäytyminen Staattinen Dynaaminen Esimerkki Määrittelevä Sekvenssi kaavio Luokka kaavio Tila kaavio 27 UML-kaavioilla kuvataan osittain päällekkäisiä asioita Luokkakaaviot Aktiviteettikaaviot Tilakaaviot Sekvenssikaaviot 29 SCED: Sekvenssikaavio -> tilakaavio - työkalu päättelee joukosta sekvenssikaavioita millainen on tietyn osallistujan tilakaavio 30 9
Kysyttävää? 31 Metakieleen perustuva kielten määrittely noudattaa (ilmentymä) M in M M = Metakieli noudattaa (ilmentymä) L in M noudattaa (ilmentymä) L = Kieli P = jokin kuvaus kielellä (malli, ohjelma tms) P in L noudattaa (ilmentymä) P:n ilmentymä 32 Vrt. tekstuaaliset kielet ja BNF BNF:n määrittely Javan määrittely Javan-ohjelman määrittely ilmentymä ilmentymä Produktio = Vasen = Oikea Vasen = Symboli Oikea = Symboli Symboli = Class = class id InheritanceClause ExtensionClause { InheritanceClause = inherit IdList InheritanceClause = class myclass inherits yourclass { Java-ohjelman suoritus ilmentymä ohjelman suorituspolku 33 10
UML:n kieliarkkitehtuuri Meta-metamalli (MOF) Meta-Object Facility Yksinkertaistaen: Class Association UML:n metamalli <<stereotype>> bean Operation ClassUML AssociationUML Järjestelmän malli <<bean>> Account has holder(): Person Person mycar(): Car owns Car owner(): Person Järjestelmä - ei semantiikkaa - vrt. BNF 34 UML:n kieliarkkitehtuuri Meta-metamalli (MOF) Yksinkertaistaen: Class Association UML:n metamalli <<stereotype>> bean Operation ilmentymä ClassUML AssociationUML Järjestelmän malli <<bean>> Account holder(): Person has Person mycar(): Car ilmentymä owns Car owner(): Person Järjestelmä - ei semantiikkaa - vrt. BNF ilmentymä 35 MOF oikeasti (pieni otos) (tämä osa on yhteistä UML:n metamallin kanssa) 36 11
Uuden kuvauskielen määrittely: Esimerkki Oletetaan, että halutaan kuvata hierarkkisia arkkitehtuurirakenteita graafisesti, esim.: D E A B C Miten määritellään tähän tarvittava kuvauskieli AML (Architecture Modeling Language)? 37 Kielen määrittely noudattaa (ilmentymä) AML in MOF Architecture yksinkertaistettu MOF in MOF Class 1 1 Association M in M 2 MyArch: Architecture AssocEnd multiplicity kind noudattaa (ilmentymä) MyArch in AML L in M P in L noudattaa (ilmentymä) Subsystem P:n ilmentymä noudattaa (ilmentymä) MySystem: Subsystem B: Subsystem A: Subsystem visualisointi A MySystem B 38 Yksinkertainen konkreettinen tulkinta metamallille Kuvittele, että olet toteuttamassa jonkin graafisen esitystavan (laatikoita ja nuolia ym.) editoria. Millaisen sisäisen olioesityksen suunnittelisit tämän esitystavan mukaisille kuville? Metamalli = tämän olioesityksen luokkakaavio, malli = yksittäinen kuva. 39 12
Yleinen Tyyppiolio (Type Object) suunnittelumalli Tunnetaan myös nimellä Meta Object tai Reflection pattern 40 Esimerkki 41 Stereotyypit ja profiilit UML:ssä Stereotyyppi jonkin UML:n metamalliin kuuluvan luokan (metaluokan) laajennos Profiili joukko stereotyyppejä ja niihin liitettyjä rajoitteita räätälöity UML-pohjainen mallintamiskieli johonkin erityistarkoitukseen (esim. jollekin sovellusalueelle, arkkitehtuurityylille tms.) 42 13
Esimerkki: CORBA profiili (OMG) Stereotyyppimäärittelyjä: 43 Esimerkki: CORBA profiili (OMG) Rajoitteiden määrittelyjä: Rajoitteiden kuvauskieli: OCL (Object Constraint Language) 44 Kysyttävää? 45 14
2.5 Arkkitehtuuridokumentit Dokumenttityypit: Alustava arkkitehtuuridokumentti korostaa kaikkein kriittisimpiä ratkaisuja, vaihtoehtoisia ratkaisuja ja niihin liittyviä etuja/haittoja käytetään alustaviin työmääräarvioihin, liiketoimintapäätöksiin lähtökohta järjestelmäarkkitehtuurin suunnittelulle konkreettinen (+ referenssi) arkkitehtuuri Järjestelmäarkkitehtuuridokumentti järjestelmän ylimmän tason arkkitehtuuri käytetään projektisuunnitteluun, työmääräarviointiin, järjestelmätestauksen suunnitteluun, ylläpitoon lähtökohta alijärjestelmien arkkitehtuurien suunnittelulle konkreettinen (+ meta) arkkitehtuuri 46 Arkkitehtuuridokumentit (jatkuu) Alijärjestelmäarkkitehtuuridokumentti alijärjestelmän arkkitehtuuri käytetään tehtävien suunnitteluun, tarkennettuihin työmääräarvioihin, yksikkötestauksen suunnitteluun, ylläpitoon lähtökohta alijärjestelmien yksityiskohtaiselle suunnittelulle ja toteutukselle konkreettinen arkkitehtuuri Rajapintadokumentti järjestelmän rajapinnan kuvaus, tyypillisesti API täydentää muita arkkitehtuuridokumentteja käytetään komponenttien suunnittelun ja toteutuksen perustana 47 Arkkitehtuuridokumentit (jatkuu) Tuoterunkoarkkitehtuuridokumentti alustan arkkitehtuuri + säännöt, joiden mukaan sovelluksia rakennetaan käytetään alustan yksityiskohtaiseen suunnitteluun ja ohjaamaan tuotekehitystä konkreettinen + meta-arkkitehtuuri Tuotearkkitehtuuridokumentti alustan käyttö + tuotekohtaiset arkkitehtuuriratkaisut käytetään tuotteen yksityiskohtaiseen suunnitteluun, testaukseen ja ylläpitoon konkreettinen arkkitehtuuri 48 15
Arkkitehtuuridokumentin sisältö Seuraavat asiat (soveltuvin osin) tulisi ilmetä dokumentista: Identifiointi: mistä organisaatiosta, järjestelmästä ja dokumentista on kyse Konteksti: liiketoimintatavoitteet, sidosryhmät, kehitysympäristö Vaatimukset: arkkitehtuurin kannalta merkittävät vaatimukset Rajoitteet Toimintaympäristö Näkymät: kuvauksen ydin valittujen näkökulmien mukaiset näkymät, mallit Tärkeimmät arkkitehtuuriratkaisut ja niiden perustelut Analyysi: arkkitehtuurin arvioinnin tulokset 49 2.6 Yhteenvetoa Arkkitehtuurikuvaus jakaantuu näkymiin UML:ää voidaan käyttää eri näkymien esittämiseen UML perustuu metamallintamiseen UML:ää voidaan tarvittaessa laajentaa stereotyypeillä 50 Kysyttävää? 51 16