Henshin: Modelltransformationen in EMF. Dr. Thorsten Arendt Marburg, 29. Oktober 2015

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1 Henshin: Modelltransformationen in EMF Dr. Thorsten Arendt Marburg, 29. Oktober 2015

2 Überblick Modelltransformationen Einführung in Henshin Modelle im Eclipse Modeling Framework Transformationskonzepte basierend auf Graphtransformation Werkzeugumgebung Analysemöglichkeiten Anwendungen von Henshin Refactoring von EMF-Modellen Modellversionierung auf einer höheren Abstraktionsebene Modellübersetzung im TGG-Stil Analyse von Konflikten und Abhängigkeiten Massiv parallele Transformationen Inkubationsprojekt im Eclipse Modeling Project 2 Software-Evolution WS 2015/2016

3 Modellgetriebene Entwicklung von mobilen Anwendungen Software Generator Modell Plattformen 3 Software-Evolution WS 2015/2016

4 Modelltransformationen Neben den Modellen stellen Modelltransformationen eine Schlüsseltechnologie der Modellgetriebenen Software- Entwicklung (MDD) dar Jede systematische Manipulation eines Modells ist eine Modelltransformation Modell-zu-Modell (M2M) Transformation: Automatische Erstellung von einem oder mehreren Zielmodellen aus einem oder mehreren Quellmodellen [OMG] 4 Software-Evolution WS 2015/2016

5 Modellbasierte Softwareentwicklung: Modelltransformationen allerorten Refactoring Analysis model Forward Engineering Validation Refactoring Code Generation Design model Reverse Engineering Code Formal model 5 Software-Evolution WS 2015/2016

6 Architektur von M2M-Transformationen MOF conformsto conformsto conformsto source metamodel MM a MM TL MM b target metamodel uses conformsto uses conformsto conformsto source model M a a2b.tl M b target model input input Execution Engine output 6 Software-Evolution WS 2015/2016

7 Dimensionen von Modelltransformationen Horizontal vs. vertikal Endogen vs. exogen Out-Place vs. in-place (Modell-zu-Text vs. Text-zu-Modell vs. Modell-zu-Modell) ML A PIM ML B PIM PL A PL B Code PSM PSM Code 7 Software-Evolution WS 2015/2016

8 Out-place vs. in-place Transformationen (1) Out-place Transformationen erstellen ein neues Modell from scratch In-place Transformationen ändern einige Teile des Modells MetamodelA ModelA Transformation Specification MetamodelB ModelB MetamodelA «conformsto» «conformsto» «conformsto» ModelA Transformation Specification Legende: Ausführung der Transformation Abhängigkeit 8 Software-Evolution WS 2015/2016

9 Out-place vs. in-place Transformationen (2) Beispiel 1 Out-place Transformation Für jedes grüne Element: Erstelle ein blaues Element In-place Transformation Für jedes grüne Element: Erstelle ein blaues Element Lösche alle Elemente bis auf die blauen Elemente 9 Software-Evolution WS 2015/2016

10 Out-place vs. in-place Transformationen (3) Beispiel 2 Out-place Transformation Für jedes grüne Element: Erstelle ein blaues Element Für jedes rote Element: Erstelle ein rotes Element Für jedes grüne Element: Erstelle ein grünes Element In-place Transformation Für jedes grüne Element: Erstelle ein blaues Element 10 Software-Evolution WS 2015/2016

11 EMF-Modelle und ihre Instanzen Eclipse Modeling Framework: Basistechnologie für modellbasierte Entwicklung in Eclipse diverse aufbauende Technologien graphische Editoren Modellsuche, -vergleiche, -transformationen, etc. Strukturierte Datenmodelle: Referenzen statt Assoziationen Containment Resource Sets 11 Software-Evolution WS 2015/2016

12 Henshin: Transformation von EMF-Modellen Intuitive Transformationssprache mit graphischer Syntax Für verschiedene Arten von Modelltransformationen einsetzbar Basierend auf Graphtransformationskonzepten verschiedene regelbasierte Transformationsstile (DPO/SPO) komplexe Anwendungsbedingungen für Regeln verschiedene Arten von Transformationseinheiten Henshin: Japanisch für Transformation 12 Software-Evolution WS 2015/2016

13 Henshin: Erste Beispiel-Regeln 13 Software-Evolution WS 2015/2016

14 Henshin: Regel-Anwendung 14 Software-Evolution WS 2015/2016

15 Modell-zu-Modell-Transformationen basierend auf Eclipse Modeling Framework (EMF) ECore instance of instance of Transformation Model Transformation Approach Source EMF Model defined for instance of defined for Target EMF Model instance of Transformation Description instance of EMF Source Instance Model applied EMF Target Instance Model 15 Software-Evolution WS 2015/2016

16 EMF-Modelle als Graphen betrachtet Getypte attributierte Graphen mit Knotentypvererbung Containment-Constraints Knotenattribut Knotentypvererbung Kantentyp Knotentyp Transformationsregeln müssen Containment-Constraints einhalten. 16 Software-Evolution WS 2015/2016

17 Henshin: EMF-Modelltransformation basierend auf Graphtransformation EMF-Modell für regelbasierte Transformation Formale Fundierung durch algebraische Graphtransformationen für eine Untermenge von EMF Modelltransformationen 17 Software-Evolution WS 2015/2016

18 Henshin: Das Unit-Konzept Steuerung des Kontrollflusses für Regelanwendungen durch Units 18 Software-Evolution WS 2015/2016

19 Analysemöglichkeiten für Modelltransformationen Beispiel: Dining Philosophers Implizites Einfügen in den Container 19 Software-Evolution WS 2015/2016

20 Berechnung des Zustandsraums und zustandsraumbasierte Verifikation Berechnung des vollen Zustandsraums kein Isomorphie-Check Abstraktion von Link-Reihenfolgen und bestimmten Attributen Zustandsinvarianten, qualitatives und probabilitisches Model Checking Philosophers States (= 3^p) Transitions Time ms ms ms , ms 7 2,187 11, s 8 6,561 40, s Deadlock 9 19, , s 10 59, , s ,147 1,515,591 6min ,441 4,960,116 61min 13 1,594,323 16,120, min 20 Software-Evolution WS 2015/2016

21 Anwendung: Modell-Refactoring mit Henshin Model Smell: z.b. große Klasse (Gottklasse) Model-Refactoring: z.b. Extraktion einer separaten Klasse Bestimmung von zu extrahierenden Attributen und Operationen Refactoring-Werkzeug: EMF Refactor Spezifikation von Refactorings mit Henshin Move Attribute 21 Software-Evolution WS 2015/2016

22 Anwendung: Modellübersetzung im TGG-Stil Beispiel: Ecore-Modell relationales Datenbankschema Generisches Trace-Model: Beziehungen zw. EObjects mit Containments 22 Software-Evolution WS 2015/2016

23 Anwendung: Modellversionierung durch Erkennen von Editier-Operationen (1) 23 Software-Evolution WS 2015/2016

24 Anwendung: Modellversionierung durch Erkennen von Editier-Operationen (2) Produce-use-dependency 24 Software-Evolution WS 2015/2016

25 Anwendung: Kritische Paaranalyse in Henshin (1) Beispiel: Konfliktbehaftete Modell-Refactorings Typgraph Refactoring-Regeln 25 Software-Evolution WS 2015/2016

26 Anwendung: Kritische Paaranalyse in Henshin (2) Beispiel: Konfliktbehaftete Modell-Refactorings Die nebenstehende Instanz kann auf verschiedene Weise restrukturiert werden, z.b. sollte das Attribut street zur Klasse Address gehören. Instanz-Graph Abhängigkeit 26 Software-Evolution WS 2015/2016

27 Analyseergebnis: produce-use dependency Ursache der Abhängigkeit 27 Software-Evolution WS 2015/2016

28 Analyseergebnis: delete-use conflict Ursache des Konflikts 28 Software-Evolution WS 2015/2016

29 Anwendung: Massiv parallele Transformationen Codegenerierung für Apache Giraph Massiv parallele Ausführung Skaliert auf Millionen von Knoten und Kanten Getestet für Filme Schauspieler Schauspielerinnen 29 Software-Evolution WS 2015/2016

30 Zusammenfassung Henshin: eine intuitive Transformationssprache für EMF-Modelle für verschiedenste Transformationsaufgaben geeignet natürliche Formulierung von In-place Transformationen Modellübersetzung im TGG-Stil (generisches Trace-Modell) leichte Integration in andere Programme (API) Analysemöglichkeiten: Verifikation basierend auf Zustandsräumen Konflikte und Abhängigkeiten Skalierbarkeit: massiv parallele Transformationen Weitere Informationen: 30 Software-Evolution WS 2015/2016

31 Sekundär-Literatur Object Management Group (OMG): Model Driven Architecture (MDA), Steinberg, Dave, Frank Budinsky, Ed Merks, Marcelo Paternostro: EMF: Eclipse Modeling Framework, Second Edition, Pearson Education, Marco Brambilla, Jordi Cabot, Manuel Wimmer: Model-Driven Software Engineering in Practice, Morgan & Claypool, USA, 2012 ( Eclipse Modeling Framework: Henshin: EMF Refactor: SiLift: Apache Giraph: 31 Software-Evolution WS 2015/2016