1/26/2009. Como é feito Análise de um problema/processo/sistema Desenvolvimento de uma solução Software + não-software. Testes/validação.

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1 Como é feito Análise de um problema/processo/sistema Desenvolvimento de uma solução Software + não-software Testes/validação Problema Solução 1

2 Problema Solução Implementação Arquitetos (algumas vezes) usam UML para criar modelos de alto nível São usados em um primeiro momento Discussões, idéias, etc (análise) Porém logo são inúteis Programadores criam código manualmente Manutenção é feita diretamente no código Modelos perdem a consistência Mesmo com engenharia reversa, ainda é um artefato desnecessário Qual o problema com a modelagem? Por que descartamos logo os modelos? 2

3 Considere os seguintes requisitos para um software: Preciso escrever Alô mundo! na tela public static void main(string args[]) { System.out.println( Alô mundo! ); Considere os seguintes requisitos para um software: Preciso escrever Alô mundo! na tela No futuro, deve ser possível utilizar outras mensagens, além de Alô mundo! 3

4 public static void main(string args[]) { if(args.length > 0) imprimemensagem(args[0]); else imprimemensagem( Alô mundo! ); public static void imprimemensagem(string mensagem) { System.out.println(mensagem); Considere os seguintes requisitos para um software: Preciso escrever Alô mundo! na tela No futuro, deve ser possível utilizar outras mensagens, além de Alô mundo! Deve ser possível usar diferentes cores Alô mundo! 4

5 Considere os seguintes requisitos para um software: Preciso escrever Alô mundo! na tela No futuro, deve ser possível utilizar outras mensagens, além de Alô mundo! Deve ser possível usar diferentes cores Deve ser possível usar diferentes dispositivos (celular, monitor, projetor, palm, etc.) FabricaDeMensagem Abstrata MensagemAbstrata FabricaDeMensagem Desktop FabricaDeMensagem Palm FabricaDeMensagem Celular Mensagem Desktop Mensagem Palm Mensagem Celular Considere os seguintes requisitos para um software: Preciso escrever Alô mundo! na tela No futuro, deve ser possível utilizar outras mensagens, além de Alô mundo! Deve ser possível usar diferentes cores Deve ser possível usar diferentes dispositivos (celular, monitor, projetor, palm, etc.) Deve ser possível enviar a mensagem remotamente, pela Internet 5

6 Adapter Protocolo Adapter Controle de acesso Internacionalização Criptografia Tarifação Base de Dados Adapter Finanças Economia Trabalho mental dos desenvolvedores OO Padrões Alimentos Turismo Jogos Aeronáutica Linguagens Métodos ágeis Banco de dados Domínio do problema Domínio TI Complexidade inerente vs complexidade acidental Ex: Diferentes dispositivos (desktop, celular, palm, etc...) Classes abstratas, herança, polimorfismo, constantes, programação reflexiva, métodos da classe String,... 6

7 Complexidade inerente Impossível descartar... a menos que você tenha uma boa lábia... Resolver é sua obrigação Complexidade acidental É possível contornar/reduzir Frameworks, padrões, etc... São problemas que você mesmo criou Problema Complexidade acidental Solução Implementação Entrevistar cliente Fazer documento de requisitos Abrir ferramenta de modelagem (UML) Aprender UML Representar o problema em UML Aprender UML Discutir problema em cima dos modelos Projetar solução Representar solução em UML Aprender UML Gerar protótipos automaticamente Adaptar protótipos Completar protótipo com regras de negócio Testar e implantar 7

8 Entrevistar cliente Fazer documento de requisitos Abrir ferramenta de modelagem (UML) Aprender UML Representar o problema em UML Aprender UML Discutir problema em cima dos modelos Projetar solução Representar solução em UML Aprender UML Gerar protótipos automaticamente Adaptar protótipos Completar protótipo com regras de negócio Testar e implantar In Ac Reduzir o fardo da modelagem Dificuldades da linguagem (UML) Inconsistências entre modelo-código Necessidade de ferramentas caras Modelo é algo desnecessário Conhecimento fica criptografado no código public static void main(string args[]) { if(args.length > 0) imprimemensagem(args[0]); else imprimemensagem( Alô mundo! ); public static void imprimemensagem(string mensagem) { System.out.println(mensagem); 8

9 public void abriu() { estado = ABERTO; timer = new Timer(10000); public void fechou() { if(estado == ABERTO) { estado = FECHADO; timer = null; public void fimtimer() { if(estado == ABERTO) { estado = DISPARANDO; tocaalarme(); timer = new Timer(20000); else { estado = ABERTO; desligaalarme(); timer = new Timer(10000); Inicial Fechado Abriu porta Fechou porta Disparando alarme Aberto 10 segundos 20 segundos ASM Java C# Lisp Prolog 9

10 Reduzir o fardo da modelagem Facilitar o reuso do conhecimento Formas mais eficientes para representar o conhecimento Menos dependentes do código final Mais próximas do domínio do problema Diferente da documentação Um elemento do modelo corresponde a vários elementos do código Diferença no nível de abstração Mapeamento problema / solução Abriu porta Inicial Fechado Fechou porta Aberto Disparando alarme 10 segundos 20 segundos public void abriu() { estado = ABERTO; timer = new Timer(10000); public void fechou() { if(estado == ABERTO) { estado = FECHADO; timer = null; public void fimtimer() { if(estado == ABERTO) { estado = DISPARANDO; tocaalarme(); timer = new Timer(20000); else { estado = ABERTO; desligaalarme(); timer = new Timer(10000); 10

11 Abriu porta Inicial Fechado Fechou porta Aberto Disparando alarme 10 segundos 20 segundos public void abriu() { estado = ABERTO; timer = new Timer(10000); public void fechou() { if(estado == ABERTO) { estado = FECHADO; timer = null; public void fimtimer() { if(estado == ABERTO) { estado = DISPARANDO; tocaalarme(); timer = new Timer(20000); else { estado = ABERTO; desligaalarme(); timer = new Timer(10000); Abriu porta Inicial Fechado Fechou porta Aberto Disparando alarme 10 segundos 20 segundos public void abriu() { estado = ABERTO; timer = new Timer(10000); public void fechou() { if(estado == ABERTO) { estado = FECHADO; timer = null; public void fimtimer() { if(estado == ABERTO) { estado = DISPARANDO; tocaalarme(); timer = new Timer(20000); else { estado = ABERTO; desligaalarme(); timer = new Timer(10000); 11

12 Muitas tarefas de implementação são repetitivas e exaustivas EJB 2.0 CORBA Struts Hibernate Perde-se tempo precioso em trabalho braçal Poderia ser usado em tarefas mais conceituais Reduzir o fardo da modelagem Facilitar o reuso do conhecimento Aproveitar o trabalho de forma mais produtiva Foco em tarefas conceituais Evitar tarefas repetitivas Correções Erros Melhorias Evolução Novas funcionalidades Exigem nova análise, projeto, implementação, testes, etc... Normalmente o tempo é curto 12

13 Abriu porta Inicial Fechado Fechou porta Aberto Disparando alarme 10 segundos 20 segundos public void abriu() { estado = ABERTO; timer = new Timer(10000); public void fechou() { if(estado == ABERTO) { estado = FECHADO; timer = null; public void fimtimer() { if(estado == ABERTO) { estado = DISPARANDO; tocaalarme(); timer = new Timer(20000); else { estado = ABERTO; desligaalarme(); timer = new Timer(10000); Modificar um campo de um registro em uma aplicação baseada em Struts Tabela, índices, visões, consultas, etc. (SQL) Ação (classe Java) Mapeamento (XML) Formulário (XML) Bean de dados (Java/XML) DAO - Data Access Objects (Java) Página (HTML) Regras de validação (Javascript) Arquivo de mensagens (.properties) etc. 13

14 Trabalho braçal para construir Re-trabalho braçal para modificar Rastreabilidade Um elemento conceitual Diversos artefatos de implementação Consistência das mudanças Entre os diversos artefatos Erros de programação podem ser facilmente encontrados Compilador / IDE Checagens simples (método privado nunca é chamado, etc.) Erros conceituais Difíceis de identificar no código Conhecimento está criptografado public void abriu() { estado = ABERTO; timer = new Timer(10000); public void fechou() { if(estado == ABERTO) { estado = FECHADO; timer = null; public void fimtimer() { if(estado == ABERTO) { estado = DISPARANDO; tocaalarme(); timer = new Timer(20000); else { estado = ABERTO; desligaalarme(); timer = new Timer(10000); 14

15 Inicial Fechado Abriu porta Fechou porta Disparando alarme Aberto 10 segundos 20 segundos Inicial Abriu porta Fechado Fechou porta Fechou porta Disparando alarme Aberto 10 segundos 20 segundos Uma vez realizada a alteração Atualizar os modelos (Quase) nunca acontece Faz parte da complexidade acidental Uma vez que os desenvolvedores tenham um modelo mental começam a descartar o modelo físico (documentação) Resultado = modelos desatualizados Faz parte do fardo da modelagem 15

16 Reduzir o fardo da modelagem Facilitar o reuso do conhecimento Aproveitar o trabalho de forma mais produtiva Facilitar a manutenção Aproveitar o re-trabalho de forma mais produtiva Possibilitar que mudanças sejam realizadas no nível conceitual Facilitar a localização de erros e falhas Manter a consistência entre modelo e código Verificações automáticas de restrições de alto nível Difíceis de se realizar diretamente no código Exemplos (máquina de estados): Estados inalcançáveis Transições infinitas Estados mortos Facilita manutenção Evitando introdução de erros Estado morto Estado inalcançavel Transição infinita 16

17 Nível de código Pré-calcular expressões Utilização de macros Remoção de expressões redundantes Em nível mais alto não é possível sem a existência de um modelo Remover estados redundantes Normalizar base de dados Indexar tabelas de acordo com as consultas existentes Reduzir o fardo da modelagem Facilitar o reuso do conhecimento Aproveitar o trabalho de forma mais produtiva Facilitar a manutenção Validação / otimização Fazer uso de checagem automática Utilizar o conhecimento de especialistas do domínio Acompanhar a evolução das plataformas de hardware/software Novas tecnologias surgem Aumenta a pressão para a migração Custo do porte: Esforço gasto em tarefas específicas da plataforma 17

18 Software independente da plataforma Software dependente da plataforma Requisitos Modelos Regras de negócio Otimizações Código multi-plataforma (Java) Arquivos de configuração Scripts (sql, make, etc) Código específico da plataforma Bibliotecas da plataforma Software independente da plataforma Software dependente da plataforma 1 mês Requisitos Modelos Regras de negócio Otimizações Código multi-plataforma (Java) Arquivos de configuração Scripts (sql, make, etc) Código específico da plataforma Bibliotecas da plataforma 6 meses Software independente da plataforma Software dependente da plataforma Requisitos Modelos Regras de negócio Otimizações Código multi-plataforma (Java) Arquivos de configuração Scripts (sql, make, etc) Código específico da plataforma Bibliotecas da plataforma 18

19 Software independente da plataforma Software dependente da plataforma 1 mês Requisitos Modelos Regras de negócio Otimizações Código multi-plataforma (Java) Arquivos de configuração Scripts (sql, make, etc) Código específico da plataforma Bibliotecas da plataforma 3 meses Reduzir o fardo da modelagem Facilitar o reuso do conhecimento Aproveitar o trabalho de forma mais produtiva Facilitar a manutenção Validação / otimização Portabilidade Reduzir o esforço específico de plataforma Concentrar no tabalho conceitual Exemplo: LBS Location-Based Systems GIS Geographical Information Systems Múltiplas plataformas Múltiplas interfaces Diversas fontes de dados Interoperabilidade Usuário final leigo 19

20 Rastreamento (rádio-frequecia, GPRS) Visualização (Java SWING, Web, JME, Palm) Localização Roteamento Telemetria Acionamento remoto Hardware dedicado (veículos) GPS, sensores, atuadores Software embarcado (C) Geoposicionamento Leitura/escrita sinais Protocolo de comunicação Transmissão Criptografia Central (C++) Armazenamento dos dados Autenticação Monitoramento/rotas (Java/SWING) Visualização dos veículos Sobreposição no mapa Cálculo de rotas Servidor de mapas (Java) Visualização em camadas Caching Base de dados PostgreSQL + PostGIS Funções de consulta / geometria Diferentes fornecedores de mapas 20

21 Dispositivos móveis Celular (JME) PND Personal Navigation Device (C# /.NET) Visualização Web Portal de mapas (Javascript) Edição de mapas (Java/SWING) Nomes de ruas Sentido/mão de direção Complexidade exige Diversos profissionais Diversos especialistas Comunicação é crítica Especialistas em TI x Especialistas no domínio Cada um em seu território! Porém, com a alta complexidade Torna-se uma tarefa difícil Além disso Constantes mudanças nas plataformas/requisitos/tecnologias disponíveis Rastreamento (rádio-frequecia, GPRS) Visualização (Java SWING, Web, JME, Palm) Localização Roteamento Telemetria Acionamento remoto 21

22 Reduzir o fardo da modelagem Facilitar o reuso do conhecimento Aproveitar o trabalho de forma mais produtiva Facilitar a manutenção Validação / otimização Portabilidade Lidar com a alta complexidade do software atual Diferentes especialistas (TI vs domínio) Necessidade de integração / interoperabilidade Modelagem Reutilização Produtividade Manutenibilidade Validação / otimização Portabilidade Alta complexidade Desenvolvimento Orientado a Modelos (MDD) Model-Driven Development (MDSD) Model-Driven Software Development (MDE) Model-Driven Engineering 22

23 import java.util.*; Economia Finanças Jogos Alimentos public synchronized replicatedata() {... page language="java > prefix="c uri="jsp/jstl/core %> <struts-config> <form-bean>... <html> <action>... CREATE <head> TABLE... </struts-config> Map( id INTEGER PK... ) # include "demoextension.h" int AEEClsCreateInstance(void **ppobj) { *ppobj = NULL; if( ClsId == AEECLSID)... jnz Rx 00# add b, 0F# add c, 0E# mov A, 00# import java.util.*; Economia Finanças Jogos Alimentos public synchronized replicatedata() {... <%@ page language="java > <%@taglib prefix="c uri="jsp/jstl/core %> <struts-config> <form-bean>... <html> <action>... CREATE <head> TABLE... </struts-config> Map( id INTEGER PK... ) # include "demoextension.h" int AEEClsCreateInstance(void **ppobj) { *ppobj = NULL; if( ClsId == AEECLSID)... jnz Rx 00# add b, 0F# add c, 0E# mov A, 00# Modelos fazem parte do software import java.util.*; Economia Finanças Jogos Alimentos public synchronized replicatedata() {... <%@ page language="java > <%@taglib prefix="c uri="jsp/jstl/core %> <struts-config> <form-bean>... <html> <action>... CREATE <head> TABLE... </struts-config> Map( id INTEGER PK... ) # include "demoextension.h" int AEEClsCreateInstance(void **ppobj) { *ppobj = NULL; if( ClsId == AEECLSID)... jnz Rx 00# add b, 0F# add c, 0E# mov A, 00# 23

24 Os modelos não são somente papel São entradas para transformadores e geradores Desenvolvedor é protegido das complexidades Inerente e acidental Em alguns casos, o desenvolvedor nem precisa visualizar código! public int soma (int a, int b) { int resultado = a + b; return resultado; 71 public int soma (int a, int b) { int resultado = a + b; return resultado; public int soma (int a, int b) { int resultado = a + b; return resultado;.java PUSH AX MOV AL, char MOV AH, 0Eh INT 10h POP AX.asm bin 72 24

25 PUSH AX MOV AL, char MOV AH, 0Eh INTpublic int soma 53 (int 10h a, int b) { POP int resultado = AXa b; ADD return resultado; AX,BX INT 10h POP AX JNZ R1, 1Eh Domínio problema 145.math public int soma (int a, int b) { int resultado = a + b; return resultado;.java PUSH AX MOV AL, char MOV AH, 0Eh INT Domínio 10h TI POP AX.asm (solução) bin 74 Microsoft Access 75 25

26 76 Netbeans UML Matisse Mobility Demonstração 26

27 Exemplo do Netbeans Não é possível alterar a ferramenta de modelagem Não é possível alterar a transformação Tecnologias atuais MDD Permitem a construção/edição destes artefatos Venda Compra Aluguel Contrato Fiador Cotação Classe Objeto Métodos Atributos Padrões Especialista do domínio Especialista em TI 27

28 Um único modelo pode dar origem a diferentes implementações, linguagens ou plataformas Permite capturar o conhecimento do domínio de forma clara Ficando disponível para os desenvolvedores Esconde detalhes de implementação durante o desenvolvimento de soluções Um único modelo pode gerar uma grande quantidade e diversidade de código Especialistas do domínio têm um papel mais ativo no processo Maior eficiência no desenvolvimento Maior qualidade no produto/processo Geradores não produzem erros acidentais Modelos estão sempre atualizados Maior rigidez no software produzido Alta complexidade dos artefatos necessários (transformadores, etc) Questão do desempenho Otimização automática vs código escrito manualmente Exige habilidades específicas e pessoas altamente especializadas em MDD 28

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30 Nokia reporta que consegue desenvolver novos celulares até 10 vezes mais rápido Lucent relata ganhos de produtividade de 3 a 10 vezes, dependendo do produto Redução de 50 para 1 em termos de linha de especificação/código Juha-Pekka Tolvanen. Making model-based code generation work. Embedded Systems Europe, 8(60):3638, Aug/Sept David Wile. Lessons learned from real dsl experiments. Sci. Comput. Program., 51(3): , MDD são os princípios Desenvolvimento orientado a modelos Elevação da importância do modelo no processo Existem diversas frentes Cada uma baseada em padrões, ferramentas e processos específicos 30

31 OMG MDA (Model-Driven Architecture) Vanderbilt University MIC (Model Integrated Computing) Microsoft Software Factories Eclipse Modeling Model-Driven Architecture Surgiu em 2001 Baseada em padrões (standards) Objetivo Especificar um sistema de forma independente de plataforma Especificar plataformas Escolher uma plataforma para o sistema Transformar a especificação genérica em uma especificação específica de plataforma 31

32 CIM Computation Independent Model PIM Platform Independent Model PSM Platform Specific Model Modelo de plataforma Transformação de modelos 32

33 UML Unified Modeling Language MOF Meta-Object Facility CWM Common Warehouse Metamodel XMI XML Metadata Interchange QVT Query / Views / Transformations MOF Formato XML XMI UML CWM Outros metamodelos Modelos UML Modelos de dados Outros modelos Modelo UML1.xmi Modelo UML2.xmi Modelo Dados1.xmi Modelo Qualquer1.xmi Modelo Qualquer2.xmi MOF Metamodelo A Metamodelo B Modelos A QVT Modelos B Consultas Transformações 33

34 Uma série de especificações Foco em portabilidade, independência de plataforma Voltadas à implementação e padronização é uma referência Fabricantes podem optar por aderir aos padrões Não define uma metodologia Não define ferramentas Porém foi uma das iniciativas fundamentais para o surgimento do paradigma Model Integrated Computing Pesquisa da Vanderbilt University Três elementos principais Tecnologia para modelagem específica de domínio Conjunto de ferramentas para modelagem Framework para análise formal, verificação e transformação de modelos GME Generic Modeling Environment Jack Greenfield, Keith Short, Steve Cook, and Stuart Kent. Software Factories: Assembling Applications with Patterns, Models, Frameworks and Tools. Wiley, Abordagem para desenvolvimento de software Reutilização sistemática MDD tem um papel importante 34

35 Pense em uma fábrica tradicional Estrutura projetada para produzir uma determinada família ou linha de produtos Três elementos Esquema da fábrica de software: descreve o que é necessário para construir os produtos da fábrica Template da fábrica: é uma instância do esquema Ambiente extensível: ferramentas utilizadas para a produção, configuradas através do template Modelos são usados para Capturar especificações em alto nível (intenção) Transformações são usadas para Gerar implementação automaticamente Outras checagens realizadas em modelos Diferentemente da MDA Menos interesse em portabilidade e independência de plataforma Maior foco em produtividade e reutilização Microsoft Visual Studio DSL Tools Ferramenta para definição de linguagens específicas de domínio Geração de código Outras funções 35

36 Série de ferramentas e protótipos Origem e influência do MOF Linha própria INRIA Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique França Universidade de Nantes França Borland IBM Eclipse Modeling Framework Graphical Modeling Framework Textual Modeling Framework Xtext TCS UML2 Tools Model to Model Transformation Atlas Transformation Language Model to Text Transformation Java Emitter Templates Xpand Generative Modeling Technologies Incubadora de projetos inovadores relacionados a modelagem AM3, AMW, MOFScript, etc. 36

37 Solução Implementação Problema 1/26/2009 Complexidade acidental Solução Ferramenta de modelagem Transformações Produto Desenvolvedor Compiladores Benefícios 37

38 DSL UML MIC Software factories TMF MDA Eclipse Sugestões: Qual a relação MDD / métodos ágeis? Se a modelagem é acidental, porque precisamos dela? E quanto à gerência de configuração? Como são realizados os testes no MDD? Quanto tempo ainda vai demorar? Vai ter coffee break? O que vai cair na prova? Quem ganhou a corrida de F1? O que pesa mais? 1 Kg de penas ou 1 Kg de chumbo? 38