Softwaretechnik für den Entwurf

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1 Projektseminar RIKA Wintersemester 1999/ Holm Wegner, Florian Matthes Entwurfsphase: Einordnung Planungsphase Lastenheft Definitionsphase Pflichtenheft Entwurfsphase Produktentwurf Implementierungsphase Produkt, Komponenten Abnahme und Einführung Installiertes Produkt Pflichtenheft Produktmodell, z.b. OOA Konzept Benutzungsoberfläche Benutzerhandbuch + Hilfekonzept Entwurfsprozeß Softwarearchitektur Spezifikation der Systemkomponenten Struktur Verhalten 2 1

2 Entwurf Analyse Entwurf WAS? WIE? konzeptuelles Klassendiagramm, System-Interaktionsdiagramme Entwurfs-Klassendiagramme Einsatzdiagramme... 3 Aufgabe des Entwurfs Aus den gegebenen Anforderungen an ein Software-Produkt eine softwaretechnische Lösung im Sinne einer Softwarearchitektur entwickeln. Auch Programmieren im Großen genannt. Ausgangspunkt: Ergebnisse der Definitionsphase (Systemanalyse) Ergebnis: Softwarearchitektur (Systemarchitektur) Spezifikation der Systemkomponenten 4 2

3 Entwurfsentscheidungen Grundsatzentscheidungen bzgl. Betriebssystem Hardwareplattform(en) Programmiersprache Datenhaltung (Persistenz) Verteilung Benutzungsoberfläche (GUI) Hilfesystem Architekturentwurf 5 Beschreibungsmittel in UML In UML vorhandene Beschreibungsmittel für Architekturentwurf: logische Strukturen (Pakete, Paketdiagramme, Subsysteme, Schnittstellen) physische Strukturen (Komponenten, Komponentendiagramme, Knoten, Einsatzdiagramme) für den Strukturentwurf: Klassendiagramme, Klassen für den Verhaltensentwurf: Interaktionsdiagramme, Zustandsdiagramme, Zustandsautomaten 6 3

4 Aufgabe des Architekturentwurfs Ein Architekturmodell (Strukturmodell) ist ein Model eines Datenverarbeitungssystems, das die statische Struktur der Komponenten eines Systems beschreibt. Beispiele: Netzwerktopologie (Hardware) Blockschaltbild (Hardware) Funktionsbaum (Software) Einsatzdiagramm, Paketdiagramm (Software) Moduldiagramm (Hard/Software) Organigramm in einem Unternehmensmodell 7 Verteilungsalternativen für Client/Server-Konzept Client eigentliche Anwendung Anwendung Teil 1 Server eigentliche Anwendung Datenhaltung Benutzungsoberfläche Datenhaltung Benutzungsoberfläche Datenhaltung Anwendung Teil 2 Benutzungsoberfläche Entfernte Datenhaltung Entfernte Benutzungsoberfläche Kooperative Verarbeitung 8 4

5 Paketdiagramm Ein Paketdiagramm zeigt den Zusammenhang (Abhängigkeiten) zwischen verschiedenen Paketen des Systems. Paket Abhängigkeit Paket A Paket C Paket B Klient Lieferant 9 Pakete (1) Ein Paket ist ein genereller Mechanismus zum Gruppieren von Modell-Elementen (z.b. Diagrammen, Klassen,...). Pakete können (rekursiv) in Pakete geschachtelt sein. Jedes Element ist in genau einem Paket enthalten ( Baum). Ein Paket definiert einen Namensraum für die in ihm enthaltenen Elemente. Das Gesamtsystem kann als ein Paket betrachtet werden. Spezielle Arten von Paketen sind: System, Subsystem. Kennzeichnung durch das Stereotyp «subsystem». Stereotyp Name (alternativ) «subsystem» Auftragsannahme «subsystem» Vertrieb Paketname 10 5

6 Pakete (2) Möglichkeiten zur Darstellung des Inhalts von Paketen sind: Aggregation Unterpaket Schachtelung «subsystem» Namenslisten Vertrieb Auftragsystem Kunde Klasse «subsystem» Auftragsannahme Klassen «subsystem» Vertrieb Auftrag Kunde Position Sichtbarkeiten + Auftrag + Kunde - Position 11 Beispiel: Pakete in Java Import von Paketen durch Benutzer (Klienten): import mypackage.*; import mypackage.mysubpackage.class5; import java.util.vector; class Client {...} Deklaration von Paketen in Java: package mypackage; public class Class1 {... } package mypackage.mysubpackage; public class Class5 {... } java.util Vector mypackage Class1 Client mysubpackage Class5 12 6

7 Subsysteme Problem: Wie breche ich ein großes System in kleinere Systeme herunter? funktionale Dekomposition OO Pakete Abbildung des Gesamtsystems auf Funktionen und Unterfunktionen, beginnend beim Anwendungsfall Zusammenfassung von Klassen zu Subsystemen Schichtung von Subsystemen Abstraktion: Konzentration auf das Wesentliche, Verdrängen des Unwesentlichen. Lokalität: Physische Zusammenfassung von Zusammengehörigem (Daten und Algorithmen). Verdecken: Beschränkung der Sichtbarkeit von Details auf diejenigen Teile eines Systems, die benötigt werden. 13 Nutzen von Paketen und Paketdiagrammen Problem: Typischerweise wächst die Komplexität eines Systems 100(0)e von Klassen Pakete erlauben: Kontrolle der Komplexität: Ein Klassendiagramm sollte auf eine A4 Seite passen. Ein Entwickler kann etwa 7 (+/ 2) Klassen auf einmal erfassen. Einschränkung der Namensräume Kontrolle der Propagierung von Änderungen Bau von geschachtelten Klassenhierarchien Bau von geschichteten Architekturen Sichtbarmachen von Abhängigkeiten auf höheren Abstraktionsniveau Aufteilung der Entwicklungsarbeit im Team Spezifikation von Schnittstellen zwischen Gruppen von Klassen (Subsystemen) 14 7

8 Schnittstellen Eine Schnittstelle ist eine benannte Menge von Operationen, die das nach außen sichtbare Verhalten z.b. einer Klasse, Komponente oder eines Pakets definiert. Schnittstellen haben keine Implementierung, keine Attribute und keine Beziehungen. Schnittstellen können in Generalisierungsbeziehungen zueinander stehen. Stereotyp «interface» Klasse oder Komponente, die die Schnittstelle erfüllt «interface» Türöffner öffne() schließe() status() Benutzt-Beziehung Türöffner Klient alternative Form ohne Operationen 15 Einsatzdiagramm Ein Einsatzdiagramm zeigt die Konfiguration von Knoten zur Laufzeit sowie die Komponenten (Instanzen) und Objekte, die sich darauf befinden. Komponenten, die nicht als Laufzeitobjekt (Instanz) existieren, sollen nur im Komponentendiagramm erscheinen. server :Host :Scheduler «direct channel» «database» meetingdb reservation Objekt Knoten client :PC Komponente :Planer 16 8

9 Komponentendiagramm Ein Komponentendiagramm beschreibt die Organisation und die Abhängigkeiten zwischen Komponenten eines Systems. Servlet Reservierung Schnittstellenbenutzung Applet update 17 Knoten Ein Knoten (node) ist physikalisches Objekt, das zur Laufzeit existiert und Bearbeitungsressourcen repräsentiert, die Speicher und Berechnungskapazität haben. Auf einem Knoten können Objekte und Komponenten angesiedelt sein. Knoten können Rechner, aber auch Menschen oder (mechanische) Geräte oder Maschinen sein (wichtig für Geschäftsmodelle). mainserver k:kundendb hw :Kunde «become» workstation hw :Kunde migriertes Objekt Knoten Komponente auf Knoten Objekt auf Knoten 18 9

10 Methodisches Vorgehen 1) Identifiziere und benenne Subsysteme. 2) Lege Sichtbarkeiten für Klassen innerhalb jedes Subsystems fest. 3) Definiere und überprüfe Abhängigkeiten zwischen Paketen und den Klassen- und Interaktionsdiagrammen. 4) Falls erforderlich, definiere Schnittstellen, die in separaten, gemeinsam genutzten Paketen gespeichert werden. 19 Klassen: Drei Sichten in der OO-Modellierung Konzeptuelle Sicht (frühe Analyse) Klassen repräsentieren die fachlichen Konzepte sprach- und systemunabhängig wenige Klassen, paßt auf wenige Diagramme Entwurfssicht (späte Analyse, früher Entwurf) Klassen repräsentieren SW-Schnittstellen beschreibt die Lösung schwieriger Probleme der Implementierung (Risikominimierung) Gliederung des Systems in Schichten, Subsysteme und Pakete Implementierungssicht (Entwurf und Programmierung) zeigt die tatsächlich in der Programmiersprache verwendeten Klassen wird direkt auf die Implementierung abgebildet Beispiel: Abbildung von Assoziationen 20 10

11 Sichten: Tips Sichten sind kein Bestandteil von UML, aber des Unified Process. Sichten sind bei der Modellierung und Modellrevision wichtig. Jedes Diagramme muß eindeutig genau einer Sicht zugeordnet sein. Beim Lesen von Diagrammen muß man die Sicht des Zeichnenden kennen. Die Implementierungssicht wird häufig verwendet, aber die anderen sind mindestens genauso wichtig!! 21 Attribute Attributname Attributyp Klassenname Initialwert Sichtbarkeit Test # isvisible :Boolean = false + points [2..*] : Point {addonly} owner : Person {db-constraint=unique} + count : Int = 0 Attribute Multiplizität Klassenattribut Eigenschaft 22 11

12 Operationen Stereotyp Name der Operation Test Argumentliste Rückgabetyp «query» + suche(in name :String) :Person gesamtgehalt() :Float {isquery} Operationen Klassenoperation Eigenschaft Verträge! 23 Vererbung konkrete Operation konkrete Klasse konkrete (überschriebene) Operation Freier Mitarbeiter einstellen() Mitarbeiter einstellen() suchen() Fester Mitarbeiter abstrakte Klasse abstrakte Klasse abstrakte Operation alternative Darstellung Mitarbeiter {abstract} einstellen() {abstract} suchen() 24 12

13 Assoziationen Navigation Benutzer 1 Besitzer * Paßwort Gruppe * + Mitglied * Benutzer 1 Sichtbarkeit - Schlüssel * Paßwort Firma Person Job Einstellungsdatum Gehalt Assoziationsklasse 25 Aggregation & Komposition Universität Komposition Aggregation 1 1..* Arbeitsbereich 1..* 1..* Lehrkraft Aggregat Teil 26 13

14 OO-Entwurf: Vorgehen und Konzepte Tätigkeiten und Ziele 1) Beim Entwurf von Klassen werden konzeptuelle Klassen präzisiert und neue identifiziert. Verträge Relevante Konzepte Attribute Operationen Multiplizität 2) Entwurf von Beziehungen zwischen Klassen Entwurf von Schnittstellen Abhängigkeiten minimieren, schmale Schnittstellen Wiederverwendung von Code Verfeinern der konzeptuellen semantischen Beziehungen und Identifikation neuer Beziehungen. abstrakte Klassen Abhängigkeiten Realisierung Parametrisierung, Instantiierung Assoziationen Aggregation Generalisierung 27 Zustandsautomaten Login Ereignis mit Parameter login(user) [AnzahlUser < max] / begrüße(user) Bedingung (guard) Aktiv ausschalten Zustandsübergang Passiv Aktion login(user) [AnzahlUser = max] / lehneab(user) Selbsttransition Zustand 28 14

15 Status Analyse Entwurf Implementierung Heute 29 Aufgabe: Entwurf Tätigkeiten Technologie und ihre Konsequenzen verstehen Architekturentwurf unter Berücksichtigung der Kundenanforderungen (Effizienz, Sicherheit,...) Definition von Arbeitspaketen für die Implementierung Ergebnisse bis : Systemarchitektur Entwurfs-Klassendiagramme Protokolle für verteilte Systeme (Szenarien, Zustandsdiagramme, Interaktionsdiagramme) Projektplan für Rest des Semesters (Aufwandsschätzung!) 30 15