1 582104 – Ohjelmistojen mallintaminen, arkkitehtuuria ja rajapintoja.

Esitys aiheesta: "1 582104 – Ohjelmistojen mallintaminen, arkkitehtuuria ja rajapintoja."— Esityksen transkriptio:

1 1 582104 – Ohjelmistojen mallintaminen, arkkitehtuuria ja rajapintoja

2 Arkkitehtuurisuunnittelu Ohjelmistoarkkitehtuurin määritelmä & arkkitehtuurisuunnittelun lähtökohta ja tavoitteet Kerrosarkkitehtuuri ohjelmiston jaottelun perusmallina –Arkkitehtuurin osien kuvaaminen UML-pakkauksilla Järjestelmän osien välisten riippuvuuksien hallinta –Pakkausten ja luokkien väliset riippuvuudet –Rajapinnat Esimerkki: MVC-arkkitehtuuri 2

3 Ohjelmistoarkkitehtuuri Ohjelmiston yleisrakenne, jonka on tarkoitus palvella ohjelmiston –ymmärrettävyyttä –ylläpidettävyyttä –laajennettavuutta –skaalautuvuutta 3 –tuettavuus (supportability)

4 Ohjelmistoarkkitehtuurin tehtävä Ohjelmiston jaottelu moduuleiksi –esim. luokiksi, paketeiksi, komponenteiksi, … –toiminnallisuuden sijoittelu moduuleihin –moduulien ja olioiden välisten riippuvuuksien hallinta Arkkitehtuurimallien (architectural pattern) ja arkkitehtonisten periaatteiden kiinnittäminen Perusta, jonka varaan kaikki myöhemmät suunnittelu- ja toteutusratkaisut rakennetaan Arkkitehtuurikuvaus toimii järjestelmän yleisrakenteen dokumentaationa 4

5 Arkkitehtuurisuunnittelu Joukko valintoja ja päätöksiä, joilla pyritään toimivaan ohjelmistoarkkitehtuuriin –Huom! Päätösten perustelut pitää kirjata! Erityispiirteitä –järjestelmänlaajuiset perusratkaisut –järjestelmän ositus ja riippuvuuksien hallinta –ohjelmiston ei-toiminnalliset ominaisuudet –vaihtoehtoisten ratkaisutapojen evaluointi 5

6 Arkkitehtuurisuunnittelun tavoitteet Ohjelmiston hierarkkisen kerrosrakenteen määrittely auttaa –hallitsemaan järjestelmän monimutkaisuutta –ymmärtämään moduulien välisiä riippuvuuksia, sillä suora olioiden välinen vuorovaikutus on sallittu vain vierekkäisten kerrosten välillä Moduulien välisten riippuvuuksien esittäminen eksplisiittisesti käännösaikaisina rakenteina –pelkästään suoritusaikana näkyvien, löyhien ja epämääräisten riippuvuuksien estäminen/ kieltäminen 6

7 Kerrosarkkitehtuuri ohjelmiston jaottelun perusmallina Useimmat järjestelmät voidaan jakaa kerroksiin, esim. Käyttöliittymäkerros, jossa käyttöliittymäoliot –järjestelmän ulospäin näkyvä osa, esim. ikkunat, valikot, … –käyttäjän ja sisältöolioiden välinen yhteys: esitetään tietoja ja vastaanotetaan käyttäjän ohjausta Sovelluslogiikkakerros, jossa sisältöoliot –toteuttaa ‘reaalimaailman simulointimallin’ –sisältöoliot tarjoavat omaan tietosisältöönsä perustuvia sovelluskohtaisia palveluja Tietojensäilytyskerros, jossa tietokantaoliot –esim. tiedostot, tietokannan taulut, … –säilyttävät sisältöolioiden tiloja 7

8 Arkkitehtuurin osien kuvaaminen UML- pakkauksilla UML:ssä pakkauksella voidaan koota yhteen nimetty joukko mallinnuselementtejä Pakkaus voi sisältää muita (ali)pakkauksia Pakkaus omistaa sisältönsä –pakkauksen poistaminen poistaa myös sen sisällön –esim. luokka kuuluu yleensä vain yhteen pakkaukseen Pakkaus voi viitata (import) muihin pakkauksiin –merkitään riippuvuutena pakkausten välillä –tällöin pakkauksen elementit (esim. luokat) voivat viitata kohdepakkaukseen tai sen elementteihin 8

9 Pakkausnotaatioita 9

10 Plusympyrä-esimerkki 10

11 Plusympyrä-esimerkki 11

12 Järjestelmän osien välisten riippuvuuksien hallinta Moduuli (luokka, paketti, olio, …) A riippuu moduulista B, jos muutos B:ssä voi aiheuttaa muutostarpeen A:ssa Riippuvuusmekanismeja –luokan attribuutit, luokkahierarkia, parametrityypit, operaatiokutsut, tapahtumat, … Tavoitteena arkkitehtuuri, joka minimoi riippuvuudet; erityisesti riippuvuudet eivät saa –ulottua naapurikerroksia kauemmas –aiheuttaa syklejä (tästä lisää myöhemmin) 12

13 Pakkausten välisten riippuvuussyklien poistaminen 13 Package APackage B ne elementit, joista B riippuu on eristetty paketiksi A2 Package A1 Package B Package A2

14 Kerrosten väliset riippuvuudet Ylemmät kerrokset riippuvat alemmista Alempien kerrosten oltava (julkisilta osiltaan) vakaita –muutos rajapintaan heijastuu ylempään Toisaalta alemman kerroksen voidaan vaihtaa julkisilta osiltaan samanlaiseen (mutta sisäiseltä toteutukseltaan erilaiseen), koska se on riippumaton ylemmästä 14 «layer» Layer 2 «layer» Layer 1 Package APackage B Package CPackage D Package E

15 Riippuvuudet eri abstraktiotasoilla 15 Operaatioiden ja attribuuttien väliset riippuvuudet aiheuttavat luokkien väliset riippuvuudet Vastaavasti luokkien väliset aiheuttavat pakettien väliset … … ja pakettien väliset kerrosten väliset riippuvuudet

16 Rajapinnat ja abstraktit luokat Rajapinta (interface) –UML:ssä piirteiden (attribuuttien ja operaatioiden) kokoelma, josta ei voi suoraan luoda ilmentymiä –rajapinnan toteuttava olio tarjoaa julkisen pääsyn ko. piirteisiin –käytetään usein attribuuttien ja parametrien tyyppinä Abstrakti luokka (abstract class) –esittelee vähintään yhden operaation, jota ei ole (tai ei voi olla) toteutettu kyseisessä luokassa –ei voi suoraan instantioida (luoda ilmentymiä) Javassa –rajapinnassa vain vakioattribuutteja ja operaatiosignatuureja –luokka voi periä vain yhden (abstraktin tai konkreettisen) luokan, mutta voi toteuttaa useita rajapintoja 16

17 Rajapinnan kuvaaminen UML:ssä 17

18 Toteutusriippuvuus (interface realization, implementation dependency) 18 Luokan Class1 tarjoama rajapinta (provided interface) = Interface1 + Interface2

19 Käyttöriippuvuus (usage dependency) 19 Luokan Class1 tarvitsema rajapinta (required interface) = Interface1

20 Syklisten riippuvuuksien aiheuttamat haitat ja niiden lieventäminen Moduulien välisten riippuvuussyklien aiheuttamia haittoja ja vaikeuksia –moduulien suunnittelu- ja toteutusvastuun jakaminen –oikean alustus- ja kutsujärjestyksen määrittely –esim. kerrosten riippumattomuus toisistaan (ongelmana ylöspäin suuntautuvat riippuvuudet) Syklejä ei aina voida poistaa, mutta haittoja voidaan lieventää rajapintojen harkitulla käytöllä –usein rajapinta ja sen toteuttava luokka eri pakettiin –rajapinta samaan pakettiin sen käyttäjän kanssa tai kokonaan erilliseen pakettiin 20

21 Syklin poistaminen rajapinnalla 21 «layer» control «layer» presentation CInit +do() PWindow +init() public class CInit { PWindow win; public void do() { win.init(); } public class PDialog { private CActioner actioner; public void doOK() { actioner.action(); } } CActioner +action() PDialog +doOK() public class CActioner { public void action() { // do something } public class CInit { ICPresenter p; public void do() { p.init(); } } «uses» ICPresenter +init() interface ICPresenter { void init(); } public class PWindow implements ICPresenter { public void init() { … } }

22 Käyttöliittymäolioiden ja sisältöolioiden suhde Yksi keskeisiä haasteita ohjelmiston arkkitehtuuria suunniteltaessa Yleisesti: sisältöolioiden tulisi tarjota käyttöliittymästä riippumattomia palveluja sisällön käsittelyyn Usein käyttöliittymäolioiden ja sisältöolioiden välillä käytetään erityisiä kontrolliolioita –tätä kutsutaan Model-View-Controller –malliksi 22

23 Model-View-Controller (MVC) - arkkitehtuurimalli Mallioliot (model) esittävät kohdealueen käsitteitä, liiketoimintasääntöjä ja sovelluslogiikkaa Näkymäoliot (view) esittävät käyttöliittymän osia Kontrollioliot esittävät syötelaitteiden (hiiri, näppäimistö) tuottamia tapahtumia ja niiden käsittelylogiikkaa 23 Application ModelController Database & Web Services View

24 Käyttöliittymäolioiden toiminta eli ”käyttöliittymän kuuntelu” Kontrolliolio asettuu kuuntelemaan tiettyyn käyttöliittymäolioon liittyviä tapahtumia ( Observer ) Dynaamisen sidonnan ansiosta käyttöliittymäolion ei tarvitse tietää kontrolliolion konkreettista luokkaa, ainoastaan rajapinta Käyttöliittymäoliolle (esim. painike) suoritetusta toiminnosta (esim. painikkeen painallus) välitetään käsittelypyyntö kaikille kuuntelijoille, myös ko. kontrollioliolle 24

25 MVC:n etuja Erilaiset käyttöliittymät eri tarpeisiin (esim. GUI vs. eräajokäyttö) ja myös samanaikaisesti erilaiset näkymät samaan tietosisältöön Käyttöliittymän päivittäminen tai käyttöliittymätyypin vaihtaminen ei vaikuta sisältöluokkiin Käyttöliittymän reagointitapaa voidaan vaihtaa muuttamatta ulos näkyviä käyttöliittymäkomponentteja Tietosisällön muotoa ja talletustapaa voidaan vaihtaa muuttamatta käyttöliittymää Tietosisältöä voidaan käsitellä ilman käyttöliittymää (esim. ohjelmallinen käsittely, skriptaus) 25