Modellierung & Domänen Spezifische Sprachen (DSL)
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- Waldemar Heintze
- vor 8 Jahren
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1 Modellierung & Domänen Spezifische Sprachen (DSL) Uni Jena,
2 Fachgebiet der zu modellierenden Anwendung Aufteilung in Subdomänen möglich, evtl. spezialisierte Modelle/DSLs nötig Neben fachlichen Domänen auch technische: z.b. für Komponenten, Oberflächen, Abläufe etc. architekturzentrierte Domänen Domain Domain enthält 2
3 Beschreibt Inhalte der Domain formal Umfaßt abstrakte Syntax und statische Semantik Kann, muß aber nicht UML-basiert sein, i.d.r. frei modelliert Metamodell Domain Metamodell enthält beschreibt 3
4 Abstrakte Syntax Modellelemente und ihre Beziehungen zur Beschreibung der Konzepte der Domain Bedarf zur textuellen, graphischen oder anderweitigen Darstellung einer konkreten Syntax (mehrere konkrete Syntaxen für eine abstrakte möglich) In unserem Beispiel Formulare Felder Referenzen enthält Domain beschreibt Metamodell Abstrakte Syntax setzt um Parser produziert beim Parsen Konkrete einer konkreten Syntax i.d.r. eine Syntax Repräsentation der abstrakten Syntax in Form von Klassen, Attributen und Referenzen definiert Constraints für Statische Semantik 4
5 Konkrete Syntax Konkrete Repräsentation der Modellelemente und Beziehungen der abstakten Syntax zur Darstellung Token und Grammatik bei textueller Syntax Knoten- und Verbindungssymbole und Zeichenregeln bei graphischer Syntax In unserm Beispiel Formular... { }; Feld... Referenz... enthält Domain beschreibt Metamodell Abstrakte Syntax setzt um Konkrete Syntax definiert Constraints für Statische Semantik 5
6 Statische Semantik Constraints die von den Modellelemente und Beziehungen der abstakten Syntax eingehalten werden müssen Z.B. Deklarationszwang bei Variablen In unserm Beispiel Formulare und Felder müssen enthält eindeutige Namen besitzen Formulare die referenziert werden müssen definiert sein Bei MDSD besonders wichtig: Domain beschreibt Metamodell Abstrakte Syntax Konkrete Syntax Statische Semantik Modellierungsfehler sind damit frühzeitig erkennbar und tauchen nicht erst als Fehler in der Generierung oder in der Anwendung auf setzt um definiert Constraints für 6
7 DSL Domänenspezifische Sprache Modellierungssprache für die Domäne Besitzt eine Konkrete Syntax (Wie wird s hingeschrieben?) Mit entsprechendem Metamodell (Welche Elemente und Beziehungen?) Mit zugehöriger Statischer Semantik (Constraints auf Elementen/ Beziehungen) enthält Muß über die Domain Definition einer Semantik eine Bedeutung erhalten (Was bedeutet das Hingeschriebene?) In unserm Beispiel Formular... { }; Feld... Referenz... beschreibt incl. Regeln zur Schachtelung Referenzierung, Metamodell Abstrakte Syntax setzt um Konkrete Syntax definiert Constraints für Statische Semantik DSL Semantik 7
8 Semantik einer DSL Festlegung der Bedeutung der DSL-Konstrukte Fomale Definition (wäre super) Textuelle Festlegung (i.d.r. ausreichend und praktikabel) Intuitive Vereinbarung (leider oft) Ergebnis des Generators bzw. enthält Interpreters (hier wird s unschön: it s not a bug, ist a feature ) Domain In unserem Beispiel wäre zu beschreiben wie das alles mit den Formularen so funktionieren soll beschreibt wir haben hier also nur eine intuitive Vereinbarung ;-( Metamodell Abstrakte Syntax setzt um Konkrete Syntax definiert Constraints für Statische Semantik DSL Semantik 8
9 Formales Modell Ein konkretes Modell, daß in der DSL beschrieben ist - In Domain - Instanz eines Metamodells - Ausgedrückt mit konkreter Syntax - Beachtet die Regeln der - Erhält Bedeutung durch Semantik statischen Semantik Dient dazu enthält automatisiert in ausführbaren Code überführt zu werden SourceCode der MDSD In diesem Sinne sind UML-Modelle i.d.r. keine formalen Modelle, da sie meist nicht automatisch umgesetzt werden Domain in Formales Modell beachtet instance of beschreibt ausgedrückt mit erhält Bedeutung durch Metamodell Abstrakte Syntax setzt um Konkrete Syntax definiert Constraints für Statische Semantik DSL Semantik 9
10 Beschreibt mögliche Struktur von Modellen Definition einer abstrakten Modellierungssprache (ohne konkrete Syntax) Konstrukte der Modellierungssprache Ihrer Beziehungen Gültigkeitsregeln Abhängig von der Domäne Steht somit am Anfang der modellgetriebener Entwicklungsprojekte Wächst mit dem Projekt mit wird i.d.r. im Laufe des Projektes nach Bedarf erweitert/umgebaut iterativ-inkrementelles Vorgehen Metamodell 10
11 Metamodell Definiert abstrakte Sprache Abstrakte Syntax Statische Semantik Metamodell beschreibt die Struktur von Elementen in Modellen Modelle beschreiben die Struktur von Elementen der wirklichen Welt Klasse-Instanz-Beziehungen Verarbeitung basiert auf dem Metamodell Metamodell Transformationen und Generierungen definieren, was aus welchen Konzepten entstehen soll Metamodell ist quasi die Schnittstelle zum Modell definiert> <hat Metamodell Elemente des Metamodells Modell Elemente des Modells Domäne Elemente der wirklichen Welt Abstrakte Formale Sprache beschreibt die Struktur beschreibt die Struktur 11
12 Definieren abstrakte Syntax und statische Semantik der Metamodelle Prinzipiell würde es reichen, Meta-Metamodelle als Text zu beschreiben Aufzählen der zulässigen Elemente, Beziehungen, Bedingungen usw. Formale Beschreibung von Meta-Metamodellen für Werkzeuge hilfreich Metamodellierungswerkzeuge, mit denen Metamodelle bearbeitet werden Generierung von Modell-Schnittstellen und Repräsentationen für Modellierungswerkzeuge Modell-Editoren, Transformatoren, Generatoren, Interpreter, Meta-Metamodelle 12
13 Meta-Metamodelle I.d.R. Beschreibung der Meta-Metamodelle mit sich selbst describes M3:Meta-Metamodell describes M2: Metamodell describes M1: Model describes M0: Instances instance of instance of instance of instance of Typ: NodeType Name: NodeType Typ: NodeType Name: Formular Typ: Formular Name: Hörsaal Typ: Hörsaal Name: HS1 13
14 Für unterschiedliche Zwecke müssen Modelle unterschiedlich repräsentiert werden Alle Repräsentationen bauen auf dem selben Metamodell auf Z.B. unser Formular-Metamodel als textuelle DSL im textuellen Modell-Editor als Ecore-Modell als Java-Klassen Metamodell und Modell-Repräsentation 14
15 Ecore/EMF Eclipse Modelling Framework Meta-Metamodell Ecore basiert auf EMOF Essential MOF: Beschränkung von MOF auf das Wesentliche Kein vordefiniertes Metamodell (M2) wie bei UML Sondern Modellierung domänenspezifischer Metamodelle Aus domänenspezifischem Metamodell sind Tools erzeugbar XMI-Dateiformat Java-Klassen zur Modellrepräsentation in Tools Einfacher baumartiger Modelleditor Grundlage für Transformationstools, textuelle und graphische Modelleditoren 15
16 Lebendiges Metamodell Entwickelt sich mit Gesamtprojekt / Systemfamilie / Produktlinie Meist Erweiterung um neuen Konzepte Von Zeit zu Zeit kann Refactoring nötig werden Metamodel first Metamodell ist Startpunkt für eine MDSD-Projekt Metamodell hat Vorrang gegenüber konkreter Syntax, Transformationen, da es die Konzepte der Domäne beschreibt, unabhängig von der konkreten Ausdrucksform oder Verwendung Best Practices zum Entwurf von Metamodellen 16
17 Modulares Metamodell Trennung verschiedener Aspekte eines Systems in verschiedene Metamodellteile Klar umrissene Bereiche mit jeweils passender konkreter Syntax Klare Schnittstellen Trennung von Zuständigkeiten Best Practices zum Entwurf von Metamodellen 17
18 Modellierung von Extension Points Um Modelle einfach und verständlich zu halten ist oft ein 80/20-Vorgehen nötig Metamodell wird so ausgelegt, daß die häufigsten Fälle modellierbar sind Seltene Fälle werden nicht mehr modelliert, sondern programmiert, aber mit einem speziellen Modellkonstrukt (Extension Point) in Modelle eingebunden Diese Extension Points müssen im Metamodell geeignet definiert werden Best Practices zum Entwurf von Metamodellen 18
19 Metamodell als Projektsprache Metamodell liefert das Vokabular zur Kommunikation im Projektteam Wohldefinierte Begriffe Impliziter, fortlaufender Test für Metamodell Wenn sich ein wichtiger Sachverhalt nicht mit den Begriffen des Metamodells ausdrücken läßt, ist das ein Hinweis, dass im Metamodell wohl noch etwas fehlt Wenn es Mehrdeutigkeiten bei der Beschreibung von Sachverhalten gibt, ist das ein Hinweis, dass im Metamodell wohl noch etwas nicht stimmt Best Practices zum Entwurf von Metamodellen 19
20 Konkrete Syntax zu einem Metamodell Verschiedene Varianten möglich, auch gleichzeitig Textuell, graphisch, tabellarisch, Zielstellung: primär gute Unterstützung der Modellierer Lesbarkeit Verständlichkeit Unterstützung von Denkweisen Technische Überlegungen sollten eher sekundär berücksichtigt werden Weitere Kriterien Geeignete Toolunterstützung Klare Prinzipien, Erweiterbarkeit, Modularität, Einfachheit der DSL Domänenspezifische Sprachen 20
21 Nutzung vorhandener Sprachen und Strukturen für DSLs Interne DSL: wird mit Mitteln einer anderen Hostsprache ausgedrückt Vorhandene Werkzeuge können benutzt werden UML Editoren, Parser, Nutzung von Profilen, um den UML-Konstrukten neue eigene Bedeutungen aus der jeweiligen Domäne zu geben XML Definition einer abstrakten Syntax und Statischen Semantik mit XSD (XML Schema Definition) Immer einheitliche konkrete Syntax: verschachtelte XML-Elemente mit Attributen Vorteil: Werkzeuge Nachteil: keine Domänenspezifische Gestaltung Sprachen mit dynamischer Typisierung: LISP, Ruby Programme, die aussehen wie (deklarative) DSL Tabellen, Excel-Sheets, 21
22 Externe DSL: eigene, speziellentwickelte Konstrukte Genau anpaßbar an die Domäne und die Bedürfnisse der Modellierer Werkzeugunterstützung durch DSL-Frameworks Textuelle vs. graphische DSL Textuelle DSLs Genaue Details Umfassende Spezifikation Graphische DSLs Übersicht Weglassen von Details Ausschnitte Präsentation, Diskussionsgrundlage Wichtig bei beiden: Werkzeugunterstützung Entwicklung eigener DSLs 22
23 Xtext-Framework Ursprünglich aus dem openarchitectureware-projekt Jetzt TMF (Textual Modeling Framwork) im Eclipse Modeling Project Beschreibung der konkreten und gleichzeitig der abstrakten Syntax mit EBNF (Extended Backus-Naur-Form) EBNF Daraus werden generiert Parser Model: (entities+=entity)+; Entity: "Entity" name=id "{" (attributes+=attribute)* "}"; Attribute: type=id name=id; DSL Metamodell basierend auf AST (Abstract Syntax Tree) Entity Kunde { String name Adresse adresse } Entity Adresse { String strasse String plz String ort } Eclipse-Basierter Textueller Editor mit Syntax Highlighting, Code Completion, Validierung, Folding, Outline, 23
24 Eclipse-Basierter Textueller Editor 24
25 Xtext: Download Tutorial Documentation Xtext-Eclipse auspacken, starten Beispiel Xtext 25
26 Xtext Projekt anlegen File New Other... Xtext Xtext Projekt Next Beispiel Xtext 26
27 Beispiel Xtext Grammatik der DSL definieren DomDsl.xtext 27
28 Beispiel Xtext Grammatik Grammatikregeln in erweiterter BNF Domainmodel ist Root besteht aus 0 bis n Entities Entity Schlüsselwort entity dann ID (vordefiniertes Terminal) dann optional Schlüsselwort extends mit Referenz auf Entity dann in Klammern Liste von Features Feature alternativ Property oder Operation... 28
29 Beispiel Xtext Metamodell Grammatikregeln definieren implizites Metamodell Jede Regel definiert einen Ecore-Typ Und die Attribute des Ecore-Typs (es kann auch ein vorgegebenes Metamodell benutzt werden) 29
30 Beispiel Xtext Generierung von Metamodell, Ecore-Klassen und Editor 30
31 Beispiel Xtext Generierung von Metamodell, Ecore-Klassen und Editor ggf. Download von ANTLR zustimmen 31
32 Beispiel Xtext Editor starten Launch an Eclipse application 32
33 Wenn OutOfMemoryError: PermGen space kommt Run Run Configurations Eclipse Application Arguments VM arguments -XX:MaxPermSize=256m (PermGen space: spezieller Speicher-Bereich in VM für interne Daten (classes, usw.)) Beispiel Xtext Editor starten 33
34 Beispiel Xtext Modellieren Neues Projekt Neues File mit Endung.dom Bestätigen add Xtext nature? Yes 34
35 DSL-Editor öffnet sich Autocompletion Validierung Outline... Beispiel Xtext Modellieren 35
36 DSL-Evolution: Don t break the public API DSLs entwickeln sich mit Projekt/Systemfamilie/Produktline DSLs sind öffentliche Schnittstellen, deshalb gleiche Spielregeln Verträge dürfen nicht gebrochen werden Weiterentwicklungen müssen abwärtskompatibel bleiben Wenn das nicht geht Dann müssen mit erheblichem Aufwand alle Modelle angepaßt werden Oder automatische Migrationen angeboten werden In jedem Fall ist saubere Versionierung das A und O Best Practices 36
37 Konkrete Syntax ist wichtig Zwar ist konkrete Syntax für Transformationen, Generierungen, Interpretierung irrelevant Aber konkrete Syntax ist wichtig für die Modellierer, DSL ist ihr tägliches Werkzeug Lesbarkeit, Verständlichkeit, Übersichtlichkeit Effiziente Aufschreibbarkeit Effiziente Syntax und Toolunterstützung können die Arbeit sehr effektivieren Best Practices 37
38 DRY: Don t repeat your self Keine doppelte Schreibarbeit Keine Pflege an verschiedenen Stellen Vermeidung von Inkonsistenzen Defaults: Configuration by Exception Häufigste Konfigurationsvarianten sollten als Defaults vorgesehen werden Dann sind in den meisten Fällen keine Angaben nötig Nur in Ausnahmefällen sind Angaben erforderlich Prinzipien 38
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