Kiwi. Modellkonsistenz. Themenbereich Modellmanagement und Qualität

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1 Kiwi.

2 Kiwi. Modellkonsistenz Themenbereich Modellmanagement und Qualität Vortrag im Seminar Software-Qualität bei der modellbasierten Softwareentwicklung (SS2007) Stefan Marr

3 Agenda 3 Softwareentwicklung und Modellierung Inkonsistenz Definition, Gründe, Typen Inkonsistenz-Management Ansätze für Werkzeugunterstützung Typische Inkonsistenzen in UML-Diagrammen Spezielle und regelbasierte Ansätze

4 Zweck von Modellen 4 Allgemein Kommunikation Dokumentation Spezifikation Evolution Modelle als Zwischenprodukte Modell-Transformation Code-Generierung

5 Softwareentwicklung und Modellierung 5 Analyse Design class MyClass { private int x; } void m() { } Test Implementierung

6 Auftretendes Konsistenz-Problem im Lauf der Entwicklung 6 Lecturer Student getadvise() 1 1 Probleme Multiplizität Navigierbarkeit Abstraktes Objekt

7 Entstehung von Inkonsistenzen 7 Abstraktionsgrad?? modellierter Aspekt

8 Inkonsistenz 8 Definition Eine Inkonsistenz tritt genau dann auf, wenn eine Konsistenz-Regel verletzt wird. (nach [1]) Modelle in beliebiger Sprache (UML, textuelle Notation, ) Regeln nicht immer spezifiziert Regeln auf verschiedenen Ebenen möglich Projektebene z.b. Vorgabe der zu erstellenden Modelle Modellebene z.b. Verhalten nur auf vorhandenen Elementen Sprachebene z.b. OCL: Wellformedness von UML Diagrammebene z.b. Beziehungen zwischen Diagrammen

9 Beispiel für Konsistenzregeln 9 Regeln aus dem UML-Metamodell Ein Element darf sich nicht direkt oder indirekt selbst besitzen not self.allownedelements() ->includes(self) Element die bessen werden müssen, müssen einen Besitzer haben self.mustbeowned() implies owner->notempty() aus [2]

10 Gründe für Inkonsistenzen 10 Lücken in Spezifikation Unterschiedliche Auslegung Verschiedene Design-Entscheidungen Fehler in Modellen Iterative und arbeitsteilige Entwicklung der Modelle Diagramme nicht auf aktuellem Stand Komplexe Zusammenhänge der Diagramme Ausdrucksfähigkeit der Modellsprache

11 Inkonsistenz-Typen 11 Vertikal: zwischen Abstraktionsebenen Horizontal: zw. Modellen oder Modelldarstellungen einer Ebene Interlinguale Inkonsistenzen UML-Diagramm vs. Quellcode, vertikal Spezifikation vs. UML-Diagramm, horizontal Modell interne Inkonsistenzen Struktur vs. Verhalten Struktur vs. Struktur Verhalten vs. Verhalten

12 Framework zum Inkonsistenz-Management 12 aus [3]

13 Inkonsistenz-Management 13 Inkonsistenzen nicht vermeidbar Teils sogar gewünscht Vermeidung zu früher Design-Entscheidungen Behebung in einigen Situation zu aufwendig Umgang mit Inkonsistenzen Konsistenzregeln kontrollieren Einschätzen Auswirkung und Risiko Verfolgen und Beheben Messen

14 Zwischenfazit 14 Modelle wichtiger Bestandteil der Softwareentwicklung Konsistenzerhalt von Modellen und anderen Artefakten ist Herausforderung für den Entwicklungsprozess Inkonsistenz-Management möglich Tool-Unterstützung bei der Bearbeitung von Modellen ebenso Kiwi?

15 Agenda 15 Softwareentwicklung und Modellierung Inkonsistenz Definition, Gründe, Typen Inkonsistenz-Management Ansätze für Werkzeugunterstützung Typische Inkonsistenzen in UML-Diagrammen Spezielle und regelbasierte Ansätze

16 Klassifikation von Inkonsistenzen in UML Klassen-, Sequenz- und Zustandsdiagrammen 16 Konfliktebene Verhalten Struktur Modell-Modell Vererbte Assoziationen Unspezifizierte Referenzen (Typen) Modell-Instanz Inkompatible Definitionen Fehlende Instanzdefinition Instanz-Instanz Aufrufinkonsistenz Verhaltensinkonsistenz Inkompatibles Verhalten Unzusammenhängende Modelle aus [4]

17 Konsistenz-Probleme in UML-Modellen Inkompatible Definitionen 17 Lecturer Student getadvise() 1 1 Probleme Multiplizität Navigierbarkeit Abstraktes Objekt

18 Konsistenz-Probleme in UML-Modellen Inkompatibles Verhalten 18 Lecturer Student answer(question) answered() answer(question2) answer(question3) Problem Widersprüchliche Verhaltensdefinitionen

19 Konsistenz-Probleme in UML-Modellen Vererbte Assoziationen 19 Advise 1 advisor Advisor aus [5] ma 2 Master Student Ph.D. Student Problem Mit Realität nicht vereinbare Relationen Bzw. Leere oder unendliche Menge

20 Konsistenz-Probleme in UML-Modellen Unzusammenhängende Modelle 20 Problem Zustände oder Objekte nicht mehr erreichbar

21 Ansätze zur werkzeuggestützten Prüfung 21 Grobe Unterteilung der Ansätze 1. Speziell auf bestimmtes Problem bezogen 2. Regelbasiert und relativ allgemein gültig

22 Spezielle Ansätze (1/2) 22 Allgemein Implizieren bestimmte Konsistenzregeln Bieten meist effiziente Algorithmen für genau ein Problem Ansatz zur Konsistenz von Klassen- und Zustandsdiagrammen [6] Formale Darstellung der Diagramme Verwendung eine formalen Verfahrens zur Konsistenzprüfung Lecturer Student getadvise() 1 1

23 Spezielle Ansätze (2/2) 23 Effiziente Prüfung bei vererbten Assoziationen [5] Unterstützt mit Einschränkungen Constrained Generalization Sets Aufwand des Verfahren polynomial Basiert auf Algorithmus für E/R-Diagramme für Datenbanken um hier die Erfüllbarkeit eines Schemas sicherzustellen

24 Regelbasierte Ansätze (1/2) 24 Allgemein Definition der Beschreibungssprache für Regeln Überführung der UML Diagramme in geeignete Darstellung Automatisches Prüfen der Regel möglich Element (from Elements) Element /ownedelement * {union} /owner 0..1 {union} not self.allownedelements() ->includes(self) self.mustbeowned() implies owner->notempty() aus [2]

25 Regelbasierte Ansätze (2/2) 25 Vorteil von Konsistenzregeln Anpassung und Erweiterung der Regeln möglich können Domänen spezifisch sein Tool-Unterstützung meist mit akademischem Charakter Regeln meist nicht übertragbar auf andere Tools Ansätze auf verschiedener Grundlage Abstrakte Datentypen und Larch Prover [7] OCL [8,9] Discription Logic [10] Graphgrammatik und Graph Rewriting Rules [11, 12]

26 Graphbasierter Ansatz von Mens [12] Angesprochene Probleme 26 Standardverletzungen Industrie- und Unternehmensstandards Modellierungsrichtlinien Namenskonventionen Unvollständige Modelle, Syntax, Semantik (Well-formedness) Redundanzerkennung Schlechte Praktiken und Anti-Patterns Erkennung von Refactoring-Möglichkeiten Erkennung visuellen Problemen

27 Graphbasierter Ansatz von Mens [12] Umsetzungsidee 27 Modell als Typ-Graph (vereinfachtes UML-Metamodell) Für Defekte Graph-Transformations-Regeln Erkennung strukturelle Defekte des Graphen Vorhanden sein oder fehlen bestimmter Mustern im Graphen Kennzeichnung im Graphen durch Konflikt-Knoten Probleme Nur prototypisch implementiert Nicht in Modellierungstool integriert Allgemein gültig, aber nur für Klassen-, Zustands- und Sequenzdiagramme umgesetzt

28 Graphbasierter Ansatz von Mens [12] Typisierter Graph mit Konfliktknoten 28

29 Zusammenfassung und Fazit 29 Inkonsistenz ein ständiges Problem Aber auch Hilfsmittel Framework für Inkonsistenz-Management als Lösung Vorstellung von Inkonsistenzproblemen Ansätze zur werkzeuggestützten Erkennung Regelbasierte Ansätze Hochintegrierte modellgestützte Entwicklung immer noch Wunschtraum

30 Literaturverweise 30 [1] B. Nuseibeh, To Be and Not to Be: On Managing Inconsistency in Software Development, IEEE Computer Society, 1996 [2] E. Holz, UML Vertieft, Vorlesungsunterlagen HPI, Potsdam, Juli 2006 (auf Basis des UML2.0 Standards) [3] B. Nuseibeh et al., Leveraging Inconsistency in Software Development, Computer, IEEE Computer Society, 2000 [4] J. P. S. Wagemann, Consistency Maintenance of UML Models with Description Logics, Vrije Universiteit Brussel, 2003 [5] A. Maraee & M. Balaban, Efficient Decision of Consistency in UML Diagrams with Constrained Generalization Sets, Workshop Materials of the 1st Workshop on Quality in Modeling, 2006 [6] W. L. Yeung, Checking Consistency between UML Class and State Models Based on CSP and B, Journal of Universal Computer Science, 2004 [7] P. Andre et al., Checking the consistency of UML class diagrams using Larch Prover 2000 [8] D. Chiorean et al., Ensuring UML Models Consistency Using the OCL Environment. Electr. Notes Theor. Comput. Sci., 2004 [9] B. Hnatkowska, Consistency Checking in UML Models, 2001 [10] J. Simmonds & M. C. Bastarrica, Description Logics for Consistency Checking of Architectural Features in UML 2.0 Models, Universidad de Chile, 2004 [11] R. Wagner, A Plug-In for Flexible and Incremental Consistency Management University of Paderborn, 2003 [12] T. Mens, Graph-Based Tool Support to Improve Model Quality, Workshop Materials of the 1st Workshop on Quality in Modeling, 2006

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