Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät 2014, luento 3 Arkkitehtuurin kuvaus (mallinnus) (Samuel Lahtinen, Johannes Koskinen) http://www.cs.tut.fi/~ohar/
Ajankohtaisuuksia Huomenna ensimmäinen vierailuluento, Janne Viitala, Sandvik Ensi viikon viikkoharjoitukset keskittyvät mallintamiseen, piirtelyyn, tehdään tietokoneluokassa (TTY:llä TC217 tai Tc205) (infoa myöhemmin) Muistakaa ilmoittautua harjoitustyöhön, jos teillä ei ole ryhmää, luokaa uusi yksin. Me ryhmäytämme teidät dediksen jälkeen. 2
Ohjelmistoarkkitehtuurien kuvaaminen Arkkitehtuurin kuvaukseen liittyvät käsitteet Arkkitehtuurikuvaukset eri tasoilla Arkkitehtuurinäkökulmat ja kuvaustyypit UML arkkitehtuurien kuvauskielenä Arkkitehtuuridokumentit Yhteenvetoa 3
Arkkitehtuurien kuvaaminen 4
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) 5
Arkkitehtuurin kuvaukseen liittyvät käsitteet (IEEE 1471-2000) Mission fulfills 1..* has an Architecture Rationale Environment System identifies 1 described by Architectural description provides selects has 1..* 1..* 1..* organized by Stakeholder 1..* View has 1..* 1..* is addressed to conforms to Concern Viewpoint 1..* 6
Lisäys (ISO/IEC 42010) 7
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) 8
Arkkitehtuurinäkymät Näkymä Näkymä Arkkitehtuurikuvaus Näkymä Näkymä kuvaa tietyn arkkitehtuuriin liittyvän asian tietyllä abstraktiotasolla Näkymien kuvaamat asiat ovat osittain päällekkäisiä järjestelmän kannalta Toimiva järjestelmä 9
Arkkitehtuurikuvaukset eri tasoilla Referenssiarkkitehtuuri Metaarkkitehtuuri perustuu yleistys Konkreettinen arkkitehtuuri Yksityiskohtainen suunnittelu Tuotearkkitehtuuri Tuoterunkoarkkitehtuuri Lähdekoodi 10
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 11
Kysyttävää? 12
Arkkitehtuurinäkökulmat ja kuvaustyypit Näkökulmat: Skenaarionäkymät Vuorovaikutus ulkomaailman kanssa (use case view) 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 13
Arkkitehtuurikuvauksen tyypit Rakenne - Käyttäytyminen Staattinen - Dynaaminen Esimerkki Määrittelevä Toisistaan riippuvia! 14
UML Mitä hyvää? Mitä huonoa? Mikä on tuttua? 15
UML arkkitehtuurien kuvauskielenä Kaaviotyypit 16
Esimerkki: Autonvuokrausjärjestelmä 17
Skenaarionäkymä: käyttötapauskaavio CarRentalSystem Reserve vehicle Deliver vehicle Client Return vehicle Clerk <<include>> Service Service 18
Tarkennettu skenaarionäkymä: aktiviteettikaavio Client Car request Clerk Make reservation :Bill [open] Make bill :Bill [paid] Pay Prepare car Take car Registrate renting 19
Aktiviteettikaavio, elementtityypit 20
RentableItem Car RentableStorage regnumber RentManager reserve(car,client) release(car) engage(car) return(car) update() setreturned setreserved setactive setid PrivateClient id name address creditcard Transaction kind info setkind setinfo TransactionManager handletransaction * 1 1 1 creates uses * manages * 1 rents setreturned Database Feature code description * <<interface>> LocationControl getpos(car) ItemManager 1 0..1 setcar(car) start() stop() reserve() release() engage() return() lost() recover() * creates Garage GPSService controller Client Store service information Looginen näkymä (rakenne): luokkakaavio 21
Suhteellista 22
Metamalli ja luokkakaaviomääritelmä 23
Looginen näkymä (käyttäytyminen): sekvenssikaavio UI : RentManager acar: Car : Garage return(acar) setreturned store(acar) update 24
Looginen näkymä (käyttäytyminen): yhteistoimintakaavio/ Communications diagram, UML 2.0, yksinkertaistettu Collaboration diagram (UML 1.x) Oliokaaviota, sekvenssikaaviota yhdisteltynä, linkeille numerointia kertomassa kutsujärjestyksestä 1.1: setreturned acar: Car UI 1: return(acar) : RentManager 1.3: update() 1.2: store(acar) : Garage 25
Piirrä tilakaavio komentorivikäyttöliittymän käytöstä (esim. Unix-konsoli): ota mukaan sisäänkirjautuminen, ohjelmien käyttöä ja käytön lopettamisesta (uloskirjautuminen) 26
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 27
Fyysinen näkymä: sijoittelukaavio SiteWorkStation: Client : GUI : Rent Manager : Item Manager <<Corba>> VehicleServer: Server : Transaction Manager : Database 28
29
Kehitysnäkymä: pakkauskaavio (package diagram) (ajoaikainen composite structure diag) 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 30
Luokkakaavio & collaborationelementti 31
Muunneltavuusnäkymä: luokkakaavio feature Adding new item feature palette FeaturePalette Feature code description seticon(featureicon) price(): Integer * 1 FeatureIcon draw iconinterface initializer initcode add(feature) NewFeature price(): Integer myfeature NewFeatureIcon draw myicon initialize() Main... f = new NewFeature(...); fi = new FeatureIcon(...); f.seticon(fi); featurepalette.add(f);... 32
Harjoitus: UML ja kuvaustyypit Rakenne Käyttäytyminen Staattinen Dynaaminen Esimerkki Määrittelevä Sekvenssi kaavio Luokka kaavio Tila kaavio 33
UML-kaavioilla kuvataan osittain päällekkäisiä asioita Aktiviteettikaaviot Sekvenssikaaviot Tilakaaviot Luokkakaaviot 37
Kysyttävää? 39
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 40
Metamalli ja luokkakaavio 41
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 42
UML:n kieliarkkitehtuuri Meta-metamalli (MOF) Meta-Object Facility Yksinkertaistaen: Class Association UML:n metamalli <<stereotype>> bean Operation ClassUML AssociationUML Järjestelmän malli <<bean>> Account holder(): Person has Person mycar(): Car owns Car owner(): Person Järjestelmä - ei semantiikkaa - vrt. BNF 43
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 44
(E)MOF oikeasti (pieni otos) (tämä osa on yhteistä UML:n metamallin kanssa) 45
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)? 46
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 noudattaa (ilmentymä) * P:n ilmentymä MySystem: Subsystem B: Subsystem A: Subsystem visualisointi A MySystem B 47
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 48
Yleinen Tyyppiolio (Type Object) suunnittelumalli Tunnetaan myös nimellä Meta Object tai Reflection pattern 49
Esimerkki 50
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.) 51
Stereotyypit 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 52
Esimerkki: CORBA profiili (OMG) Stereotyyppimäärittelyjä: 53
Esimerkki: CORBA profiili (OMG) Rajoitteiden määrittelyjä: Rajoitteiden kuvauskieli: OCL (Object Constraint Language) 54
Missäs malli/metamallijuttua voisi käyttää? 55
Kysyttävää? 56
Arkkitehtuuridokumentit Alustava arkkitehtuuridokumentti korostaa kaikkein kriittisimpiä ratkaisuja, vaihtoehtoisia ratkaisuja ja niihin liittyviä etuja/haittoja käytetään alustaviin työmääräarvioihin, liiketoimintapäätöksiin lähtökohta järjestelmäarkkitehtuurin suunnittelulle konkreettinen (+ referenssi) arkkitehtuuri 57
Arkkitehtuuridokumentit Järjestelmäarkkitehtuuridokumentti järjestelmän ylimmän tason arkkitehtuuri käytetään projektisuunnitteluun, työmääräarviointiin, järjestelmätestauksen suunnitteluun, ylläpitoon lähtökohta alijärjestelmien arkkitehtuurien suunnittelulle konkreettinen (+ meta) arkkitehtuuri 58
Arkkitehtuuridokumentit (jatkuu) Alijärjestelmäarkkitehtuuridokumentti alijärjestelmän arkkitehtuuri käytetään tehtävien suunnitteluun, tarkennettuihin työmääräarvioihin, yksikkötestauksen suunnitteluun, ylläpitoon lähtökohta alijärjestelmien yksityiskohtaiselle suunnittelulle ja toteutukselle konkreettinen arkkitehtuuri 59
Arkkitehtuuridokumentit (jatkuu) Rajapintadokumentti järjestelmän rajapinnan kuvaus, tyypillisesti API täydentää muita arkkitehtuuridokumentteja käytetään komponenttien suunnittelun ja toteutuksen perustana 60
Arkkitehtuuridokumentit (jatkuu) Tuoterunkoarkkitehtuuridokumentti alustan arkkitehtuuri + säännöt, joiden mukaan sovelluksia rakennetaan käytetään alustan yksityiskohtaiseen suunnitteluun ja ohjaamaan tuotekehitystä konkreettinen + meta-arkkitehtuuri 61
Arkkitehtuuridokumentit (jatkuu) Tuotearkkitehtuuridokumentti alustan käyttö + tuotekohtaiset arkkitehtuuriratkaisut käytetään tuotteen yksityiskohtaiseen suunnitteluun, testaukseen ja ylläpitoon konkreettinen arkkitehtuuri 62
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 63
2.6 Yhteenvetoa Arkkitehtuurikuvaus jakaantuu näkymiin (4+1) UML:ää voidaan käyttää eri näkymien esittämiseen UML perustuu metamallintamiseen UML:ää voidaan tarvittaessa laajentaa stereotyypeillä Mallit, kaaviot: mahdollisuus tarkistaa koodia (vastaako toteutus suunniteltua?) Mutta mutta, aina arkkitehtuuridokumentaatiossa/kuvauksessa ei aina tarvita/käytetä UML-malleja, kaavioita jne. 64
Kysyttävää? 65