Prof. Dr. Joubert de Castro Lima. DECOM-UFOP - agosto de 2013

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1 O suficiente para programadores sem muita experiência em Java: padrão MVC, documentação de código, persistência, testes unitários e programação para computação de alto desempenho. Prof. Dr. Joubert de Castro Lima DECOM-UFOP - agosto de 2013 Precisamos de um exemplo único e simples, que seja suficientemente complexo para demonstrar o desenvolvimento de uma aplicação Java por meio do padrão de projeto de software Model- View-Controler (MVC). Maiores informações sobre MVC em Vamos usar a calculadora como exemplo. Nossa calculadora efetuará operações de soma, subtração, divisão e multiplicação. Nas entrevistas com o usuário conseguimos compreender que o mesmo almeja uma calculadora simples, que efetue as operações básicas e que permita inserir n operandos e não somente dois operandos, como são comuns nas calculadoras convencionais. Neste sentido, nossa calculadora efetuará somas, divisões, subtrações e multiplicações de n números, sejam reais ou inteiros. O usuário poderá listar quais foram as operações realizadas na calculadora desde sempre! Após identificar os requisitos, a primeira pergunta que devemos fazer como programador é: Como o usuário deverá usar a calculadora? Certamente da forma mais simples e intuitiva possível. Neste sentido, iremos inicialmente modelar a View (o V do MVC). Iremos usar uma interface gráfica do tipo desktop, porém graças ao nosso projeto MVC não iremos ter muitas recodificações se almejarmos trocar nossa calculadora por uma interface gráfica Web ou mesmo Android. Como iremos usar o Java, precisamos de uma IDE para Java. Neste tutorial iremos usar o Eclipse como IDE Java. Para o desenvolvimento dos componentes gráficos como botões, caixas de texto, rótulos, botões de rádio, entre outros, iremos usar o WindowBuilderPro. Trata-se de uma solução Google para rápida prototipação de interfaces gráficas Java Swing. O WindowBuilderPro funciona como um plugin Eclipse. Faça o download do WindowBuilderPro, siga as recomendações do site, reinicie o Eclipse e vamos a construção do V do MVC. De uma forma geral, nesta parte do tutorial iremos entender a necessidade do usuário, podendo assim apresenta-la graficamente e efetivamente funcionando. Com isto, conseguiremos prototipar telas até que o usuário aprove. Lista de espelhos para instalar o WindowBuilderPro no Eclipse: Eclipse 3.7 (Indigo): Eclipse 3.6 (Helios): Eclipse 3.5 (Galileo):

2 Nosso projeto Java no Eclipse se chamará MVC_Java, conforme ilustra a Figura 1. Trata-se de um projeto Java simples em que só definimos o nome e nada mais. Na pasta src iremos inserir nossas classes e pacotes do projeto calculadora, portanto como boa prática devemos inicialmente criar os pacotes model, view e controller, assim como ilustra a Figura 1. Se você não sabe como criar um projeto Java no Eclipse, basta ir em File => New => Java Project e depois definir um nome para o seu projeto. Simples assim!!! Figura 1. Projeto MVC_Java no Eclipse Uma vez criado o projeto, iremos criar a classe Java responsável pela interface gráfica. Interfaces gráficas sofisticadas requerem n classes similares a que iremos fazer neste tutorial. Para isto, basta clicar no pacote view com o botão direito do mouse e depois no menu new => other. Daí basta escolher uma nova classe jgoodies, conforme ilustra a Figura 2. Note que no Eclipse o JGoodies aparece como WindowBuilder.

3 Figura 2. Classe View com o JGoodies Iremos escolher um JFrame como componente principal de nossa interface gráfica. Note que é possível construir applets web e diversas outras interfaces, algumas sendo internas a sua aplicação como é o caso do JInternalFrame. A nova classe chama GUI_calculadora, conforme ilustra a Figura 3. Para que você consiga programar visualmente sua classe com o JGoodies, basta clicar na aba design. Em suma, ao clicar em design o JGoodies lhe provê programar visualmente a classe GUI_calculadora. Na Figura 4 ilustramos o painel da aplicação calculadora, assim como os inúmeros componentes Java Swing disponíveis para que possamos construir interfaces gráficas para nossos softwares com tecnologia Java.

4 Figura 3. Classe GUI_calculadora, gerada a partir do JGoodies Figura 4. Classe GUI_calculadora, visão gráfica da interface sendo construída A primeira tarefa é inserir um layout que mantenha os componentes visuais de sua tela ajustados e formatados adequadamente. Neste tutorial escolhemos o FormLayout. Basta selecionar o FormLayout e o arrastar para a interface gráfica em construção. O resultado é ilustrado na Figura

5 5. Com o FormLayout temos uma matriz onde podemos inserir os componentes e os ajustar dentro de uma célula de tal matriz de componentes Swing. Notem que é possível desenvolver interfaces gráficas extremamente sofisticadas com o JGoodies como plugin Eclipse. Figura 5. Usando o FormLayout para garantir formatação e ajustamento nos componentes da tela Após definir o layout, passamos a definir os componentes que o usuário irá interagir. Perceba a importância desta fase de desenvolvimento de software, pois é nela que nos colocamos como usuários do sistema, definindo para isto o conjunto de eventos e componentes visuais que tornem a aplicação simples e que resolva o problema definido pelo usuário. No nosso caso trata-se de uma calculadora que efetue as operações básicas sobre n operandos, sejam eles reais ou inteiros. Na Figura 6 ilustramos como ficará a interface gráfica da calculadora. Usamos para isto alguns JTextFields para permitir que o usuário insira textos, JComboBox para que o usuário informe qual operação almeja executar, um botão que inicia o cálculo, um botão que lista os cálculos já realizados e uma JTextArea para exibir tal listagem. Note que podemos programar em JGoodies outras inúmeras maneiras de atender os requisitos do usuário, portanto nossa solução é apenas uma das alternativa que atende aos requisitos e que busca SEMPRE A SIMPLICIDADE E A USABILIDADE. Assumimos daqui para frente que o usuário aprovou a GUI ilustrada na Figura 6. Agora é desenvolver o M e o C do MVC!

6 Figura 6. Proposta de interface gráfica para calculadora. Uma vez que usuário concordou com as interfaces gráficas desenvolvidas rapidamente com o JGoodies, passamos a implementar também visualmente os eventos necessários. Nesta etapa iniciamos o desenvolvimento do M (model) do MVC. Na Figura 7 ilustramos a adição do evento mouseclicked à partir de um simples clique com o botão direito do mouse no componente que você almeja adicionar o evento (no nosso caso o botão com label Executar), em seguida add event, em seguida mouse e por fim mouse clicked. O resultado é apresentado na forma de código, como ilustra a Figura 8.

7 Figura 7. Inserção de forma visual de eventos a componentes Java Swing Figura 8. Código gerado pelo JGoodies para o evento mouseclicked Quando o usuário clica no botão executar o código da Figura 8 é executado, portanto podemos assumir que uma operação da calculadora será solicitada. Neste sentido, definimos parte do modelo (M do MVC), pois de alguma forma nossa solução deverá controlar uma operação, provendo o cálculo da mesma. Neste tutorial a classe operação deverá possuir os atributos: (i) operandos como uma lista de números, (ii) o operador e (iii) o resultado. Outro requisito a ser atendido é listar os cálculos já realizados. Para atendê-lo inserimos a classe calculadora. Uma calculadora possui um conjunto de operações já realizadas. Nossa classe calculadora possui: (i) um identificador e (ii) uma lista de operações. O projeto já possui seu modelo, composto pelas classes Operação e Calculadora, conforme ilustra a Figura 9. O modelo pode possuir "v" Views e "c" Controllers. Esta é a grande vantagem do MVC. Iremos apresentar a calculadora em GUIs desktop, web e Android. Além disto, iremos efetuar o controle local e distribuído, mostrando com isto que o projeto MVC_Java possui fraco acoplamento entre seus módulos e consequentemente alta flexibilidade. O controle de uma simples calculadora se resume a alguns filtros e as operações básicas. Por outro lado, alguns controles podem exigir lógicas complexas, elevado número de componentes, assim como alta dependabilidade entre os componentes. Nestes cenários, o

8 número de classes de controle aumenta, ser escalável se torna árduo e ter manutenibilidade é praticamente um pesadelo! Já sabemos que deveremos ter as classes Operacao e Calculadora. Já temos ideia de quais são os atributos de cada classe, assim como os requisitos da calculadora. Então, já podemos construir diagrama de classes UML para o modelo de nosso aplicativo. Assim, permitimos que o projeto Java_MVC possa ser conduzido em equipe, facilitando a comunicação de sua estrutura e aumentando significativamente seu tempo de vida. A Figura 9 ilustra um diagrama de classes para o modelo de nosso projeto Java. Usamos o produto Gliffy, pois é online, gratuito em algumas licenças e possui um enorme catálogo de diagramas, incluindo UML, ER. Basta criar uma conta em e começar a usar! Temos as classes Operacao, Calculadora e a superclasse Model. A superclasse Model é uma boa pratica de projeto. É comum as classes do modelo terem que ser persistidas em disco ou em um banco de dados relacional (Oracle, SQL Server, MySQL ou PosGreSQL). Outra necessidade comum nos projetos é termos que transferir classes (objetos no caso!!!) do modelo pela rede. Diante da justificativa exposta, adicionamos a superclasse Model que todas as demais classes do modelo devem herdar. A classe Model possui um identificador e estende as interfaces Java Serializable, Cloneable e Comparable. A Figura 10 ilustra a classe Model de nosso projeto Java e suas relações. Com esta simples atitude conseguimos implementar um modelo que pode ser persistido e enviado pela rede. A outra opção seria colocar implements Serializable, Comparable, Cloneable para cada classe de seu modelo. Iremos EVITAR esta opção por ser suscetível a erros da equipe de programação. É obrigatório as classes do Modelo (M do MVC) implementarem os métodos equals, compareto, clone e hashcode. Desta forma estaremos implementando um modelo robusto! Mais a frente voltaremos a este assunto. Figura 9 Diagrama de classe UML do modelo do projeto MVC_Java

9 Figura 10. Classe Model genérica e que todas as demais classes do modelo são filhas Note que as variáveis de cada classe devem ser privadas, conforme ilustra a Figura 11. A Figura 12 ilustra como gerar os métodos get e set para todas ou algumas variáveis globais. Não há necessidade de gerar os métodos get e set para cada variável. Ao invés disto, basta clicar com o botão direito em qualquer ponto da área onde você programa no Eclipse e escolher a opção generate getters and setters. Figura 11. Classe Operação do Model

10 Figura 12. Gerar métodos de acesso no Eclipse Ao codificar uma classe devemos documentá-la. Usaremos o padrão JavaDoc. Maiores informações em: html. Para o programador basta selecionar a classe ou o método e depois clicar em shift+alt+j. O Eclipse insere as tags como author, return, nome dos argumentos das funções e muitos outros. Cabe ao programador informar o significado da classe, assim como de seus métodos, seus argumentos e seus retornos. A Figura 13 ilustra a classe Operacao e sua documentação JavaDoc. Figura 13. Classe Operacao devidamente documentada para geração JavaDoc

11 Para gerar o JavaDoc, basta clicar no projeto MVC_Java com botão direito e em seguida export, depois cabe selecionar JavaDoc e prosseguir. As Figuras 14 e 15 ilustram este passo. Figura 14. Geração JavaDoc do projeto MVC_Java Figura 15. Passo final na geração do javadoc usando eclipse Após geração, verifique o JavaDoc gerado no seu navegador preferido. O resultado deve ser similar ao ilustrado na Figura 16 para classe Operacao.

12 Figura 14. Javadoc criado para o projeto MVC_Java Para fecharmos as tarefas com a classe Operacao devemos construir a classe que testará se Operacao funciona adequadamente, isto é, o teste unitário para a classe Operacao. Iremos usar o JUnit para realizar os testes unitários do projeto MVC_Java. À medida que o projeto avança, o mesmo procedimento adotado para a classe Operacao deverá ser realizado para demais classes do projeto MVC_Java (todos os pacotes M, V e C), ou seja: (i) concepção, (ii) modelagem UML, (iii) implementação da classe, (iv) documentação javadoc, (v) geração do javadoc e (vi) teste. Gostaríamos de destacar a importância dos TESTES por serem frequentemente desconsiderados nos projetos devido aos prazos, porém não realiza-los pode sair muito mais caro. O plugin JUnit já se encontra instalado em sua IDE Eclipse (versão 3.7), portanto basta clicar com o botão direito em cima da classe Operacao e selecionar JUnit, depois JUnit Test Case. A Figura 15 ilustra a GUI Eclipse para este passo. Após a criação da classe OperacaoTest percebemos que há um método de teste para cada método publico de Operacao (getters e setters). Na Figura 16 ilustramos os métodos de teste para os métodos públicos getoperador e setoperador da classe Operacao. A regra de preenchimento não é complexa se feita desde o início do projeto. Em todos os métodos da classe de testes unitários, um objeto da classe Operacao é criado e a partir daí efetuamos dois testes: se o operador não for atribuído deve retornar null e se o operador se chamar teste retorne teste. No caso do método setoperador o teste se resume a verificar inserções positivas ou negativas. O método assertequals exige uma String como mensagem, o resultado esperado e o objeto a ser testado. Simples e robusto. Maiores informações sobre JUnit em:

13 Figura 15. Explorer Eclipse para criação de classes de testes unitários Figura 16. Métodos de teste da classe Operacao, mais precisamente os métodos get/set operador Mais a frente ensinaremos como criar suítes de teste, ou seja, a execução de inúmeras classes de teste. Por agora para testar Operacao basta clicar com o botão direito do mouse na classe OperacaoTest, em seguida run as, depois em JUnit Test. A Figura 17 ilustra este passo. A Figura 18 ilustra o resultado da execução da classe OperacaoTest. Notem na Figura 18 que não existem erros segundo os testes feitos na classe Operacao. Conduza sempre testes com resultados nulos, para

14 resultados numéricos sempre use negativo, zero e algum positivo, seja real ou inteiro. Nunca passe para a próxima classe sem antes conduzir testes unitários com êxito. Figura 17. Como executar um teste unitário isolado Figura 18. Resultado esperado de um teste unitário Até o momento ainda não concebemos como iremos resolver os eventos executar operação e listar operações realizadas. O que fizemos até agora foi implementar as classes do model responsáveis por armazenar os dados necessários ao projeto MVC_Java. A partir de agora dedicaremos as classes Controllers, responsáveis pela lógica ou controle do projeto sendo desenvolvido. Note que projetos com uma lógica complexa ou projetos extensos irão requerer n classes Controllers, uma para cada ação ou requisito da aplicação. No nosso exemplo temos como requisito prover o cálculo de uma operação e listar os cálculos já realizados. Iremos implementar duas classes Controller para este fim. A primeira se chamara ControladorOperacao e a segunda ControladorCalculadora. Na Figura 19 ilustramos o diagrama de classes completo do projeto MVC_Java, no qual é possível verificar a presença das classes dos pacotes View, Model e Controller.

15 Figura 19. Diagrama de classes do projeto MVC_Java Na Figura 19 temos a classe ControladorPersistencia e a informação que todas as classes controloradoras seguem o padrão de projeto de software Singleton (http://en.wikipedia.org/wiki/singleton_pattern). Este detalhe é explicado mais a frente no documento. Nas Figuras 20 e 21 especificamos as responsabilidades das classes ControladorOperacao e ControladorCalculadora como uma interface Java. Note que uma interface Java não possui a implementação, mas somente as assinaturas de seus métodos. Não implementaremos interfaces para as classes Model e View por não trazerem benefícios diretos ao projeto MVC_Java. Interfaces para as classes de Controle é uma boa prática de projeto de software. Consideramos sempre fazer e sempre começar por um conjunto pequeno de métodos no controle que o usuário interage diretamente. No nosso exemplo os controles são simples, porém poderiam exigir outras inúmeras classes também de controle, porém de segunda, terceira, n-ésima ordem. Assumimos classes de controle de primeira ordem as que são acessadas diretamente por outros componentes ou pela View. Segunda ordem as que são acessadas pelas classes de primeira e assim sucessivamente. Para o usuário, o controle de nosso projeto MVC_Java se resume a calcular (Operacao op, Calculadora calc): boolean e listar (Calculadora calc): List<Operacao>. Apenas dois métodos e a GUI controla na nossa calculadora.

16 Figura 20. Interface ControladorOperacao Figura 21. Interface ControleCalculadora As implementações das classes ControladorCalculadora e ControladorOperacao estão no projeto que acompanha este tutorial (MVC_Java.rar). Na Figura 22 apresentamos a ideia da classe controladoroperacaoimpl, implementação da interface ControladorOperacao. O Método calcular verifica se o operador da Operacao op começa com Adi, Mult, Div e Sub. Então, a operação é feita no vetor de operandos e o resultado é salvo em op. Por fim, a Calculadora recebe mais uma operação. Se o calculo der errado retorna-se false e a calculadora permanece intacta.

17 Figura 22. Implementação do método calcular. Note na Figura 22 a presença da instrução Java try. Trata-se de mais uma fundamental informação deste projeto. Sempre use as cláusulas try e catch para TODOS os métodos de suas classes do controle. Tais cláusulas adicionam robustez ao seu código, pois adicionam execuções extras no caso de qualquer erro no bloco principal. No bloco de código secundário, chamado catch, você sempre possui a chance de arquivar o erro em logs, chamar nova computação com novos argumentos, entre outras possibilidades. A classe GUI ou View de nosso projeto é a nossa próxima observação. Na classe GUI_Calculadora, quando o usuário clica em calcular, uma operação é criada sem o resultado e submetida ao controle ControladorOperacao para que o mesmo proceda o cálculo. O resultado da operação é exibido na GUI. O evento listar operações acontece de maneira similar ao explicado anteriormente. Maiores informações no projeto Java que acompanha este tutorial. Na Figura 23 temos o trecho de código que submete o cálculo de uma nova operação na calculadora. Figura 23. Classe GUI_Calculadora - Calculo de uma nova operação na calculadora

18 Assim como o pacote model, o pacote controller deve possuir classes de testes unitários. Não as explicaremos por serem similares aos testes já explicados anteriormente. Novamente, as informações estão no arquivo Java do projeto, bastando fazer download do projeto MVC_Java. Perceba na Figura 23 que o ControladorOperacao é invocado de maneira estática, usando o método getinstance. A partir de agora iremos explicar a importância da afirmação no digrama de classes do projeto MVC_Java de que todas as classes de controle são singletons. Isto significa que almejamos apenas uma instancia da classe ControladorOperacao por processo criado, seja multithread ou não. Ter mais instancias não é necessário, nem desejado, em nossa aplicação. O mesmo ocorre com inúmeros outros controles, portanto sempre opte por tornar sua classe de controle um singleton. A implementação de uma classe singleton de forma correta está na Figura 24. Maiores informações sobre o padrão de projeto singleton, assim como muitos outros em: Um livro bem didático sobre o tema é o Use a Cabeça! Padrões de projeto, ISBN Figura 24. Singleton na classe ControladorOperacaoImpl Até o momento temos o MVC implementado e o nosso projeto plenamente funcional, porém ainda falta explicar o motivo da classe ControladorPersistencia. Entramos finalmente na reta final deste primeiro tutorial. A interface ControladorPersistencia é ilustrada na Figura 25. Esta interface possui apenas dois métodos (salvar e retornar) e permite inúmeras implementações. Neste primeiro tutorial iremos implementar apenas a persistência como OBJETO SERIALIZADO no sistema de arquivos do seu Sistema Operacional. A classe calculadora e o que calculadora possui (Operacao, por exemplo) podem ser serializados facilmente, pois ou são tipos primitivos ou implementam Java Serializable interface.

19 Figura 25. Interface ControloadorPesistencia A implementação realizada neste primeiro tutorial é ilustrada nas Figuras 26 e 27. A classe ControladorPersistenciaImpl usa as classes de I/O Java chamadas FileOutputStream e FileInputStream. Tais classes permitem que objetos java sejam convertidos em arquivos binários e salvos em disco facilmente. Buffers são usados e encapsulam a leitores de arquivos, permitindo que a instrução oos.writeobject(calc); seja otimizada. Java permite um reuso absurdo quando o assunto é I/O. Seu desenho permite o programador trocar facilmente leituras ou gravações de arquivos, por leituras ou envios via socket (TCP) ou datagrama (UDP). Maiores detalhes sobre I/O em Java no link No próximo tutorial iremos implementar a possibilidade de salvar Calculadora num banco de dados relacional (Oracle, MySQL ou qualquer outro) e também a armazenar calculadora num cluster de PCs, usando para isto o middleware JavaCá&Lá, projeto coordenado pelo prof. Joubert e distribuído gratuitamente no link Figura 26. Implementação da classe ControladorPersistencia para salvar objetos Java em disco

20 Figura 27. Implementação da classe ControladorPersistencia para recuperar objetos Java em disco A interface ControladoraPeristencia é considerada classe de controle, assim como as classes ControladoraCalculadora e ControladoraOperacao. Neste tutorial iremos chamar ControladorPeristencia a partir da classe do pacote view chamada GUI_calculadora. A cada calculo a classe ControladorPeristencia é usada para recuperar e salvar uma calculadora. No caso da operação listar, usa-se ControladorPersistencia para recuperar uma calculadora. Na Figura 28 ilustramos como calcular uma operação a partir da GUI_calculadora.java. Figura 28. Interação entre as classes GUI_calculadora e ControladorPersistencia O arquivo calc1 criado em disco é ilustrado na Figura 29. O arquivo é a versão de Calculadora com suas n operações armazenadas. Desta forma, podemos inicializar quantas vezes quisermos a

21 aplicação calculadora e NENHUMA OPERAÇÃO SE APAGARÁ, pois estão sempre armazenadas em disco. Para inicializarmos a calculadora basta apagarmos o arquivo calc1 do diretório. Figura 29. Arquivo calc1 gerado para persistir a calculadora e suas operações Por fim, iremos criar um suíte de testes, facilitando desta forma a execução de testes em mais de uma classe. Durante o ciclo de vida do projeto o suíte de testes deverá ser executado inúmeras vezes. Qualquer nova implementação deverá ser acompanhada de um novo teste, porém não o unitário e sim o suíte inteiro. Na Figura 30 ilustramos como criar um suíte de teste com o JUnit. Figura 30. Como montar um suíte de teste no Eclipse

22 NO PROXIMO TUTORIAL: 1) NOVAS IMPLEMENTAÇÕES DE VIEWS (WEB E ANDROID) 2) NOVAS IMPLEMENTAÇÕES DE ControladorPersistencia para banco de dados relacionais e ambientes distribuídos.

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