Model Driven Architecture

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1 Model Driven Architecture Grundlagen, Spezifikationen und Standards Hauptseminar: Ausgewählte Themen des Softwareengineering Kevin Muschter,

2 Traditionelle Softwareentwicklung Grundlagen der MDA Entwicklungsprozess der MDA Standards der MDA Bewertung des MDA-Ansatzes Zusammenfassung und Fazit Agenda 1

3 Traditionelle Softwareentwicklung Grundlagen der MDA Entwicklungsprozess der MDA Standards der MDA Bewertung des MDA-Ansatzes Zusammenfassung und Fazit Agenda 2

4 Traditionelle Softwareentwicklung Herausforderungen Schneller Wandel der fachlichen Anforderungen Rasante technologische Fortschritte Abkehr von monolithischen Systemen Hoher Zeit- und Kostendruck Problembereiche Mangelnde Strukturierung der Informationen Inkonsistenzen Vermischung fachlicher und technischer Aspekte bei Code-zentrierter Softwareentwicklung Wiederverwendung problematisch Portierung bestehender Software auf neue Technologien aufwendig Redundanzen 3

5 Traditionelle Softwareentwicklung Grundlagen der MDA Entwicklungsprozess der MDA Standards der MDA Bewertung des MDA-Ansatzes Zusammenfassung und Fazit Agenda 4

6 Model Driven Architecture Ansatz zur modellgetriebenen Softwareentwicklung Eingeführt durch Object Management Group (OMG) im Jahr 2001 Drei Primärziele Portabilität Interoperabilität Wiederverwendbarkeit Kernidee Unterteilung der Softwareentwicklung in unterschiedliche Abstraktionsebenen gemäß Separation of Concerns Repräsentation der einzelnen Ebenen durch formale Modelle 5

7 Abstraktionsgrad CIM Computational Independent Model Modellebenen Geschäftsmodell ohne Informationen über zugrunde liegende Softwaresysteme PIM Platform Independent Model Fachkonzept eines Systems ohne technische Realisierungsdetails PSM Platform Specific Model Einbeziehung technischer Spezifika der Zielplattform Code Quellcode der entsprechenden Zielumgebung 6

8 Basiskonzepte Modell Beschreibung eines Systems und dessen Umgebung hinsichtlich eines bestimmten Zwecks In wohlgeformter Sprache formuliert Modellgetrieben Verwendung von Modellen zur Steuerung des Entwicklungsprozesses Architektur Spezifikation der Komponenten eines Systems und deren Beziehungen Plattform Menge von Subsystemen und Technologien, die einheitliche Funktionalitäten mittels Schnittstellen und definierter Nutzungsmuster bieten Plattformunabhängigkeit Verzicht auf Nutzung von Features einer bestimmten Plattform Transformation Prozess zur Überführung eines Modells in ein anderes Modell desselben Systems 7

9 Traditionelle Softwareentwicklung Grundlagen der MDA Entwicklungsprozess der MDA Transformationsprozess Mapping Automatisierungsgrad Werkzeugunterstützung Beispiel Standards der MDA Bewertung des MDA-Ansatzes Zusammenfassung und Fazit Agenda 8

10 Transformationsprozess Model-to-Code Generierung von Code aus PSM ist relativ unkompliziert, aufgrund der Nähe des PSM zur Implementierungsebene Werkzeugunterstützung zur automatischen Transformation vorhanden Model-to-Model Automatische Überführung eines PIM in ein PSM stellt Innovation und gleichzeitig größte Herausforderung dar Möglichkeit zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer verschiedenartiger PSMs aus einem PIM Quelle: Vgl. Stahl, Völter (2005) 9

11 10 Model-to-Model-Transformation <<Quellobjekt>> Plattformunabhängiges Modell (PIM) <<Quellobjekt>> Plattformmodell (PM) Transformation (Generator) Profile, Metamodelle, Markierungen, Mappingund Transformationsregeln etc. <<Zielobjekt>> Plattformabhängiges Modell (PSM) Quelle: Vgl. Petrasch, Meimberg (2006) Input Plattformmodell (PM) Spezifikation einer Basis für (zukünftige) Softwaresysteme Beschreibt Strukturen und Dienste der Plattform Verwendung von Metamodellen und UML-Profilen

12 11 Mapping Transformationsregeln zur Überführung von PIM in PSM Plattform bestimmt Art des Mappings Mapping-Arten Modelltyp-Mapping (Metamodellebene) Modellinstanz-Mapping (Modellebene) Kombiniertes Typ- und Instanz-Mapping Mapping-Sprache Spezifikation der Modelltransformation Mögliche Arten der Beschreibung Natürliche Sprache Algorithmus Spezielle Mapping-Sprache (z. B. QVT-Standard)

13 12 Modelltyp-Mapping Voraussetzung PIM und PSM in Form von MOF-Metamodellen spezifiziert Vorgehen Auslesen der Ausgangsobjekte des PIM Abbildung der PIM-Objekte auf PSM-Objekte auf Metamodellebene Erzeugung der Zielobjekte des PSM Quelle: Vgl. Petrasch, Meimberg (2006)

14 13 Modellinstanz-Mapping Vorgehen Identifikation der zu transformierenden Modellelemente Art der Transformation abhängig von Zielplattform Plattformspezifika in Form von Marks (Markierungen) an Modellelemente angefügt Transformation gemäß Marks PIM (Ausgangsmodell) Markierungen einfügen Markiertes PIM Marks (Markierungen) beziehen sich auf definiert Plattformmodell (PM) benutzt Transformation (Generator) Transformations-/ Mapping-Regeln Kombinierte Mappings PSM (Zielmodell) Quelle: Vgl. Petrasch, Meimberg (2006)

15 14 Automatisierungsgrad Manuelle Transformation Transformationsregeln liegen nicht in formalisierter Form vor Designentscheidungen werden während der Transformation durch Entwickler getroffen Semiautomatische Transformation Formal definierte Transformationsregeln sind nicht vollständig Manuelle Intervention durch Entwickler erforderlich Automatische Transformation (Idealfall) PIM enthält alle Informationen für vollautomatische Transformation Ausschließlich formal definierte Regeln In speziellen Kontexten ist direkte Generierung von Programmcode aus PIM möglich

16 15 Werkzeugunterstützung Anforderungen Unterstützung der verschiedenen MDA-Spezifikationen (UML, MOF etc.) Verwaltung und Verarbeitung von Modellen und Metamodellen Importieren und Exportieren von Modellen (z. B. via XMI) Validierung der Syntax und Semantik von Modellen Mapping-Mechanismus für Transformationen (Model-to-Model, Model-to-Code) Automatische Generierung von Projektdokumentationen und Testfällen (wünschenswert)

17 16 Beispiel eines MDA-Prozesses (1/3) Betriebswirtschaftlicher Kontext (CIM) Eine Bestellung besteht aus einer oder mehreren Bestellpositionen und steht in Beziehung zu einem Kunden Erstellung des PIM (UML-Klassendiagramm) Kunde +titel : String +name : String +gebdatum : Date +kunde 1 +bestellung * Bestellung +nummer : Integer +datum : Date 1..* +position Position +nummer : Integer +bezeichnung : String +preis : Currency Quelle: Vgl. Kleppe, Warmer, Bast (2003)

18 17 Beispiel eines MDA-Prozesses (2/3) Transformationsregeln formulieren Für jede Klasse Klassenname des PIM gibt es eine Klasse Klassenname im PSM. Für jedes public-attribut Attributname: Type der Klasse Klassenname im PIM existiert ein private-attribut Attributname: Type in der Klasse Klassenname im PSM. Darüber hinaus existiert eine public-methode, deren Bezeichnung sich aus get + Attributname zusammensetzt und als Rückgabetypen den Attributstypen hat, sowie eine public-methode, deren Bezeichnung sich aus set + Attributname zusammensetzt und die das Attribut als Parameter hat (ohne Rückgabewert). Für jedes Ende einer Assoziation gibt es ein private-attribut mit dem gleichen Namen in der gegenüber liegenden Klasse Der Typ dieses Attributs ist entweder die gegenüber liegende Klasse, falls die Kardinalität 0 oder 1 ist, oder Set, falls die Kardinalität größer als 1 ist. Die hinzugekommenen Attribute erhalten entsprechende get- und set-methoden, gemäß dem Vorgehen bei den anderen Attributen. Im Falle einer unidirektionalen Assoziation wird das oben geschilderte Vorgehen lediglich auf die Klasse angewendet, von der der Pfeil wegzeigt.

19 PIM: PSM: Transformation Beispiel eines MDA-Prozesses (3/3) Transformationsregeln Klassen übernehmen public-attribute private- Attribute public-methoden (get bzw. set) Assoziationen auflösen get- und set-methoden für hinzugekommene Attribute Kunde -titel : String -name : String -gebdatum : Date -bestellung : Set +gettitel() : String +settitel (titel : String)() +getname() : String +setname (name : String)() +getgebdatum() : String +setgebdatum(d : Date)() +getbestellung() : Set +setbestellung (b : Set)() Bestellung -nummer : Integer -datum : Date -kunde : Kunde -position : Set +getnummer() : Integer +setnummer (n : Integer)() +getdatum() : Date +setdatum (d : Date)() +getkunde() : Kunde +setkunde (k : Kunde)() +getposition() : Set() +setposition (p : Set)() Position -nummer : Integer -bezeichnung : String -preis : Currency +getnummer() : Integer +setnummer (n : Integer)() +getname() : String +setname (s : String)() +getpreis() : Currency() +setpreis (p : Currency)() Quelle: Vgl. Kleppe, Warmer, Bast (2003) 18

20 19 Traditionelle Softwareentwicklung Grundlagen der MDA Entwicklungsprozess der MDA Standards der MDA Bewertung des MDA-Ansatzes Zusammenfassung und Fazit Agenda

21 20 MDA-Standards (1/3) Meta Object Facility (MOF) Kern der MDA Metamodellierungssprache zur Definition der Konstrukte einer Modellierungssprache (hier: UML) Repräsentiert höchste Metaebene Unified Modeling Language (UML) Modellierungssprache für Softwareentwicklung Sprachkonstrukte für Modellierung von statischen sowie dynamischen Aspekten UML 2.0 ist wichtigste Modellierungssprache der MDA u. a. sind PIM und PSM in UML modelliert UML Profile Klar definierte Vorgaben, wie fachliche Elemente (z. B. Business Classes) in der UML projekt- und anwendungsspezifisch darzustellen sind Bsp.: CORBA UML-Profil definiert wie CORBA-Schnittstellen mit UML zu modellieren sind

22 21 MDA-Standards (2/3) Common Warehouse Metamodel (CWM) Auf die speziellen Anforderungen des Data Warehousings zugeschnittene Form der UML Enthält spezielle Metaklassen, bspw. zur Modellierung von relationalen DB Konzeption der CWM Metamodelle mit Hilfe der MOF Object Constraint Language (OCL) Spezifikation von Bedingungen (Vor- und Nachbedigg., Invarianten) Präzisierung von Modellen und Metamodellen Definition von Transformationen bzw. Transformationsregeln XML Metadata Interchange (XMI) Auf XML basierendes, standardisiertes Format zum Austausch MOF-konformer Modelle Basis für Interoperabilität

23 22 MDA-Standards (3/3) Query, Views and Transformations (QVT) Standardisierung der Modellierung durch MOF, UML und XMI relativ weit fortgeschritten Für Transformation existieren jedoch noch keine Standards Abhilfe: QVT-Spezifikation der OMG Gegenwärtig noch in Entwicklung (Request for Proposal) Soll MOF-konforme Model-to-Model-Transformation unterstützen

24 23 Traditionelle Softwareentwicklung Grundlagen der MDA Entwicklungsprozess der MDA Standards der MDA Bewertung des MDA-Ansatzes Zusammenfassung und Fazit Agenda

25 24 Bewertung des MDA-Ansatzes Positiv Trennung von fachlicher Logik und technologischer Umsetzung Produktivitätssteigerung durch Wiederverwendung Portabilität durch Plattformunabhängigkeit Hohe Akzeptanz durch Integration weit verbreiteter Konzepte und Standards Hohe Flexibilität ( CASE-Ansatz) Stetige Weiterentwicklung Negativ Keine bzw. nur wenige Studien über wirtschaftliche Vorteilhaftigkeit Erhebliche Arbeit im Bereich der Spezifikationen nötig (z. B. QVT) Werkzeuge zur Unterstützung vollautomatischer Transformationen existieren gegenwärtig noch nicht

26 25 Traditionelle Softwareentwicklung Grundlagen der MDA Entwicklungsprozess der MDA Standards der MDA Bewertung des MDA-Ansatzes Zusammenfassung und Fazit Agenda

27 26 Zusammenfassung und Fazit MDA ist ein Ansatz zur modellgetriebenen Softwareentwicklung mit klar definierten Zielen im Hinblick auf Interoperabilität, Portabilität und Wiederverwendung Trennung von Fachlichkeit und technischer Realisierung auf verschiedenen Abstraktionsebenen (CIM, PIM, PSM, Code) gemäß Separation of Concerns Beträchtliche Fortschritte gegenüber traditioneller Softwareentwicklung im Hinblick auf Produktivität und Inkonsistenzen Dennoch: Erhebliches Entwicklungspotenzial speziell bei der Standardisierung und Automatisierung von Transformationen Besondere Bedeutung der Werkzeugunterstützung für Langzeiterfolg

28 27 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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