Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät 2012-2013 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
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) 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..* 5
Lisäys (ISO/IEC 42010) 6
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 Referenssiarkkitehtuuri Metaarkkitehtuuri perustuu yleistys Konkreettinen arkkitehtuuri Yksityiskohtainen suunnittelu Tuotearkkitehtuuri Tuoterunkoarkkitehtuuri Lähdekoodi 9
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
Arkkitehtuurikuvauksen tyypit Rakenne - Käyttäytyminen Staattinen - Dynaaminen Esimerkki Määrittelevä Toisistaan riippuvia! 13
2.4 UML arkkitehtuurien kuvauskielenä Kaaviotyypit 14
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 Pay Prepare car :Bill [paid] Take car Registrate renting 19
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 20
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 lost recover [suspect location] Service do/makereport return / stoptiming Active after(1 hour) LocCheck do/check location release engage/starttiming Available Reserved reserve 23
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 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);... 26
Harjoitus: UML ja kuvaustyypit Rakenne Käyttäytyminen Staattinen Dynaaminen Esimerkki Määrittelevä Sekvenssi kaavio Luokka kaavio Tila kaavio 27
UML-kaavioilla kuvataan osittain päällekkäisiä asioita Aktiviteettikaaviot Sekvenssikaaviot Tilakaaviot Luokkakaaviot 29
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
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 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
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 noudattaa (ilmentymä) * P:n 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
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
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 43
Esimerkki: CORBA profiili (OMG) Stereotyyppimäärittelyjä: 44
Esimerkki: CORBA profiili (OMG) Rajoitteiden määrittelyjä: Rajoitteiden kuvauskieli: OCL (Object Constraint Language) 45
Kysyttävää? 46
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 47
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 48
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 49
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 50
2.6 Yhteenvetoa Arkkitehtuurikuvaus jakaantuu näkymiin UML:ää voidaan käyttää eri näkymien esittämiseen UML perustuu metamallintamiseen UML:ää voidaan tarvittaessa laajentaa stereotyypeillä 51
Kysyttävää? 52