Agile Softwaretechnik

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1 Agile Softwaretechnik Agile Softwaretechnik Technische Prozesse, Tools und Qualität im Blick Wenn fortschrittliche Entwickler eines Startups neue Software entwickeln, ist agile Softwaretechnik gesetzt: Wer heute auf der grünen Wiese beginnt, arbeitet selbstverständlich mit Continuous Integration, DevOps, Deployment Automation und automatisierten Tests. Für etablierte Unternehmen mit großen Anwendungslandschaften ist es eine Herausforderung, dieselbe technische Modernität nachträglich zu erreichen. Und doch gibt es gute Gründe, agile Techniken jetzt einzuführen - im Folgenden werden einige Motive, Möglichkeiten und Erfahrungen dargestellt. Agilität und Kosteneffizienz als Treiber Agile Vorgehensweisen [1] sind für viele Unternehmen attraktiv: Sie können damit schnell auf Bedürfnisse am Markt reagieren, erhalten durch häufige Bereitstellung von Funktionalität in kleinen Inkrementen frühzeitig Feedback von den Anwendern und bauen unliebsame Bürokratie ab. Derzeit wirkt der Trend zu agilen Methoden selbstverstärkend: Je mehr Unternehmen agil am Markt agieren, umso stärker wird der Druck auf ihre Marktbegleiter, Schritt zu halten. Für die Wettbewerbsfähigkeit gehört damit Agilität - meist in Verbindung mit Kosteneffizienz - zu den wichtigsten Gestaltungszielen für die IT, auch für etablierte Unternehmen mit langjährig gewachsenen Anwendungslandschaften. Um das Potential der Agilität nutzen zu können und die Kosteneffizienz nicht außer Acht zu lassen, erfordern technische Prozesse, Tools und die Qualität der Software verstärkt Aufmerksamkeit. Entwicklungsprozess: Agile Vorgehensweisen wie z. B. SCRUM konzentrieren sich darauf, von einem Softwareprodukt in einem schnellen Takt (meist 2-4 Wochen) potentiell auslieferbare neue Versionen zu erstellen. Jede Version wird integriert, gebaut und getestet. Wegen der Häufigkeit muss das sehr effizient geschehen. Releaseprozess: Der schnelle Takt bedeutet zehn, zwanzig oder mehr Releases pro Jahr, statt den bisher oft üblichen zwei bis vier. Heute ist der Betrieb auf Stabilität ausgelegt, die jedes neue Release zunächst in Gefahr bringt. Zukünftig muss die Zusammenarbeit zwischen Entwicklung und Betrieb an häufige Lieferungen angepasst werden, fehleranfällige und aufwändige Deployment-Prozesse müssen optimiert werden. PENTASYS-Blickpunkte

2 Funktionalität: Je schneller der Takt wird, umso mehr muss auch die technische Funktionalität der Software darauf ausgelegt werden. Ein Fehler in einem einzelnen Feature, der kurz vor dem Releasetermin erkannt wird, darf nicht den Go Live der Version verhindern. Anwender sollen die häufigen Deployments nicht bemerken, also müssen diese ohne Downtime ablaufen. Auch dann, wenn die Version Schemaänderungen in der Datenbank und Migrationen erfordert. Softwarequalität: Der Wunsch, Funktionalität schnell in Betrieb nehmen zu können, führt häufig zu Abkürzungen in der Entwicklung. Nimmt man Lösungen in Kauf, die einer optimalen Softwarestruktur widersprechen, spricht man heute von technischen Schulden. Denn fast jede suboptimale Lösung führt zu Mehraufwänden bei Wartung und Weiterentwicklung: technische Schulden kosten also Zinsen. Schulden müssen getilgt werden, sonst liefern zukünftige Sprints aus Anwendersicht weniger neue Funktionalität als erwartet. Die im Folgenden dargestellten Techniken rund um die Idee Continuous Delivery unterstützen die Ziele Agilität und Kosteneffizienz und fördern die Softwarequalität. Zur Vereinfachung gehen wir von SCRUM als agiler Vorgehensweise und Java als Technologie aus. Die Techniken sind aber nicht darauf beschränkt, sondern auf viele Situationen übertragbar. Continuous Integration wird häufig eingesetzt Am Ende eines Sprints wird lauffähige Software erwartet. Continuous Integration (CI) beschreibt einen Prozess und eine Werkzeugkette, die sicherstellen soll, dass die Software möglichst zu jedem Zeitpunkt der Entwicklung - nicht erst am Ende - lauffähig ist. Ist die Lauffähigkeit nach einem Build nicht mehr gegeben, hat die Beseitigung des verursachenden Fehlers Priorität. Continuous Integration ist heute weit verbreitetet: Sobald ein Entwickler Änderungen am Quellcode in die Versionsverwaltung eincheckt, startet automatisch am Build-Server ein Prozess, der eine neue Version der Software baut. Dies umfasst das Kompilieren des Codes und die Zusammenfassung aller Module und Dateien in eine für die Installation geeignete Datei. Automatisierte Unit-Tests und Quellcode-Analysen (siehe Abschnitt 5) prüfen die grundlegende Qualität der so erstellten Software. Je nachdem, ob Qualitätskriterien eingehalten werden, wird der Build als erfolgreich oder fehlgeschlagen markiert. Ergebnis eines erfolgreichen Builds ist ein potentially shippable product, das mit einer eindeutigen Versionsnummer in einem Artefakt-Repository abgelegt wird. In vielen Unternehmen starten nach dem Build dann manuelle, aufwändige und fehleranfällige Installations- und Releaseaktivitäten, um die Software in Test- und Produktivumgebungen zum Laufen zu bringen und die Freigabe für Produktion zu erhalten. Continuous Delivery ist der nächste Schritt Continuous Delivery (CD) erweitert Continuous Integration und ergänzt fehlende Schritte auf dem Weg zum schnellen Anwender-Feedback: Software wird nicht nur kontinuierlich gebaut und getestet, sondern auch geliefert [2]. Es entsteht die Build- und Deployment Pipeline, die die bisher getrennt ablaufenden Entwicklungs- und Releaseprozesse in 2 Agile Softwaretechnik

3 einer integrierten Toolkette zusammenführt. In der Build- und Deployment- Pipeline wird der Freigabeprozess vom Build bis zur Livestellung in mehrere Stufen, den Stages, eingeteilt. Code Version Control System (z. B. SVN) Commit Stage Akzeptanz Test Stage Anwendungs- & Infrastrukturkonfiguration Nutzer- Abnahme Stage Performance Test Stage Release Stage Potentially shippable product Artefakt-Repository (z. B. Nexus) Anzahl und Ausprägung der Stages einer Build- und Deployment-Pipeline werden an die Erfordernisse des Unternehmens angepasst. Jede Stage bildet einen Qualitätssicherungs- oder Lieferschritt ab. Es gibt manuell und automatisiert ablaufende Schritte und einen definierten Pfad, entlang dem die Software die Stages durchlaufen muss. Mit jeder erfolgreich absolvierten Stage wächst die Sicherheit, dass die Software die erforderliche Qualität hat. Sobald eine Stage nicht erfolgreich absolviert werden kann, ist die Software per Definition nicht für Produktion geeignet und die Pipeline endet. Dann muss eine neue Version gebaut werden, in der die Probleme behoben sind und mit der die Pipeline von vorne beginnt. Einige Prinzipien des Continuous Delivery, die einfach klingen, in der Praxis aber oft noch nicht gegeben sind: Jede Version wird nur einmal zu Beginn der Pipeline gebaut. Alle weiteren Schritte verwenden dasselbe binäre Artefakt aus dem Artefakt- Repository. Die Installation erfolgt in jede Umgebung mit demselben Verfahren, egal ob Test oder Produktion. Unterschiede werden über Parameter im Installationsvorgang gesteuert. Dadurch wird auch die Installation häufig getestet. Alles ist unter Versionskontrolle, z.b. auch die umgebungsabhängigen Parameter für die Installation. Installationen bleiben nachvollziehbar und reproduzierbar. Mindestens eine Stage ist identisch wie Produktion oder zumindest sehr ähnlich. So werden Überraschungen vermieden, die in abweichenden Testumgebungen nicht erkannt werden. Abbildung 1: Beispiel für eine Build- und Deployment-Pipeline, nach [2] Die Stages in Abbildung 1: Die Commit Stage realisiert der Build-Server und umfasst die Schritte der Continuous Integration. Automatisierte Tests sind hier vor allem feingranulare Unit-Tests. Ist ein Build erfolgreich, dann wird eine Software- Version im Artefakt-Repository für die weiteren Stages abgelegt. Agile Softwaretechnik 3

4 In der Stage für automatisierte Akzeptanztests wird die Software bereits in einer der Zielplattform ähnlichen Umgebung installiert. Tests stellen sicher, dass die Erwartungen an neue Funktionalität erfüllt sind und die dafür definierten Akzeptanzkriterien erreicht werden. Auch die Akzeptanztests für früher entwickelte Funktionalitäten werden erneut ausgeführt um sicherzustellen, dass keine Altfunktionalität beschädigt wurde (Regressionstest). In der Nutzer Abnahme Stage führen Fachleute nun explorative Tests aus, beurteilen die Usability und erteilen die Freigabe für Produktion. Unternehmen wollen sich selten darauf beschränken, ausschließlich automatisierten Tests zu vertrauen. Durch die Anordnung der Pipeline werden diese manuellen Tests aber nur ausgeführt, wenn die vorhergehenden Stages erfolgreich waren. Es reichen weniger manuelle Tests, weil die Testfälle der Automation nicht wiederholt werden müssen. In der Performance Test Stage werden weitere Tests ausgeführt, die besondere technische Bedingungen erfordern, zum Beispiel Last- und Performancetests. In der Release Stage erfolgt die Installation und Konfiguration der Software in Produktion und weitere Schritte, wie z. B. Datenmigrationen. Idealerweise ist der Vorgang vollständig automatisiert und es gibt eine ebenfalls automatisierte Rollback-Routine falls der Rollout abgebrochen werden soll. Man spricht von einem Push Button Release (es muss nur noch ein Knopf gedrückt werden). Agilität hat auch Auswirkungen auf die funktionale Gestaltung Ist die Softwaretechnik agil und Continuous Delivery implementiert, kann ein kontinuierlicher Strom an Funktionalität in Produktion geliefert werden. Beispiele zeigen, dass in der Art und Weise, wie wir Informationssysteme gestalten, weiteres Potential für Agilität steckt. Feature Toggles Damit Bugs in einzelnen Features nicht verhindern, dass eine ansonsten nützliche Softwareversion in Produktion gehen kann, sind Mechanismen sinnvoll, die das ganz oder gar nicht Prinzip des Softwareumfangs außer Kraft setzen. Feature Toggles sind Schalter, mit denen einzelne Features der Software versehen werden, um diese per Konfiguration aktivieren und deaktivieren zu können. Damit können fehlerhafte Features vor dem Release abgeschaltet werden oder Features in einem Client solange verborgen bleiben, bis die serverseitig erforderliche Funktionalität bereitsteht. Werden Tests nicht rechtzeitig abgeschlossen, können Features deaktiviert in Produktion gehen und nach erfolgreichem Abschluss der Tests aktiviert werden, ohne das ein erneutes Deployment erforderlich ist. Zero Downtime Deployments Je häufiger eine Anwendung in Produktion aktualisiert wird, umso störender wird es, wenn damit Downtimes verbunden sind. Dies gilt in besonderem Maße für Software, die für die Endkunden des Unternehmens sichtbar ist. Das typische Lösungsmuster besteht darin, dass die Software in mehreren Instanzen in Produktion läuft und ein Load-Balancer die Anwendersitzungen gleichmäßig auf die Instanzen verteilt. Während des Releasevorgangs ignoriert der Loadbalancer einzelne Instanzen solange, bis diese keine 4 Agile Softwaretechnik

5 Last mehr tragen und dann auf die neuere Version aktualisiert werden. Währenddessen läuft der Produktivbetrieb über die anderen Instanzen. Der Vorgang ist abgeschlossen, sobald alle Instanzen aktualisiert wurden. Das ist häufig nicht trivial: Falls neue Versionen Änderungen an der Datenbank erfordern, muss die Software so konstruiert sein, dass in einer Übergangsphase alte und neue Version mit derselben Datenbank zurechtkommen. Unterstützt die Software langlaufende Prozesse, so kann der Releasevorgang zäh werden, wenn für jede Instanz die Beendigung der Sitzung des letzten Anwenders abgewartet werden muss, bevor die Installation beginnt. Dann kann Funktionalität sinnvoll sein, mit der laufende Anwendersitzungen von einer Instanz mit alter Version auf eine Instanz mit neuer Version verschoben werden können. Technische Schulden sichtbar machen Technische Schulden kosten Zinsen in der Wartung und Weiterentwicklung in Form von Mehraufwand. Selten werden nach einem Release der Software Schulden wieder in dem Maße getilgt, dass keine Zinsen mehr anfallen. Im Gegenteil: Technische Schulden häufen sich an und der Effekt potenziert sich. Manchmal entstehen technische Schulden unbeabsichtigt und unbemerkt, z. B. weil Entwickler nicht ausreichend eingearbeitet sind. Früher oder später kommt die Software in einen Zustand, den man als über die Jahre gewachsen bezeichnet. Diese schleichende Verschlechterung von Software-Qualität und -Struktur kann ein Software-Cockpit transparent machen. Basis des Software- Cockpits sind Messungen im Build-Prozess, so dass mit jedem Build ohne manuellen Aufwand aktuelle Daten gewonnen werden. Ein Software- Cockpit kann auf Basis von Open-Source-Tools, z. B. SonarQube [3], erstellt werden. Typischerweise werden Kennzahlen zum Umfang des Codes, zur Code-Qualität, zur Code-Dokumentation, zur Einhaltung von Programmierregeln und zu Testergebnissen erfasst. Ein Software-Cockpit besteht aus Sensoren, einer Datenbank und einer Cockpit-Visualisierung: Die Sensoren sind Analyseprogramme, die im Build-Prozess die Rohdaten für die Kennzahlen erheben. Sensoren für statische Analysen untersuchen Quellcode oder Kompilate. Sensoren für dynamische Analysen führen Messungen bei Ausführung von Tests aus. Fortgeschrittene Analysen, z. B. mit Structure101 [4], erweitern den Fokus von Code-Qualität auf strukturelle Probleme und können erkennen, wenn der Code die Ziel-Architektur verletzt. In der Datenbank werden die Ergebnisse zu vielen Messzeitpunkten gesammelt. Damit wird es möglich, Trends zu beobachten und Messwerte zu verschiedenen Versionen der Software zu vergleichen. Das ist die beste Möglichkeit, die Anhäufung technischer Schulden zu erkennen. Die Visualisierung bereitet die gesammelten Messwerte und daraus abgeleitete Kennzahlen graphisch auf. Eine zentrale Ansicht rückt die aus Sicht des Projekts wichtigsten Kennzahlen in den Vordergrund. Weitere Detailansichten unterstützen Analysen durch Experten. Ein Software-Cockpit ist ein erprobtes Werkzeug, mit dem auf einfache und zuverlässige Weise Feedback zu den inneren Werten der Software für die Entwicklung und die kontinuierliche Verbesserung nutzbar werden. Agile Softwaretechnik 5

6 Agile Softwaretechnik Zusammenfassung Unternehmen, die eine umfangreiche, eigenentwickelte IT-Landschaft betreiben, stehen vor einer Herausforderung: sie müssen Prozesse, Tools und Anwendungsdesign aktualisieren, wenn sie Agilität und Kosteneffizienz nachhaltig erreichen wollen. Agile Vorgehensweisen alleine reichen nicht aus, bzw. erfordern in letzter Konsequenz die Einführung von Techniken wie Continuous Delivery und eine technische Modernisierung. Erfahrungen in verschiedenen Projekten zeigen: Die Aktualisierung von Prozessen und Tools auf State-of-the-Art Niveau erfordert klare Ziele, bewusste Auswahlentscheidungen und die Schulung und Weiterbildung der Mitarbeiter. Die funktionale Anpassung der Anwendungen, z. B. durch die Nutzung von Feature Toggles, der Umsetzung von Zero Downtime Deployments etc. ist ein weiterer Baustein, der mit der technischen Modernisierung nicht wie selbstverständlich einhergeht. Er ist schwerer zu schulen und, je nach Ausgangssituation, leicht oder schwer zu erreichen. Siehe auch [5]. Kernthemen bei der Einführung moderner Entwicklungsprozesse sind Teststrategie und Testautomatisierung. Anwendungen, die Testbarkeit zu wenig berücksichtigen, sind für die Automatisierung eine Herausforderung. Erschwerte Testbarkeit ist ein Beispiel für technische Schulden, die Continuous Delivery schwieriger machen. Technische Schulden wirken sich aufwandstreibend auf viele Aspekte aus. Ziemlich sicher kommen mit der Einführung der genannten Techniken viele davon ans Tageslicht. Wie notwendig und wie aufwändig es ist, sie abzubauen, hängt vom Einzelfall ab. Continuous Delivery gelingt erst, wenn viele Bausteine ineinandergreifen. Diese müssen aber nicht zwingend alle auf einmal umgesetzt werden. Viele Bausteine, z. B. Testautomatisierung oder das Software-Cockpit, entfalten auch einzeln bereits Nutzen. Agiler Vorgehensweise folgend empfiehlt es sich, ein Modernisierungs-Backlog anzulegen und nach Business Value zu priorisieren. Damit ist sichergestellt, dass die Verbesserungen mit dem größten Potential zuerst angegangen werden und nicht zu viele gleichzeitige Umstellungen die IT überfordern. Und: vielleicht gibt es Anwendungen, für die sich eine Umstellung nicht lohnt. Für die Kernanwendungen, die häufig Änderungen unterworfen sind, ist der Nutzen aber sehr groß. Quellen: [1] PENTASYS: Agile Softwareentwicklung - die wichtigsten Methoden, Blickpunkte Nr. 2/2012 [2] Jez Humble, David Farley: Continuous Delivery, Pearson Education Inc., 2011 [3] Link: [4] Link: [5] PENTASYS: Agile Architekturen, Blickpunkte Nr. 2/2013 Der Autor: Helmut Duschinger ist Seniorberater in der Business Unit Financial Services der PENTASYS AG. Seine Schwerpunkte sind die Gestaltung serviceorientierter Anwendungslandschaften und die Entwicklung geschäftskritischer Informationssysteme für Banken und Versicherungen. Er bringt dabei mehr als 18 Jahre Erfahrung als Entwickler, Facharchitekt und Projektleiter in Projekten jeder Größe ein. Als Scrum Master, Product Owner und Coach unterstützt er agile Projekte und berät Unternehmen bei der Einführung moderner Softwaretechnik und Entwicklungsprozesse. Die Blickpunkte sind ein kostenloser Newsletter der PENTASYS AG. Die PENTASYS AG, mit Sitz in München, Geschäftsstellen in Frankfurt am Main, Köln und Nürnberg, ist ein Tochterunternehmen der französischen AUSY Group mit Mitarbeitern in 11 Ländern. Das Beratungs- und Systemhaus ist darauf spezialisiert, Geschäftsprozesse unter besonderer Berücksichtigung spezifischer Kundenbedürfnisse mit maßgeschneiderten IT-Anwendungen zu optimieren. Das Leistungsspektrum der ISO-9001/2008 zertifizierten PENTASYS AG reicht dabei von der Bedarfsanalyse über das Projektmanagement bis hin zur Entwicklung und Implementierung der IT-Lösungen, die unsere Kunden bei der Stärkung ihrer Marktposition unterstützen. Zu den Referenzkunden gehören die Marktführer in den Branchen Finance, Telco, Travel, Transport & Logistics, Automotive und Pharma. Sämtliche Inhalte des Newsletters, auch Konzepte und Design, sind urheberrechtlich geschützt. Das Copyright/Urheberrecht liegt bei der PENTASYS AG. PENTASYS AG Rüdesheimer Straße München Tel.: Geschäftsstelle Frankfurt: Solmsstraße Frankfurt am Main Tel.: Geschäftsstelle Köln: Dülkenstraße Köln Tel.: Geschäftsstelle Nürnberg Rothenburger Straße Nürnberg Tel.: PENTASYS AG. Stand Dezember 2014

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