Bjarne Stroustrup. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 1

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1 Im Prinzip scheint jede Herangehensweise wie schlecht sie auch sein mag und wie grausam sie für die Betroffenen ist auch bei großen Projekten zu funktionieren, sofern man nur gewillt ist, unverschämt viel Zeit und Geld für ein Problem auszugeben... Bjarne Stroustrup Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 1

2 Objektorientierte Entwicklungsmodelle Vom Wasserfallmodell zum Unified Process und extreme Programming Prof. Dr. Nikolaus Wulff

3 Agenda Erste Entwicklungsprozesse Das Wasserfall Modell Das V-Modell Boehms Spiralmodell Unified Process extreme Programming Agile Prozesse Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 3

4 Projektmanagement = 4P's People Team Skill Process Project Technology Product Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 4

5 Das Wasserfallmodell Anforderungen Analyse Design Codierung Zeit Test Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 5

6 Wasserfallmodell Pro und Contra Einfacher statischer Entwicklungsprozess Jede Phase erforderte den erfolgreichen Abschluss der vorhergehenden Phase als Eingabe. (Scheinbar) sichere Planung mit Meilensteintrendanalyse. Fehler während der Anforderungs- und Analysephase werden erst sehr spät bei der Auslieferung entdeckt. Keine Rückkoppelung der während der Projektlaufzeit gewonnenen Erkenntnisse. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 6

7 Das V-Modell Analyse Ist- Soll-Vergleich Abnahme Design Integration Codierung Modul-Test Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 7

8 Modularisierung des V-Modells Das V-Modell gibt wesentlich detailiertere Anweisungen, welche Artefakte in welcher Phase zu erstellen sind. Es gliedert sich in unterschiedliche Module: Systemerstellung (SE) Qualitätssicherung (QS) Konfigurationsmanagement (KM) Projektmanagement (PM) Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 8

9 Modul Systemerstellung SE-1 Systemanforderungsanalyse SE-2 Systementwurf SE-3 SW/HW Anforderungsanalyse SE-4 SW/HW Grobentwurf SE-5 SW/HW Feinentwurf SE-6 SW/HW Implementierung SE-7 SW/HW Integration SE-8 Systemintegration SE-9 Überleitung in den Produktivbetrieb Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 9

10 V-Modell Pro und Contra Sehr detailierte Handlungsanweisungen. Umfassend mit QS, PM, Risikoanalyse etc. Prozess ist zuschneidbar auf das jeweilige Projekt Templates für kleine, mittlere und große Projektorganisationen sind vorhanden Standard für Behörden und große Organisationen. Sehr formal und stark Dokumenten getrieben. Rückkopplungsmechanismen mit meist langer Regelstrecke. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 10

11 Boehm's Spiralmodell Boehm, Barry: A Spiral Model of Software Development and Enhancement. ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, August 1986 Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 11

12 Von der Spirale zur Matrix Boehms Spiralmodell adressierte die richtigen Fragen, war aber als Prozessmodell nicht einfach genug formuliert. Die drei Amigos I. Jacobsen, G. Booch und J. Rumbaugh entwickelten nach der Fertigstellung der UML für die Firma Rational ein vereinheitlichtes Prozessmodell, das als Rational Unified Prozess bekannt wurde. Es beinhaltete Prozessphasen und inkrementelle, iterative Entwicklung, mit wohldefinierten Artefakten. Rational vertrieb den UP als ein Produkt. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 12

13 UP als Produkt Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 13

14 Unified Process Phasen Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 14

15 Unified Process Der UP kann als ein Makrozyklus mit vielen kleineren Mikrozyklen aufgefasst werden. Jede Iteration ist als Mikrozyklus ein Mini- Wasserfallmodell mit allen seinen Phasen. Nach jeder Iteration erfolgt eine Rückkoppelung der Ergebnisse. Artefakte durchlaufen mehrere Iterationen und werden inkrementell verfeinert. Das Projektmanagement steuert die Makrozyklen Meilensteintrendanalyse, etc. Die Gewichtung der einzelnen Aktivitäten verändert sich über die Projektlaufzeit. Es gibt nebenläufige Aktivitäten. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 15

16 UML und UP Analyse & Design Implementierung & Komponenten Prozesse & Threads Use Case / Anforderungen Verteilung & Maschinen Der Unified Process wird mit den Mitteln der UML als Workflow modelliert. Jeder Schritt erstellt bestimmte Artefakte in Abhängigkeit seiner Vorgänger. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 16

17 extreme Programming XP ist ein leichtgewichtiger Entwicklungsprozess mit einem Satz von Regeln. Im Gegensatz zum UP der stark auf die UML setzt gilt bei XP das Prinzip Der Code ist das Design. XP lebt von lebendigen Teams und offener Kommunikation. XP wird als Regelkreis implementiert und immer wieder an den Erfordernissen neu justiert. XP stellt neue, andere Anforderungen an die Entwickler und das Management. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 17

18 Klassische Änderungskosten 30 27, , , ,5 10 7,5 5 2,5 Klassische Kostenkurve 0 Anforderung Analyse Design Coding Test Produktion Tatsache: Bei einem Wasserfall Prozess wachsen die Kosten für eine Änderung exponentiell mit der Zeit. Eine falsche Anforderung ist teuer und wird erst sehr spät bei der Auslieferung erkannt. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 18

19 XP Änderungskosten 1 XP Kostenkurve 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Anforderung Analyse Design Coding Test Produktion Hypothese: Ein XP Projekt kann jederzeit agil auf Änderungen reagieren, ohne große Mehrkosten. Dies setzt allerdings einen ausbalancierten XP Prozess voraus. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 19

20 XP Übersicht Planung Write User stories Release planning Make small releases Design Make it simple Use system metaphor Refactor often Codierung Test first Pair programming Integrate often... Test Code must have tests All tests must pass... A bug forces a new test Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 20

21 XP Projekt XP implementiert Benutzeranforderungen in kleinen Inkrementen. User Stories steuern die Release Planung. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 21

22 XP Planung Der XP Release Plan basiert auf Iterationen und deren lauffähigen Produktinkrementen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 22

23 XP Entwicklung Viele XP Regeln bilden einen Regelkreis. Die Summe aller Regeln stabilisiert das Projekt. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 23

24 XP Coding Rules Ein XP Team besteht aus Gleichberechtigten. Pair Programming erzeugt Wissensaustausch... Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 24

25 XP Zeitskalen XP Regelsysteme mit ihren Zeitskalen Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 25

26 Merkmale erfolgreicher Teams Team!= Toll, ein anderer macht s Alle können ihre Meinung offen äußern Jeder Beitrag hat Platz Sachbezogene Diskussion Strukturiertes Vorgehen Klar definierte, von allen akzeptierte Aufgabenverteilung Entspannte Atmosphäre Frühzeitige Klärung von und produktiver Umgang mit Konflikten Der Arbeitsstil ist aufgaben- und nicht prestigeorientiert Das Team hat eine gemeinsame Vision des zu erstellenden Produktes Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 26

27 Erkennen und Verstehen Das Produkt Das fertige Produkt ist am Anfang meist nur zur erahnen. Die Ränder und Inhalte werden grob abgesteckt. Für Softwareprojekte gilt die Unschärferelation : Der Entwickler verändert im Laufe der Entwicklung die Anforderungen an das zu entwickelnde Produkt! => Die Analyse ist dynamisch und per se nie vollständig. => wäre sie vollständig, so sind die Anforderungen bereits durch die Realität überholt. Konflikt: Öffnet neuen Anforderungen auf Zuruf Tür und Angel. => Change Request Verfahren Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 27

28 Analyse Phase I Die 80:20 Regel anwenden. Die erste Analyse in einem Top- Down Entwurf benutzen um die Landkarte abzustecken. Erste Schichten und Komponenten identifizieren. Eine angemessene Architektur wählen. Unbedingt wichtig: Architektur mit Durchstichprototypen validieren. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 28

29 Spezifikation & Entwurf Schichtenarchitektur mit Schnittstellen entkoppeln. Komponenten in den Schichten identifizieren. Rudimentäre Implementation der Komponenten. Teilweise mit Dummies. Tests parallel mit aufbauen! Meilenstein I erreicht. => Neuer Zyklus mit Analyse II Komponenten Bottom-Up verfeinern und stabilisieren. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 29

30 Kennzeichen erfolgreicher Projekte Entwicklung eines Produktes steht im Vordergrund Projektkultur die auf Resultate ausgerichtet ist, interne Kommunikation fördert und keine Angst vor Fehlschlägen hat. Aktives Management Einsatz moderner Methoden (Architektur, Anwendungsfälle, UML etc.) Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 30

31 Erfolgsfaktoren für Projekte Produkt Technologie Personen Prozess Management Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 31

32 Produkt Das Produkt beeinflusst alle anderen Faktoren Grösse des Projekts Teamzusammensetzung Zeitplan, Kosten und Funktionalität Alles muss sich dem Produkt unterordnen und ist Mittel zum Zweck Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 32

33 Personen Personen haben den grössten Einfluss auf das Projekt Zwischen Entwicklern gleicher Ausbildung gibt es Produktivitätsunterschiede 1:10! Es gibt nur wenige hyperproduktive Entwickler Teams sind der Schlüssel zum Erfolg gut Teams sind um den Faktor 3 produktiver als normale Teams Ziel ist es trotz normaler Entwickler hyperproduktive Teams aufzubauen Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 33

34 Prozess Der Entwicklungsprozess ist wichtig Gibt klare Anweisung für durchschnittliche Entwickler Gute Entwickler mit einem guten Prozess sind immer besser als gute Entwickler ohne Prozess! Der Verlass auf heldenhafte Programmierung ist keine dauerhafte Basis für den Erfolg eines Unternehmens. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 34

35 Gemeinsamkeiten der Prozesse Use Case gesteuert Architektur ist die Basis Iterative und inkrementelle Entwicklung Risiko steuert die Inkremente Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 35

36 Iterativ & inkrementell Positive Formulierung: Man plant ein wenig? Man spezifiert, entwickelt und implementiert den nächsten Schritt Man testet (JUnit!), integriert und bringt jede Iteration im System zum Laufen Man bindet Rückkoppelung des Benutzers ein Dies wiederholt man so lange, bis alle Anforderungen erfüllt sind Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 36

37 Das ist nicht iterativ! Iterative Entwicklung ist kein Random Hacking oder eine Spielwiese für Entwickler es betrifft nicht nur die Entwickler sondern auch das Management der iterative Prozess terminiert und ist keine Entschuldigung für fehlende Planung oder Management Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 37

38 Projektplanung Ein Projekt ist in Phasen unterteilt: Definitionsphase (Requierementsanalyse) Entwurfsphase (Architektur, Prototypen,...) Konstruktionsphase (Implementierung) Einführungsphase Jede Phase wird in einzelne Iterationen unterteilt. Eine Iteration bildet die kleinste planbare Einheit mit definierten Ergebnis. Eine Iteration dauert typisch 3-6 Wochen. Wichtig: Phasen laufen teilweise parallel! Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 38

39 Inkremente und Iterationen Ein Use Case wird i. A. nicht in einer Iteration komplett implementiert. Der Start einer neuen Iteration bedeutet daher existierende Use Cases werden verfeinert weitere Use Cases kommen hinzu (=>Inkrement) Die Geschwindigkeit mit der weitere Use Cases (Funktionalität) im System integriert werden richtet sich nach dem Erfolg der vorhergehenden Inkremente... Jede Iteration ist lauffähig und getestet. Damit iterative Entwicklung funktioniert müssen die Tests automatisierbar sein! Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 39

40 Timeboxing Eine Iteration dauert 3-8 Wochen in denen ein definiertes Arbeitsergebnis erreicht werden muss. Bereits nach % der Zeit wissen die Entwickler, ob sie das anvisierte Ziel erreichen. Der Projektleiter erhält rechtzeitig Rückmeldung. Der Termin wird nicht verschoben, sondern die Funktionalität entsprechend angepasst. => Zum Termin gibt es ein lauffähiges Inkrement. Wird die ursprünglich geplante Funktionalität bei keinem Inkrement eingehalten, so stimmt etwas mit dem Management oder der grundlegenden Planung nicht... Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 40

41 Planungsbeispiel In einem Projekt wurden 10 Use Cases identifiziert. 2 Use Cases sind essentiell. 2 Use Cases wurden als Risikofaktoren identifiziert UC01 UC02 UC03 UC04 UC05 UC06 UC07 UC08 UC09 UC10 Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 41

42 Abhängigkeiten Identifizieren UC01 UC02 UC04 UC09 UC03 UC10 UC06 UC05 UC07 UC08 Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 42

43 Planung der Iterationen Iteration 1 UC02 UC04 UC09 100% Iteration 2 UC03 UC06 UC UC Iteration 3 UC01 UC05 UC07 UC08 Höchstes Risiko und Nutzen zuerst. Nicht alles auf einmal => UC01 Iteration 3 => Risiko/Nutzen Use Cases durchlaufen mehrere Iterationen und sind besser getestet! Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 43

44 Typischer Ablauf der Iterationen 1. UC04 UC02 UC09 100% UC04 UC06 UC03 UC10 100% UC Risiko Behebung UC01 100% UC 3. UC04 UC UC08 100% UC 4. UC07 UC Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 44 UC

45 Projektinfrastruktur Arbeitsplatzumgebung und IDE s Versionsverwaltung Make mit dem Apache Ant Projekt Permanente Integration und Nightly Build Automatische Komponenten- und Regressiontests Performance- und Systemtest Softwarequalität und Metriken Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 45

46 Ein typisches Java Projekt Product Archive Config 1..* Config <<tool>> Jar <<tool>> DeploymentTool <<tool>> Generator 1..* 0..* Resource <<i ncom plete>> Config generate SourceCode compile Class IDL Descriptor <<tool>> RMIC <<tool>> IDL2JAVA 1 1..* GeneratedSource <<tool>> Compiler Config Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 46

47 Eine typische Build Start Finish Fail Init Pack_Archive Checkout Generate Compile RunTests Die einzelnen Schritte einer Build folgen einer Abhängigkeitskette. Jeder Schritt erfordert den erfolgreichen Abschluss des Vorhergehenden. Diese Abhängigkeitsregel lässt sich als XML Baum darstellen. Das Apache Jarkata Tool Ant ist ein Make Werkzeug, dass die Befehle eines solchen XML Baumes abarbeitet. Beliebige eigene Tools lassen sich dank der offenen Ant API als Ant- Task integrieren. Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 47

48 Literatur Wien wartet auf dich (engl. Peopleware), Tom de Marco & Timothy Lister, 1991, Carl Hanser Verlag München Wien, ISBN Der Termin, Tom de Marco, 1998, Carl Hanser Verlag München Wien, ISBN Erfolgreich mit Objektorientierung: Vorgehensmodelle und Managementpraktiken für die objektorientierte Softwareentwicklung, B. Oestereich et al., 2001, Oldenburg Wissenschaftsverlag, ISBN Extrem Programming explained, Kent Beck, 2000, Addison Wesley Longmann, ISBN The Unified Software Development Process, I. Jacobsen, G. Booch & J. Rumbaugh, 1999, Addison Wesley Longmann, ISBN Objektorientierte Prozessmodelle, Günter Müller-Ettrich, 1999, Addison Wesley, ISBN The Rational Unified Process, P. Kruchten, 1998, Addison Wesley, ISBN Agile Software Development, Alistair Cockburn, 2002, Addison-Wesley, ISBN Testing Object-Oriented Systems Models, Patterns and Tools, Robert V. Binder, 2000, Addison Wesley Longmann, ISBN Managing the Testing Process, Rex Black, 1999, Microsoft Press, ISBN X Prof. Dr. Nikolaus Wulff OO Systeme 48