Struktur und Architektur

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1 Struktur und Architektur Grundlagen der Software-Architektur: Vorarbeit für die Komponentenentwicklung (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 1

2 Vom Analysemodell zur Anwendungssoftware Analysemodell Entwurfsmodell + GUI Entwurfsmodell + GUI (Fachkonzept) + Architektur + Plattform Basissoftware (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 2

3 Was ist Software-Architektur? J.Siedersleben: "Es geht um die Frage, wie man Millionen Programmzeilen großer Systeme so strukturiert, dass im Ergebnis die gewünschte Qualität erreicht wird: Wartbarkeit, Flexibitlität, Performance und andere Eigenschaften." H.Balzert: eine strukturierte oder hierarchische Anordnung der Systemkomponenten sowie Beschreibung ihrer Beziehungen T.Posch: "Softwarearchitektur entstand aus der Notwendigkeit heraus, immer größer und komplexer werdende Software zu beherrschen." (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 3

4 Was ist Software-Architektur? Software-Architektur: Beziehungen der Fachkomponenten untereinander und mit weiteren Systemkomponenten und der Systemumgebung. Auswahlkriterien: - Art der Aufgabenstellung - Realisierungsvorgaben - nicht-funktionale Systemanforderungen Ziel: - klare Struktur - eindeutige "Rollen" der Komponenten - wenige, klar umrissene Kommunikationsschnittstellen. Verkürzt kann man sagen, dass eine Architektur regelt, welche Komponente mit welcher kommuniziert. (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 4

5 Keinerlei Architektur (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 5

6 Architekturmuster Oberste Ebene der Entwurfsmuster Einsatz abhängig von der Art des (Sub)Systems: Klassifizierung: Allgemeine Strukturierung (Mud-to-Structure) Strukturierung verteilter Systeme Strukturierung Interaktiver Systeme Strukturierung von Realzeitsystemen Strukturierung Adaptiver Systeme (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 6

7 Architekturmuster Allgemeine Strukturierung (Mud-to-Structure) Schichten Pipes ans Filter Blackboard Datenhaltung Strukturierung verteilter Systeme Client-Server Broker P2P Mehrschichtige Architekturen Strukturierung Interaktiver Systeme MVC Presentation-Abstraction-Control (PAC) Strukturierung von Realzeitsystemen Monitorstruktur Strukturierung Adaptiver Systeme Micorkernel Reflexion (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 7

8 Mud-to-Structure Schichtenarchitektur Anwendung Persistenz Hardware- Abstraktion (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 8

9 Mud-to-Structure Pipe-and-Filter-Architektur Filter 1 1..* 1..* 1 Pipe filter1 pipe1 filter2 pipe2 filter3 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 9

10 Mud-to-Structure Datenhaltungs-Architektur Subsystem1 Datenhaltung Subsystem2 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 10

11 Mud-to-Structure Blackboard-Architektur KS1 KS1 Blackboard KS1 KS1 KS1 KS1 Nicht-deterministisches Zusammenwirken heterogener Komponenten über eine zentralen Datenhaltung. KS kooperierende "knowledge sources" (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 11

12 Strukturierung verteilter Systeme Client-Server-Architektur Client * * Server client1 server1 client2 server2 client3 Klassendiagramm Objektdiagramm (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 12

13 Strukturierung verteilter Systeme Broker-Architektur Software Bus (ORB) (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 13

14 Strukturierung verteilter Systeme Peer-to-Peer-Architektur peer1 Client/Server peer4 peer2 peer5 peer3 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 14

15 Strukturierung verteilter Systeme Zwei-Schichten-Architektur (2 Tier Architecture) "Fat Client" Anwendungsschicht (Präsentation und Fachlogik) Business-Anwendungen: interaktiv GUI große Datenmengen Datenhaltungsschicht (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 15

16 Strukturierung verteilter Systeme Drei-Schichten-Architektur "Very Thin Client" "Thin Client" Präsentationsschicht Verteilte Anwendungen: Trennung von Model und View Ziel: kleine Clients Fachlogikschicht Datenhaltungsschicht (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 16

17 Strukturierung verteilter Systeme Mehr-Schichten-Architektur Interaktionsschichten zur Entkoppelung der Schichten Fachlogik- Zugriffsschicht macht Fachlogik unabhängig von GUI Datenhaltungs- Zugriffsschicht verbirgt Form (oder Tatsache) der Datenhaltung Präsentations-Schicht Fachlogik-Zugriffsschicht Fachlogikschicht Datenhaltungs-Zugriffsschicht Datenhaltungsschicht (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 17

18 Strukturierung interaktiver Systeme MVC-Architektur Control Model View (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 18

19 Strukturierung interaktiver Systeme MVC im Einzelnen Model: Fachobjekte und deren fachliche Zusammenhänge im Anwendungsbereich. View: Präsentation der internen Information in angezeigten Dialogelementen Control: Steuerungsfunktionen, gegliedert in Vorgangssteuerung: fachliche Ablaufsteuerung Interaktionssteuerung: technische Kommunikationssteuerung (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 19

20 Strukturierung interaktiver Systeme MVC-Einsatz Vorteile von MVC Model ist unabhängig von View und Control View ist leicht austauschbar lokale GUI / GUI für spezielle Nutzer (z.b.barrierefrei) interaktive HTML-Seite Applet / Webstart Handyanwendung... Einsatzgebiete Dynamisches Look-and-Feel bei Swing Standardschema bei verteilten Anwendungen insbesondere im Web-Bereich (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 20

21 Strukturierung interaktiver Systeme Drei-Schichten-Verteilung mit MVC Webpage C M V Fachlogik Datenbank (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 21

22 Einschub Persistenz Einschub: Persistenz Persistenz bezeichnet das Überleben von Objekten über das Programmende hinaus. Bestandteil des objektorientierten Paradigmas Unterste Schicht wird aufgeteilt: Persistenzschicht Schicht, die das persistente Speichern und unsichtbar Wiederherstellen von Objekten realisiert möglichst "transparent" (unsichtbar) Datenhaltungsschicht oft nicht vorhanden nur für Daten, die nicht als Objekte vorliegen, z.b. Datenschnittstellen mit anderen Programmen (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 22

23 Einschub Persistenz Drei-Schichten-Verteilung mit Persistenz Webpage C M V Fachlogik Persistenz Datenhaltung (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 23

24 Strukturierung interaktiver Systeme Presentation-Abstraction-Control: PAC Quasi: Mehrschichtiges MVC (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 24

25 Strukturierung von Realzeitsystemen Monitor-Architektur Sensor Typ1 Sensor Typ2 Monitor Control ActuatorTyp1 Actuator Typ2 Actuator Typ3 Dezentrales Gegenstück: Blackboard (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 25

26 Sind alle Architekturen vergleichbar? Es gibt verschiedene Sichten mindestens diese vier (nach G. Starke) Grafik aus G.Starke, Effektive Softwarearchitektur, 2008 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 26

27 Welche UML-Mittel sind geeignet? Kontextsichten: Klassendiagramm oder freie Grafik Grafik aus G.Starke, Effektive Softwarearchitektur, 2008 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 27

28 Welche UML-Mittel sind geeignet? Bausteinsichten: Klassendiagramm mit Paketen, Komponenten und Schnittstellen (c)schmiedecke 07 Grafik SE1-10 aus G.Starke, - Struktur Effektive und Architektur Softwarearchitektur,

29 Darstellung von Schnittstellen benannte Gruppe von Schnittstellen Grafik aus G.Starke, Effektive Softwarearchitektur, 2008 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 29

30 Welche UML-Mittel sind geeignet? Verteilungssichten: Verteilungsdiagramme Grafik aus G.Starke, Effektive Softwarearchitektur, 2008 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 30

31 Welche UML-Mittel sind geeignet? Laufzeitsichten: Objektdiagramme, Sequenzdiagrame, Aktivitätsdiagramme, Kompositionsstrukturdiagramme Grafik aus G.Starke, Effektive Softwarearchitektur, 2008 (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 31

32 Kurzer Einblick: Framework Abstrakte Implementierung einer Architektur konkrete Verfahren und Daten werden "eingehängt" Kontrollfluss im Framework implementiert: "Hollywood-Prinzip" (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 32

33 Framework-Techniken Definition von Oberklassen, abstrakten Klassen oder Interfaces für die einzelnen Systemteile "Loose Coupling": Konfigurationsdateien, die beschreiben, welche Datei welches Systemteil bzw. welche Schnittstelle realisiert, anstelle spezifischer Interaktionsschichten "Instant-Frameworks": Konvention über Konfiguration, d.h. Verzicht auf spezifische Konfiguration UND Interaktionsschichten (und andere "höhere" Techniken) für kleine Systeme Enterprise-Frameworks: Immer verknüpft mit IDE, die Konfiguration, Versionierung und Deployment übernimmt (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 33

34 Framework-orientierte Implementierung Zuerst Implementierung der Architektur: Aufsetzen des Frameworks (falls vorhanden) Erzeugen (und Einhängen) der Klassenschablonen des Zielsystems Vorbereitung der Systeminitialisierung als Konstruktorverkettung innerhalb des Frameworks. Dann erst Fachlogik implementieren ("ausprogrammieren") Vorteile: - Aufgabentrennung - architekturtreue Implementierung (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 34

35 ...genug für heute Nächstes Mal geht's um das "Ausprogrammieren", d.h. den funktionalen Entwurf... (c)schmiedecke 07 SE Struktur und Architektur 35