ohjelmistoarkkitehtuurit kevät 2016 komponenttien...

Ohjelmistoarkkitehtuurit

Kevät 2016

Komponenttien vuorovaikutus &

suunnittelumallit

Samuel Lahtinen

http://www.cs.tut.fi/~ohar/

1.2.2016 1Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016

4. Komponenttien

vuorovaikutus

2

• Roolirajapinnat

• Välittäjät

• Fasaadit

• Kutsun siirtäminen

• Edustajat

• Takaisinkutsut

• Tapahtumat

• Viestit

• Sovittimet

• Tehtaat

1.2.2016Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016

Suunnittelumalleista yleisesti


Toteutusriippuvuuksien

poistaminen rajapinnoilla

4

A B

A B

IB

A ei tunne

mitä

miten


Rooliperustaiset rajapinnat

5

Client1

Server

Services

Client2

Client1

Server

Role1

Client2 Role2

Client1 käyttää Server:iä

eri roolissa ja siksi eri palveluja

kuin Client2


Esimerkki

6

Button

VisualComponent

EventSource


Vs. Qt

Qobject (eventit)-Qwidget-QabstractButton-QPushButton

1.2.2016Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016 7

Hienojakoiset roolirajapinnat

8

Asiakkaat Palvelun

tarjoajatRoolit

A

B

C

D

P

Q

X

Y

Z

P:n ”perinteinen” rajapinta

Q:n ”perinteinen” rajapinta


Komponenttien

vuorovaikutuksen hallinta

9

Joukko keskenään kommunikoivia

komponentteja


Komponenttien


10

Ongelmia:• komponenttien väliset riippuvuudet mutkikkaita

ja vaikeita hallita

• jos jokin yhteistoiminta halutaan muuttaa,

joudutaan jokaista osallistujaa muuttamaan

• komponentteja ei voi käyttää helposti toisessa

yhteydessä

• Ohjelman toiminnallisuuden seuranta vaikeutuu

• Komponenttikaavion suhteet muistuttavat black

metal -bändin logoa/levynkantta (mikä bändi?)

• Dynaamiset kirjastot ja komponentit, vaikea

hallita jne.


(ja tärkeänä vastauksena kysymykseen: kuvassa vähän siistitty versio laulu- ja soitantayhtye Venomin esikoislevyn kannesta,

Jokunen vuosi myöhemmin myös Pentagram niminen solistiyhtye koristeli Relentless-levynsä kanta lähes identtisellä taiteella.

Toki vastaavaa kuvitusta löytyy lähes jokatoiselta black metal-yhtyeeltä…)

Esimerkki komponenteista

11

ListBox

TextField Button


File dialog Tooltip

Esimerkki

12

Ilmanlaadun

hallinta

Ikkunoiden

hallinta

Ilmastoinnin

hallinta

avaa

ikkuna

sulje

ilmastointi


Riippuvuuksien keskittäminen:

Mediator

13

Etuja:

• vuorovaikutus omana

kokonaisuutena (välittäjä),

voidaan muuttaa tai räätälöidä

koskematta komponentteihin

• tekee komponentit riippumat-

tomiksi toisistaan

• yksinkertaistaa kommunikaatiota

(yksi-moneen, ei moni-moneen)

Ongelma: keskitetty kontrolli voi

kasvaa itsessään monimutkaiseksi

Keskitetään vuorovaikutuksen

kontrolli rajoittamalla komponenttien

vastuut ja ottamalla käyttöön uusi

komponentti, jonka vastuulla on




http://www.codeproject.com/Articles/186187/Mediator-Design-Pattern

http://www.codeproject.com/Articles/186187/Mediator-Design-Pattern

Esimerkki

15

Dialog

Coordinator

ListBox

CoordinatorwidgetChange(Widget)

Widgetchanged()

TextField

Button

ButtonIenable()

TextFieldIsetText(str)

ListBoxIgetSelected(): str

Välittäjä


Tyypillinen vuorovaikutus

16

:ListBox :DialogCoordinator :TextField :Button

widgetChange

getSelected

setText

enable


Esimerkki

17

Ilmanlaadun

hallinta

Ikkunoiden

hallinta

Ilmastoinnin

hallinta

avaa

ikkunasulje

ilmastointi


Kysyttävää?


Kutsun siirtäminen (delegointi)

19

op B

op()

op B

op()

Bimp

imp

…

imp.opimp();

…

opimp()

palvelun

varsinainen

suorittajaB saa palvelupyynnön:

Voi olla erilaisia syitä:

- halutaan tehdä oheistoimintaa, joka ei näy palvelun pyytäjälle

- halutaan pystyä helposti vaihtamaan toteutus dynaamisesti

- halutaan muuttaa kutsumuotoa

- halutaan piilottaa varsinainen suorittaja

Yleinen perusmekanismi

monessa standardiratkaisussa


Kutsun siirtäminen: esimerkki

20

Account

ManagerCustomer

Chargablediscount(int): int

CustomerSupportdiscount(int): int

KeyCustomer

Support


Delegate esim. C#


delegate osana kieltä, funktio-osoitin, delgaatti ja tapahtumien sitominen siihen jne.

http://www.csharp-station.com/Tutorial/CSharp/Lesson14

public class WorkerClass{

public delegate void LogHandler(string message);

public void process(LogHandler logHandler){

if (logHandler != null){

logHandler("Process() begin");}if (logHandler != null){

logHandler("Process() end");}

}}

public class TestApplication{

static void logger(string s){

Console.WriteLine(s);}

static void Main(string[] args){

WorkerClass myClass = new WorkerClass();WorkerClass.LogHandler myLogger = new WorkerClass.LogHandler(logger);myClass.process(myLogger);

}}

http://www.csharp-station.com/Tutorial/CSharp/Lesson14

Mikä suunnittelumalli?


Riippuvuuksien kuristaminen:

Fasadi (Facade)

23

alijärjestelmäalijärjestelmä

Fasaadi


Fasadia

24

Luentojen aloittaminen (laitteisiin liittyvät asiat):

• Tarkasta puhelin, aseta äänettömälle jos äänellinen

• Räplää luentosalihallintaa, valitse valaistus ja kuvalähde ja käynnistä

tykkeilymoodi

• Kirjaudu luentosalin koneeseen

• Läppäri auki, kirjaudu sisään

• Avaa selain

• Kytke kamera, kytke mikkihärveli

• Pistä mikkihärveli pois äänettömästä tilasta

• Avaa Adobe Connect, kirjaudu sisään

• (Käynnistä uudelleen, kun Flash kaatuu)

• Käynnistä Connect myös luentosalikoneella

• Avaa molempiin koneisiin Slack, kirjaudu sisään, valitse luennot-kanava

• Kirjaudu google formsiin (etusivu, sposti, salasana…) *2

• Takaisin läppärille (kytke vga-piuha) & valitse extend to second screen

• Avaa Powerpoint ja käynnistä esitystila

• valitse Connectin kuvalähteeksi kakkosnäyttö, käynnistä esitys

• Varmista että kuva näkyy luentosalin koneella

• Valitse kamera, aktivoi se

• Valitse mikrofoni, aktivoi

• Aloita tallennus

• Aloita luento

…1.2.2016Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016

Fasadin kanssa:

Aloita luento

Keskeytä luento

Jatka luentoa

Lopeta luento

tallennustenHallinta

pääsy

Echo/connect-

rajapintaan

Fasadi suunnittelumalli

25

• Käytetään antamaan yksinkertainen, useimmille käyttäjille

riittävä oletusliittymä monimutkaiseen alijärjestelmään,

tekemään korkeamman tason palveluita, joilla voi yhdistää

useampia toimintoja

• Fasadi ei kuitenkaan täysin piilota alijärjestelmän komponentteja

suoralta käytöltä

• Voidaan käyttää esimerkiksi kerrosarkkitehtuurissa antamaan

kullekin kerrokselle yksinkertainen sisääntulokohta (ja rajapinta)

• Vrt. Välittäjä: yksisuuntainen palvelu, tyypillisesti fasadi vain

hoitaa palvelukutsut oikealle komponentille/oikeille

komponenteille

• Fasadin käyttöä voidaan edelleen kaventaa roolirajapinnoilla (eri

fasadi eri käyttäjille)

• Fasadin perusideaa käytössä esim. MVC ja rajapinnat: esim.

kontrolleri hoitaa mallin kanssa kommunikoinnin, voi kutsua

usean eri osan palveluita


Esimerkki

26

StudentFacade

registerStudent

removeStudent

getStudentInfo

StudyRegister

StudentRegister

PaymentSystemregStudentToCourse

removeStudentFromCourse


Esimerkki: Sports tracker -

kopio

• Käyttäjälle ja käyttöliittymän suuntaan haluttuja toimintoja,

aloita, lopeta, pysäytä, treeniyhteenvedot

• Erilaisia alijärjestelmiä:

– Sijaintitieto, ajanotto/ajastus, datayhteydet, treenitiedot, autentikointi …

– Fasadirajapintaan toimintojen mukaiset palvelut, jotka hoitavat esim.

Aloita-osassa GPS:n päälle, karttapalvelun käynnistämisen, ajastuksen

aloittamisen, jne.

– Lopeta, pysäyttää ajastuksen, kerää tiedot karttaosiolta, pyrkii

käynnistämään datayhteyden, hoitaa autentinkoinnin ja lisää

treenitiedot palvelimelle


Periytymisen toteutus kutsun

siirtämisellä

29

Car

Vehicle

parent

Commodity

printDescription-kutsu

printDescription:

{printName;

... }

”täydellinen" Car olio

self

parent

parent


https://developer.mozilla.org/en/docs/Web/JavaScript/Inheritance_and_the_prototype_chain

http://www.sitepoint.com/simple-inheritance-javascript/

https://medium.com/javascript-scene/common-misconceptions-about-inheritance-in-javascript-d5d9bab29b0a#.cnacombkk

https://developer.mozilla.org/en/docs/Web/JavaScript/Inheritance_and_the_prototype_chain

http://www.sitepoint.com/simple-inheritance-javascript/

https://medium.com/javascript-scene/common-misconceptions-about-inheritance-in-javascript-d5d9bab29b0a#.cnacombkk

Periytymisen toteutus kutsun

siirtämisellä

30

”Täydellinen" Car olio

Car

Vehicle

parent

CommodityprintDescription-kutsu

printDescription:

{printName;

... }

self

parent

parent

Product

parent


Komponenttiriippuvuuksien

poistaminen edustajalla

(proxy)

31

Edustaja: komponentti, joka edustaa toista komponenttia jossain

yhteydessä ilman, että komponentin asiakkaat tietävät tätä. Tyypillisesti

edustaja tekee palvelupyynnön yhteydessä jotain oheistoimintaa.

EdustajaAsiakasop op Palvelun

tarjoaja


Sovelluksia

32

Kun halutaan estää asiakkaan suora pääsy resurssiin

•hajautetut järjestelmät

• viivästetty lataaminen (esim. oliokannat), ositettu lataaminen

• älykkäät osoittimet

•Turvallisuus, asiakkaiden varmentaminen

•Älykkäät edustajat (smart proxy), palvelun suorittajan älykäs

valinta

• ...


Edustaja (Proxy)

suunnittelumalli

33

Client

Proxy

Servicesrequest()

Server

request()

...

actual.request()

actual


Esimerkki: viivästetty lataaminen

35

if not loaded then

map = loadFromFile();

loaded = true

end;

map->getRoute()

varsinainen

getRoute

palveluNavigator

MapProxy

MapgetName()

getRoute(from,to)

getName

getRoute

CityMap

getName

getRoute

return mapName;


Esimerkki: viivästetty lataaminen

36

varsinainen

kuvaViewer

Proxy

PicturegetPic()

applyEffect()

ready()

+getPic()

+applyEffect()

+ready()

SmallPic

+getPic()

+applyEffect()


FinalPic

+getPic()

+applyEffect()

Erilaisia edustajia,

käyttötarkoituksia

37

• Virtual proxy: viivästetty lataaminen, jne. Toimii

välissä ja varmistaa, ettei raskaita operaatiota

käynnistellä turhaan

• Protection proxy: käyttäjä ei pääse käyttämään

suoraan palvelua tai resurssia, proxy välissä sisältää

esimerkiksi autentikointia

• Remote proxy: verkkoresurssien käyttö rajapinnan

kautta, proxy hoitaa yhteysjutut (esim. ohjaa kutsut

oikeaan paikkaan, tuo lisäturvallisuutta jne.)

(vertaa proxy palvelimet)


Proxy vs. Mediator vs. Broker

• Proxy kätkee palvelun sen käyttäjältä (syitä…)

• Mediator, toimii keskitettynä yhteyksien hallitsijana

• Broker, kuten yllä, mutta käsitteellinen ero, resurssit

hajautettuja, voivat vaihdella paikkaa jne.

– Broker tietää mistä palvelut löytyvät

– Voi joko suorittaa palvelut ja palauttaa tuloksen asiakkaalle tai toimia

kirjastona, anna tähän liittyvä palvelu..

• Broker ja proxyt, adapterit jne. yhteistoimminnassa

• Useampia brokereita, voivat tuntea toisensa


Broker



https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ff648096.aspx

https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ff648096.aspx

Kysyttävää?


Riippuvuuksien poistaminen

takaisinkutsuilla

44

Takaisinkutsu

Palvelun tarjoajalta sen pyytäjälle kesken palvelun tuleva kutsu.

Tekniikka, jonka avulla palvelun pyytäjä voi saada kontrollin

kesken palvelun suorituksen.

Tavallisesti palvelu kuuluu johonkin yleiskäyttöiseen kirjastoon,

joka ei saa tulla riippuvaksi kirjastoa käyttävistä sovelluksista.

Takaisinkutsu mahdollistaa sovelluskohtaisen räätälöinnin

yleiskäyttöisille palveluille ilman, että ne tulevat riippuviksi

sovelluksista.


Takaisinkutsu (Callback)

45

palvelun

kutsu

takaisinkutsu

kirjasto

sovellus

paluu

: Kirjasto : Sovellus

palvelun kutsu

takaisinkutsu

paluu

palvelun paluu

takaisin-

kutsu

sekvenssikaaviona:


Takaisinkutsurajapinta

46

Engine

Car

EngineUserwarn(str)

setup()

warn(str)

...

PowerSourcestart()

stop()

setUser(EngineUser)

log.output("Oil pressure low");

myeng.stop();

run()

…

if (oilpressure<limit) {

user.warn();

...

myeng = new Engine();

myeng.setUser(this);

myeng.start();

Yleiskäyttöinen

Sovelluskohtainen

Takaisinkutsurajapinta


HUOM! Oikeassa ajoneuvonohjausjärjestelmässä

moottorinohjaus jne. ovat omina erillisinä itsenäisinä fyysisinä ohjainyksikköinä (viestintä viesteillä väylän avulla)

Käytetään poikkeuksia?

47

Voidaanko poikkeuksilla saada periaatteessa aikaan

sama kuin takaisinkutsuilla?

A Ei koskaan

B Joskus

C Aina


Poikkeuksilla

48

Engine

Car

setup()

warn(str)

...

PowerSourcestart() throws Oilpressure

stop()

setUser(EngineUser)

screen.output(str+": Oil pressure low");

myeng.stop();

start()…

if (oilpressure<limit) {

...

throw new Oilpressure();

}

...

setup(): ...

myeng = new Engine();

myeng.setUser(this);

try {

myeng.start();

} catch (Oilpressure op) {warn("...");}

Yleiskäyttöinen

Sovelluskohtainen

Erot: - ei takaisinkutsurajapintaa

- käyttävän yksikön (Car) tulee varautua

poikkeukseen

Edut: - yksinkertaisempi

- kirjastoyksikön ei tarvitse tietää mitään

käyttävän yksikön operaatioista (edes takaisin-

kutsurajapintaa)

Haitat: - kirjastoyksikkö ei voi jatkaa

tapahtuman käsittelyn jälkeen (tässä tosin

ei ilmeisesti tarvitsekaan)


Kysyttävää?


Riippuvuuksien vähentäminen

tapahtumien avulla

50

Tapahtuma on ohjelman ajoaikainen tietoalkio,

• jonka synnyttää jokin komponentti,

• jonka syntymiseen reagoi yksi tai useampi komponentti ja

• joka häviää sen jälkeen kun ei ole olemassa enää komponenttia,

jonka tulisi reagoida sen syntymiseen.

• Tapahtuman synnyttäjä ei tunne tapahtuman syntymään

reagoivia yksiköitä

• Tapahtumat poistavat näkyvän riippuvuuden, mutta eivät väärin käytettynä

muuta ohjelman toiminnallista riippuvuusrakenneta (toiminnan

ymmärtäminen ja muuttaminen voi olla vielä vaikeampaa)1.2.2016Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016

Perinteinen kutsu vs. tapahtuma

51

Palvelun

kutsuja

Palvelun

tarjoaja

Tapahtuma

Tapahtumaan

reagoivat

Tapahtuman

synnyttäjä


Tapahtumat käyttöliittymissä

52

GUI

Sovelluslogiikka

Käyttäjän komennot Tilamuutokset


Synkroninen takaisinkutsuihin

perustuva tapahtumankäsittely

53

Tapahtuman

aiheuttaja

rekisteröinti

ilmoitus tapahtumasta

(takaisinkutsu)

Reagoivat

yksiköt

Synkroninen =

tapahtuman aiheuttaja

odottaa tapahtuman käsittelyä

ennen kuin jatkaa.


Asynkroninen tapahtumien

käsittely

54

• Mitä vaatimuksia verrattuna synkroniseen?


Tarkkailija (Observer)

suunnittelumalli

55

SourceComp ObserverComp

Observerupdate(Event)

Sourceregister(Observer)

unregister(Observer)

obs src


Tapahtumien käsittely Javassa:

Esimerkki

56

JMenuItem AppComp

ActionListeneractionPerformed(ActionEvent)

AbstractButtonaddActionListener(ActionListener)

obs src


Tapahtumaesimerkki Qt:ssa


QTimer *timer = new QTimer( this );

// takaisinkutsutyylillätimer->singleShot( timertime_.getTimeInMilliseconds(), this, SLOT( alarm() ) );

// yleisemmin tapahtumien yhdistelemisen avullaconnect( timer, SIGNAL( timeout() ), this, SLOT( alarm() ) );QObject::connect( QTimer, &QTimer::timeout, this, &MainWindow::alarm );

Mitä eroa näillä kahdella on? (jos esimerkiksi ajastus asetetaan uudestaan?)

Viestipohjainen kommunikointi

58

Komponentti 1 Komponentti 2

receive(Message m)

• Komponentit toteuttavat geneerisen viestin vastaanottorajapinnan (ja käyttävät sitä

suoraan tai viestinvälittäjän kautta)

• Komponentit kommunikoivat keskenään viestejä lähettämällä

• Viestien välittämisestä huolehtii usein erityinen komponentti (message dispatcher)

Viesti


Rajapinnat vs. viestit

59

Palvelun

pyytäjä

Rajapinta

Viesti

Palvelun

tarjoaja

toteuttaa

Palvelun

tarjoaja

lukee ja

toteuttaa

Rajapinta kertoo mitä tehdään ja millä tiedolla, viesti voi kertoa mitä tahansa (mitä tehdään,

kuka tekee, millä tiedolla).

Viestinvälitysarkkitehtuurit,

palveluväylät (ESB),

Smalltalk

Komponentit,

Asiakas-palvelin,

Web palvelut (SOA),

C++, Java

func A(X…)

ACTION = A

PAR1 = X

Viestin

välittäjä


Rajapintariippuvuuksien

poistaminen sovittimilla

60

Sovitin

Komponentti 1 Komponentti 2

Rajapinnan A mukainen

palvelupyyntö

Sovitin: palvelun pyytäjän ja tarjoajan välillä oleva ohjelmayksikkö,

joka tekee palvelun pyytäjän riippumattomaksi palvelun tarjoajan

rajapinnasta.

Rajapinnan B mukainen

palvelupyyntö


Sovitin (Adapter) suunnittelumalli

61

Client

Adapter

AbstractServices

request()

Server

ConcreteServices

concRequest()

adaptee

request()...

adaptee.concRequest()


Sovitin ja tapahtumat

62

Komponentti A Komponentti BSovitin

rekisteröinti

ilmoita

tapahtumasta

palvelu-

kutsu


Sovittimien käyttö riippumattomien komponenttien tapahtumapohjaisessa kommunikoinnissa

Kysyttävää?


Luontiriippuvuuksien

vähentäminen tehtaalla

Ongelma:

Miten ohjelmistoalusta tai yleiskäyttöiset komponentit

voivat luoda sovelluskohtaisia olioita/komponentti-

ilmentymiä tulematta riippuvaisiksi sovelluskohtaisista

luokista/komponenteista?

1.2.2016 64Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016

Luontiriippuvuuksien

vähentäminen tehtaalla

65

Platform

AppFactory

Factorycreate(): Product

Productservice

AppProduct

<<create>>

AppInit

FactoryRegistryregister(Factory)

<<create>>

(alustus)

(käyttö)


Yksinkertainen tehdas:

Tehdasmetodi (Factory Method)

suunnittelumalli

66

factoryMethod

anOperation

…

product = factoryMethod();

...

factoryMethod return new AppProduct();

Creator

ConcCreator

AppProduct

create

Product


Esimerkki

67

createDocument()

newDocument()

openDocument()

doc = createDocument();

docs.add(doc);

doc.open();

createDocument() return new MyDocument;

DocManager

MyDocManager

create

use

Documentopen()

close()

MyDocument

open()

close()


Ongelma: Miten varmistaa

yhdenmukaiset oliot?

68

Alusta

TAIMUTTA EI:


Ratkaisu: yksi tehdasolio luo kaikki oliot

yhdenmukaisesti

69

Alusta

tehdasolio

luo

TwoDimFac

ThreeDimFac

ilmentymä

ilmentymä

tehdasluokka

factory class

käyttää

ShapeFac


Abstrakti tehdas

suunnittelumalli

70

ProductA2

operA

ProductB2

operB

Alusta

Factory1

AbsFactorycreateProductA(): ProductA

createProductB(): ProductB

ProductA1

<<create>>

ProductB1

ProductA ProductB

operA operB

operA operB

Factory2

<<create>>


Abstrakti tehdas (Abstract

Factory) suunnittelumalli:

Esimerkki

71

Sovellus-

alustaWinFactoryAbsFactory

createButton(): Button

createMenu(): Menu

WinButton

<<create>>

WinMenu

Button Menu


Yhteenvetoa

72

• Roolirajapinnoilla täsmällisemmin tyypitetty arkkitehtuuri

• Välittäjän käyttö keskitettyyn vuorovaikutukseen

• Kutsun siirtäminen perusmekanismi monessa ratkaisussa

• Fasadi keskittää alijärjestelmän käytön

• Edustajalla voidaan liittää palveluun oheistoimintaa

• Takaisinkutsulla kontrolli palautetaan väliaikaisesti kutsujalle

• Tarkkailija yleinen ratkaisu tapahtumapohjaiseen vuorovaikutukseen

• Viestipohjainen kommunikointi löyhentää sidoksia

• Sovittimilla voidaan muuntaa rajapintoja

• Tehtailla voidaan luoda ilmentymiä, vaikka niiden tyyppiä ei tunneta


Linkkejä ja luettavaa

• Iso kasa patterneja (Javalle): http://www.java-forums.org/ocmjea/57996-

tutorial-review-java-design-patterns-java-architect-exam.html

• Broker-mallista: Pattern-oriented Software architecture for dummies (luku

12)

• Mediator- ja viestinvälitysesimerkki Java Message Service

http://docs.oracle.com/javaee/6/tutorial/doc/bncdr.html

• Mediator, yksinkertainen esimerkkikoodi:

http://www.journaldev.com/1730/mediator-design-pattern-in-java-example-

tutorial

• Proxy pattern: http://www.oodesign.com/proxy-pattern.html


http://www.java-forums.org/ocmjea/57996-tutorial-review-java-design-patterns-java-architect-exam.html

http://docs.oracle.com/javaee/6/tutorial/doc/bncdr.html

http://www.journaldev.com/1730/mediator-design-pattern-in-java-example-tutorial

http://www.oodesign.com/proxy-pattern.html

Kysyttävää?


ohjelmistoarkkitehtuurit kevät 2016 komponenttien...

Documents