Modellgetriebene Softwareentwicklung

Transkript

1 Thomas Stahl Markus Völter Sven Efftinge Arno Haase Modellgetriebene Softwareentwicklung Techniken, Engineering, Management Mit Beiträgen von Jorn Bettin, Simon Helsen und Michael Kunz 2., aktualisierte und erweiterte Auflage

2 Thomas Stah: Markus Völter: Sven Efftinge: Arno Haase: Lektorat: René Schönfeldt Copy-Editing: Susanne Rudi, Heidelberg Herstellung: Peter Eichler, Eberbach Umschlaggestaltung: Helmut Kraus, Druck und Bindung: Koninklijke Wöhrmann B.V., Zutphen, Niederlande Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. ISBN Auflage 2007 Copyright 2007 dpunkt.verlag GmbH Ringstraße Heidelberg Die vorliegende Publikation ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten. Die Verwendung der Texte und Abbildungen, auch auszugsweise, ist ohne die schriftliche Zustimmung des Verlags urheberrechtswidrig und daher strafbar. Dies gilt insbesondere für die Vervielfältigung, Übersetzung oder die Verwendung in elektronischen Systemen. Es wird darauf hingewiesen, dass die im Buch verwendeten Soft- und Hardware-Bezeichnungen sowie Markennamen und Produktbezeichnungen der jeweiligen Firmen im Allgemeinen warenzeichen-, marken- oder patentrechtlichem Schutz unterliegen. Insbesondere sind Model Based Development, Model Based Programming, Model Driven Development, Model Driven Programming, MOF sowie Model Driven Architecture, MDA, UML, CORBA und XMI Warenzeichen bzw. eingetragene Warenzeichen der Object Management Group, Inc. (s.a. Alle Angaben und Programme in diesem Buch wurden mit größter Sorgfalt kontrolliert. Weder Autor noch Verlag können jedoch für Schäden haftbar gemacht werden, die in Zusammenhang mit der Verwendung dieses Buches stehen

3 v Inhaltsverzeichnis Teil I Einführung 1 Einleitung Das Thema des Buches Zielgruppen Ziele des Buches Abgrenzung Struktur des Buches und Leitfaden für den Leser Die zweite Auflage Webseite zum Buch Danksagungen Einführung in MDSD Was ist MDSD Formale Modelle Lauffähige Software erzeugen Automatisch Gründe für MDSD Abstraktion Einheitliche Architektur Entwicklungsgeschwindigkeit Wiederverwendung Interoperabilität und Plattformunabhängigkeit Softwarequalität Erstes Fallbeispiel: Generator für einfache Webanwendungen Die technische Basis Entitäten, Komponenten und Webseiten Anwendungscode... 19

4 vi Inhaltsverzeichnis Generator Gesamtsicht Fazit und Ausblick Begriffe und Konzepte Definitionen Modellierung Software-Systemfamilien Verwandte Ansätze Model Driven Architecture MDA Generative Programming Software Factories Model-integrated Computing Sprachorientierte Programmierung Domänenspezifische Modellierung Vergleich mit anderen Techniken CASE, 4GL und Wizards Roundtrip Engineering Patterns Domain Driven Design MDSD, datengetriebene Entwicklung und Interpreter MDSD und Agile Softwareentwicklung Teil II Domänenarchitekturen 4 Das Beispiel eine Versicherungsanwendung Das Projekt Fachlichkeit Funktionalität Entitäten Architektur Client-Server-Architektur Plattform Serverseitiges Komponentenmodell Metamodellierung Einführung Was ist Metamodellierung? Constraints und Modellvalidierung Metametamodelle... 61

5 Inhaltsverzeichnis vii 5.2 Konkrete Technologien MOF/UML EMF und Ecore Klassen als Metamodell Abstrakter Syntaxbaum XML und XSD Vergleich der Technologien Best Practices Lebendiges Metamodell Metamodell an erster Stelle Modulares Metamodell Extension Points Metamodell als Projektsprache Typische Metamodellbestandteile Komponenteninfrastruktur Implementierung von Komponenten Ausdrücke Validierung von Metamodellen Beispiel Typen und Komponenten Persistenz Formbriefe Domänenspezifische Sprachen Kategorisierung Interne vs. externe DSLs Wiederverwendung vs. Neuimplementierung Grafische vs. textuelle DSLs Techniken der DSL-Entwicklung Textuelle Syntax mit Xtext Das Graphical Modeling Framework (GMF) Parsergeneratoren Andere Arten von DSL-Editoren Integrierte Metamodellierungs-IDEs Best Practices Evolution von DSLs (Don't break the public API) Modellierung von Verhalten Konkrete Syntax ist wichtig! Don't Repeat Yourself (DRY)

6 viii Inhaltsverzeichnis Configuration by Exception (Defaults) Convention over Configuration Anwendung im Versicherungsbeispiel Typen und Komponenten Persistenz Formbriefe Konstruktion MDSD-tauglicher Zielarchitekturen Softwarearchitektur im Kontext von MDSD Was ist eine gute Architektur? Wie kommt man zu einer guten Architektur? Architekturmuster und -stile Bausteine für Softwarearchitektur Frameworks Middleware Komponenten Architektur-Referenzmodell Ausbalancierung der Plattform Beispiele Integration von Frameworks SOA, BPM und MDSD SOA BPM SOA und BPM Codegenerierung Workflows und Cartridges Die Workflow-Engine des MWE-Projekts Cartridges Codegenerierung warum? Performance Codegröße Analysierbarkeit Fehlerfrüherkennung Einschränkungen der (Programmier-)Sprache Aspekte Introspection

7 Inhaltsverzeichnis ix 8.3 Kategorisierung Metaprogramme Präprozessoren (Makroprozessoren) Integrierte Metaprogrammierfunktionalität Interpreter Codegeneratoren bei der MDSD Konstruktion von Codegeneratoren Templates Generieren mit imperativen Programmiersprachen Codegenerierung mit openarchitectureware 4.x Best Practices Generiere gut aussehenden Code wann immer möglich Verquickung von generiertem und nicht-generiertem Code Testen von Generatoren Testen gegen die konkrete Syntax Testen mit Referenzmodell Versicherungsbeispiel Verzeichnisstruktur Entitäten Komponenten Interpreter Interpreter und Generatoren MDSD-Terminologie aus Sicht von Interpretern Domäne Metamodell Metametamodell Formales Modell Plattform Nichtfunktionale Eigenschaften von Interpretern Performance Umfang des Programmcodes Zeitpunkt des Bindens Integration eines Interpreters in ein System Aufruf des Interpreters Erweiterungspunkte Bereitstellen der Modelle

8 x Inhaltsverzeichnis 9.5 Interpretation von Ausdrücken Implementierung eines Interpreters Immutable Execution Context Interpreter und Tests Testen des Interpreters Testen der Modelle Interpreter im Versicherungsbeispiel Auswertung des Parse-Baums Eingabetexte speziell für einen Brief Modell-zu-Modell-Transformationen Wozu Modelltransformationen? Cartridges Kategorisierung Modellmodifikation Modelltransformation Modell-Weaving (Linking) Herausforderungen Umgang mit Mengen Zyklen Debug-Fähigkeiten Inkrementelle Transformationen Protected Regions bei Modelltransformationen Bidirektionale Transformationen Konkrete Lösungen QVT Atlas Transformation Language (ATL) Xtend Vergleich Testen von Modelltransformationen Modelltransformationen im Versicherungsbeispiel Modelltransformation im Kontext Konkrete Transformation

9 Inhaltsverzeichnis xi Teil III Prozesse und Engineering 11 MDSD-Prozessbausteine und Best Practices Einleitung Trennung von Anwendungs- und Domänenarchitekturentwicklung Grundprinzip Architektur-Entwicklungsstrang Anwendungs-Entwicklungsstrang Organisatorische Aspekte Zweigleisig iterative Entwicklung Entwicklungsprozess für Zielarchitekturen Drei Phasen Phase 1: Elaboration Phase 2: Iteration Phase 3: Automation Grundlagen des Product Line Engineering Software-Systemfamilien und Produktlinien Einordnung in den MDSD-Prozess Methodik Domänenmodellierung Weiterführende Literatur Testen Testen von Softwaresystemen Unit-Tests und interne DSLs Lasttests Nicht-funktionale Tests Oberflächentests Testen mit MDSD Generieren von automatischen Testfällen Unit-Tests und DSLs Modellgetriebenes Testen Abgrenzung Konzeptionelle Grundlagen Fallstudie: Oberflächentests mit oaw-test und JMeter

10 xii Inhaltsverzeichnis 13 Versionierung Was wird versioniert? Projekte und Abhängigkeiten Struktur von Anwendungsprojekten Versionsmanagement und Build-Prozess bei gemischten Dateien Modellierung im Team und Versionierung von Teilmodellen Partitionierung vs. Subdomänen Verschiedene generative Softwarearchitekturen Weiterentwicklung der DSL Partitionierung und Integration »Echte«dateiübergeifende Referenzierung Fallstudie: Eingebettete Komponenteninfrastrukturen Überblick Einführung und Motivation Komponenteninfrastrukturen Anforderungen an Komponenteninfrastrukturen bei eingebetteten Systemen Grundsätzlicher Ansatz Product Line Engineering Domain Scoping Variabilitätsanalyse und Domänenstrukturierung Domänendesign Domänenimplementierung Modellierung Definition von Interfaces Definition von Komponenten und Ports Definition eines Systems Gesamtmodell Verarbeitung Implementierung von Komponenten Generatorentwicklung Definition der textuellen Syntax Parsen und Zusammenführen des Gesamtmodells Deklarative Modellvalidierung

11 Inhaltsverzeichnis xiii 14.6 Codegenerierung Referenzen Polymorphismus Trennung von Verantwortlichkeiten im Metamodell Generierung der Build-Files Verwendung von AspectJ Kaskadierte Domänenarchitekturen Modellierung Generierung Teil VI Management 15 Entscheidungshilfen Betriebswirtschaftliches Potenzial Automation und Wiederverwendung Qualität Wohldefinierte Architektur Konserviertes Expertenwissen Stringentes Programmiermodell Aktuelle und nutzbare Dokumentation Qualität von generiertem Code Testaufwand und mögliche Fehlerquellen Wiederverwendung Portabilität, Änderbarkeit Investitionen und erzielbare Gewinne Architekturzentrierte MDSD Fachlich ausgerichtete MDSD-Domänen Kritische Fragen Zusammenfassung Weiterführende Literatur Organisatorische Aspekte Rollenverteilung Domänenarchitektur-Entwicklung Anwendungsentwicklung

12 xiv Inhaltsverzeichnis 16.2 Teamstruktur Ausgestaltung der Rollen und Personalbedarf Querschnitts-Teams Aufgaben der Architekturgruppe Software-Produktentwicklungsmodelle Terminologie In-House-Entwicklung Klassisches Outsourcing Offshoring Radikales Offshoring Kontrolliertes Offshoring Komponentenweise Entscheidung Adaptionsstrategien für MDSD Voraussetzungen Getting Started MDSD-Pilotierung Risikoanalyse Projektinitialisierung MDSD-Adaptierung bestehender Systeme Klassifikation des Software-Inventars Bauen, Kaufen oder Open Source Entwurf einer Zulieferkette Inkrementelle Evolution von Domänenarchitekturen Risikomanagement Risiko: Toolzentriertheit Risiko: Für MDSD kontraproduktive Entwicklungs-Toolkette Risiko: Überlastetes Domänenarchitekturteam Risiko: Wasserfall-Vorgehensmodell, datenbankzentrierte Entwicklung Risiko: Elfenbeinturm Risiko: Keine Trennung von Anwendung und Domänenarchitektur

13 Inhaltsverzeichnis xv Anhang A MDA-Standard 377 A.1 Ziele A.2 Kernkonzepte A.3 Herausforderungen für die MDA B Queries/Views/Transformations (QVT) 393 B.1 Historie B.2 Architektur B.3 Eine Beispiel-Transformation B.4 Bewertung C Quelltext der Modelltransformationen 413 C.1 Complete QVT Relations alma2db Example C.2 Complete QVT Operational Mappings alma2db Example D Literatur 423 E Autoren 431 Stichwortverzeichnis 433