Grundlagen der Softwareproduktlinien: 4. Laufzeitparameter ...Observer Pattern VIEW O b s e r v e r s A = 50% B = 30% C = 20% S u b j e c t. ... • Teil des Konfigurationsmanagements

111/20/2019Gunter Saake, Jacob Krüger | Einführung in Softwareproduktlinien

Grundlagen der Softwareproduktlinien: 4. Laufzeitparameter & Forks

Wintersemester 2019/20Gunter Saake, Jacob Krüger


Letzte Woche


Letzte Woche


• Ist das Modell konsistent?

• Ist eine Featureauswahl korrekt?

• Welche Features können nicht ausgewählt werden?

• Wie viele valide Produkte existieren?

• Sind zwei Modelle äquivalent?

• …

Letzte Woche


Design Patterns


• Muster für die Lösung wiederkehrender Probleme

• Viele Designs für Variabilität, Entkopplung und Erweiterbarkeit

• Auswahl:• Observer• Template Method• Strategy• Decorator• …

Design Patterns


Observer Pattern

VIEW

Obse

rver

s

A = 50%B = 30%C = 20%Su

bjec

t


Template Method Pattern

public abstract class BubbleSorter{ protected int length = 0; protected void sort() {

if (length <= 1) return; for (int nextToLast = length-2;

nextToLast >= 0; nextToLast--) for (int index = 0;

index <= nextToLast; index++) if (outOfOrder(index)) swap(index);

} protected abstract void swap(int index); protected abstract boolean outOfOrder(int index);

}

BubbleSorter{abstract}

IntBubbleSorter DoubleBubbleSorter


Beispiel: IntBubbleSorter

public class IntBubbleSorter extends BubbleSorter{ private int[] array = null; public void sort(int[] theArray) {

array = theArray; length = array.length; super.sort();

} protected void swap(int index) {

int temp = array[index]; array[index] = array[index+ 1]; array[index+1] = temp;

}protected boolean outOfOrder(int index) {

return (array[index] > array[index+ 1]); }

}


Strategy Pattern

Context <<interface>>Strategy

algorithmInterface()

algorithmInterface()ConcreteStrategyA

algorithmInterface()ConcreteStrategyB

algorithmInterface()ConcreteStrategyC


Strategy Pattern

Context <<interface>>Strategy

algorithmInterface()

algorithmInterface()ConcreteStrategyA

algorithmInterface()ConcreteStrategyB

algorithmInterface()ConcreteStrategyC

<<interface>>SortHandle

IntSortHandle DoubleSortHandle

BubbleSorter

QuickSorterClie

nts

Strategies


• Subklassen als Erweiterungsmechanismus• Modular• Unflexibel

Vererbung

SynchronizedStack

UndoStack

SecureStack

Stack

Stack

SynchronizedStackUndoStack

SecureStack

z. B. White-Box-Framework


• Subklassen als Erweiterungsmechanismus• Modular• Unflexibel• Kein „Mix & Match“

Vererbung

SynchronizedStack

UndoStack

SecureStack

Stack

Stack

SynchronizedStackUndoStack

SecureStack

Erweiterungen nicht

kombinierbar

mittlere Erweiterungen

nicht optional

z. B. White-Box-Framework


• Kombinierte Klassenhierarchie• Kombinatorische Explosion der Varianten• Massive Code-Replikation

Lösungsidee



Lösungsidee

Stack

SynchronizedStack

SynchronizedUndoSecureStack

UndoSecureStack

SecureStackUndoStack

SynchronizedUndoStack



• Mehrfachvererbung• Kombinatorische Explosion• Nur in wenigen Sprachen verfügbar

(Diamantproblem)

Lösungsidee

Stack

SynchronizedStack

SynchronizedUndoSecureStack

UndoSecureStack

SecureStackUndoStack

SynchronizedUndoStack


• Was passiert?

• new LockedUndoStack().pop()

Diamant-Problem

LockedStack

+push()+pop()+size()+lock()+unlock()

UndoStack-log+push()+pop()+undo()

LockedUndoStack

Stack-values+push()+pop()+size()


• Was passiert?

• new LockedUndoStack().pop()

Diamant-Problem

“Multiple inheritance is good, but there is no good way to do it.”

A. SYNDER

LockedStack



LockedUndoStack



Delegation statt Vererbung

class LockedStack implements IStack {final IStack _delegate;public LockedStack(IStack delegate) {this._delegate = delegate;

}private void lock() { /* ... /* }private void unlock() { /* ... /* }public void push(Object o) {lock();_delegate.push(o);unlock();

}public Object pop() {lock();Object result = _delegate.pop();unlock();return result;

}public int size() {return _delegate.size();

}}

class UndoStack implements IStack {final IStack _delegate;public UndoStack(IStack delegate) {this._delegate = delegate;

}public void undo() { /* ... /* }public void push(Object o) {remember();_delegate.push(o);

}public Object pop() {remember();return _delegate.pop();


}}


Delegation statt Vererbung

class LockedStack implements IStack {final IStack _delegate;public LockedStack(IStack delegate) {this._delegate = delegate;

}private void lock() { /* ... /* }private void unlock() { /* ... /* }public void push(Object o) {lock();_delegate.push(o);unlock();

}public Object pop() {lock();Object result = _delegate.pop();unlock();return result;


}}

class UndoStack implements IStack {final IStack _delegate;public UndoStack(IStack delegate) {this._delegate = delegate;

}public void undo() { /* ... /* }public void push(Object o) {remember();_delegate.push(o);

}public Object pop() {remember();return _delegate.pop();


}}

Main:IStack stack = new UndoStack(

new LockedStack(new Stack()));


Decorator Pattern

LockedStack


SecureStack-keyphrase+push()+pop()+encrypt()+decrypt()

StackDecorator-delegate+push()+pop()+size()


<<interface>>IStack

+push()+pop()+size()



• Verschiedene Funktionen zur Ein- und Ausgabe• Programme operieren auf Stream-Objekten• Unabhängig von der Datenquelle und der Art der Daten

Decorator in java.io

InputStream

FileInputStream

PipedInputStream

FilterInputStream

DataInputStream

PushbackInputStream

BufferedInputStream

ByteArrayInputStream


• Dynamische Kombination möglich

• Erweiterungen müssen alle unabhängig sein

• Kann keine Methoden hinzufügen, nur bestehende erweitern

• Kein spätes Binden (keine virtuellen Methoden)

• Viele Indirektionen in der Ausführung (Performance)

• Mehrere Objektinstanzen bilden ein Objekt (Objektschizophrenie)

Delegation vs. Vererbung


Flexible Erweiterungsmechanismen?

???


Durchgängiges Beispiel


• Durchgängiges Beispiel für Implementierungstechniken

• Bibliothek von Graph-Datenstrukturen und –Algorithmen• Gewichtete/ungewichtete Kanten• Gerichtete/ungerichtete Kanten• Gefärbte Knoten• Algorithmen:

• Kürzester Pfad• Minimale Spannbäume• Transitive Hülle• …

Graph Bibliothek


Feature-Modell


Graph-Implementierung

class Edge { Node a, b; Color color = new Color(); Weight weight = new Weight(); Edge(Node _a, Node _b) { a = _a; b = _b; } void print() { Color.setDisplayColor(color); a.print(); b.print(); weight.print(); }}

class Edge { Node a, b; Color color = new Color(); Weight weight = new Weight(); Edge(Node _a, Node _b) { a = _a; b = _b; } void print() { Color.setDisplayColor(color); a.print(); b.print(); weight.print(); }}

class Edge { Node a, b; Color color = new Color(); Weight weight Edge(Node _a, Node _b) { a = _a; b = _b; } void print() { Color.setDisplayColor(color); a.print(); b.print(); weight.print(); }}

class Graph { Vector nv = new Vector(); Vector ev = new Vector(); Edge add(Node n, Node m) { Edge e = new Edge(n, m); nv.add(n); nv.add(m); ev.add(e); e.weight = new Weight(); return e; } Edge add(Node n, Node m, Weight w) Edge e = new Edge(n, m); nv.add(n); nv.add(m); ev.add(e); e.weight = w; return e; } void print() { for(int i = 0; i < ev.size(); i++) { ((Edge)ev.get(i)).print(); } }}

class Graph { Vector nv = new Vector(); Vector ev = new Vector(); Edge add(Node n, Node m) { Edge e = new Edge(n, m); nv.add(n); nv.add(m); ev.add(e); e.weight = new Weight(); return e; } Edge add(Node n, Node m, Weight w) Edge e = new Edge(n, m); nv.add(n); nv.add(m); ev.add(e); e.weight = w; return e; } void print() { for(int i = 0; i < ev.size(); i++) { ((Edge)ev.get(i)).print(); } }}

class Node { int id = 0; Color color = new Color(); void print() { Color.setDisplayColor(color); System.out.print(id); }}

class Node { int id = 0; Color color = new Color(); void print() { Color.setDisplayColor(color); System.out.print(id); }}

class Color { static void setDisplayColor(Color c) { ... } }

class Weight { void print() { ... } }


Laufzeitvariabilität


Parameter


Parameter –i in grep


Globale Konfigurationsoptionen

class Conf { public static boolean Logging = false; public static boolean Windows = false; public static boolean Linux = true;}class Main { public void foo() { if (Conf.Logging) log(„running foo()“); if (Conf.Windows) callWindowsMethod(); else if (Conf.Linux) callLinuxMethod(); else throw RuntimeException(); }}


Graph-Implementierung

class Graph { Vector nv = new Vector(); Vector ev = new Vector(); Edge add(Node n, Node m) { Edge e = new Edge(n, m); nv.add(n); nv.add(m); ev.add(e); if (Conf.WEIGHTED) e.weight = new Weight(); return e; } Edge add(Node n, Node m, Weight w) if (!Conf.WEIGHTED) throw RuntimeException(); Edge e = new Edge(n, m); nv.add(n); nv.add(m); ev.add(e); e.weight = w; return e; } void print() { for(int i = 0; i < ev.size(); i++) { ((Edge)ev.get(i)).print(); } }}

class Color { static void setDisplayColor(Color c) { ... } }

class Edge { Node a, b; Color color = new Color(); Weight weight = new Weight(); Edge(Node _a, Node _b) { a = _a; b = _b; } void print() { if (Conf. COLORED) Color.setDisplayColor(color); a.print(); b.print(); if (Conf.WEIGHTED) weight.print(); }}

class Node { int id = 0; Color color = new Color(); void print() { if (Conf.COLORED) Color.setDisplayColor(color); System.out.print(id); }}

class Weight { void print() { ... } }

class Conf { public static boolean COLORED = true; public static boolean WEIGHTED = false;}


Propagierte Parameter

Durch viele Aufrufepropagiert, stattglobal definiert.


• Kommandozeilenparameter• Config-Dateien• Dialog• Quelltext• …

Konfiguration


• Variabilität im gesamten Programm verteilt• Globale Variablen oder lange Parameterlisten

Diskussion



• Konfiguration geprüft?• Änderungen zu Laufzeit möglich?• Geschützt vor Aufruf deaktivierter Funktionalitäten?

Diskussion



• Konfiguration geprüft?• Änderungen zu Laufzeit möglich?• Geschützt vor Aufruf deaktivierter Funktionalitäten?

• Kein Generator• Immer sämtliche Variabilität ausgeliefert

• Codegröße, Speicherverbrauch, Performance• Ungenutzte Funktionalität als Risiko

Diskussion


SPLE ProzessDo

mai

n En

g.Ap

plic

atio

n En

g.

Parameterauswahl(Feature-Auswahl)

Parameterliste(Feature-Modell)

Program mit Laufzeitparametern

Setzen der Startparameter Programmausführungmit gewünschtem Verhalten


Versionsverwaltungssysteme


• Teil des Konfigurationsmanagements• Versionierung von Quelltexten• Gemeinsame, verteilte Entwicklung• Archiv alter Quelltextversionen

• Zeitstempel• Benutzerkennung• Änderungen als Delta

• Prozess:Checkout – Change – Commit – Update – Change – Commit

• Beispielsysteme:• CVS• SVN• Git• Mercurial• …

Versionsverwaltung


• Trunk: Basis (unbenannter Branch/Master)

Branching & Merging



• Branch: Paralleles Duplikat des Systems (Fork: Komplett getrennte)

Branching & Merging




• Merge: Zusammenführung von Branches

Branching & Merging




• Merge: Zusammenführung von Branches

• Tag: Textuelles Label

Branching & Merging

V1.1

Discontinued

Customer A


Varianten Graph-Bibliothek

Basis-Variante(mit Farben und Gewichten)

Variante 2 ohne Gewichte

Variante 3 ohne Gewichteund ohne Farben

Schnellere Suche

NullPointer-Exceptionabgefangen


• Code• Dokumentation• Modelle• Build-Skripte (Ant/Makefile)• Lizenzen• Grammatiken• Kompilierte Dateien• Generierte Dateien• …

Code- und Nicht-Code Dateien


• Code• Dokumentation• Modelle• Build-Skripte (Ant/Makefile)• Lizenzen• Grammatiken• Kompilierte Dateien• Generierte Dateien• …

• Binärdateien erschweren die (oftmals zeilenbasierte) Konfliktbehandlung bei Merges

Code- und Nicht-Code Dateien


Varianten vs. Revisionen

Sensor-DB (Auto)

SmartCard-DB

GPS-DB

Sensor-DB (Habitat Monitoring)

Sensor-DB (Erdbeben)

V1.0

X

X

X

V1.1

X

X

X

V2.0

X

X

X

X

V3.0

X

X

X

X

Revisionen

Varia

nten


SPLE ProzessDo

mai

n En

g.Ap

plic

atio

n En

g.

Varianten-Auswahl

Varianten-Liste

Versionsverwaltung mit Branches

Checkout des passendenBranches

Fertiges Program

Varianteals Eingabe□Sensor-DB (Auto)

Sensor-DB (Habitat Monitoring)□Sensor-DB (Erdbeben)□SmartCard-DB□GPS-DB

•Sensor-DB (Auto)•Sensor-DB (Habitat Monitoring)•Sensor-DB (Erdbeben)•SmartCard-DB•GPS-DB

Mapping von Variantezu Branch


• Vorteile• Etablierte, stabile Systeme• Bekannter Prozess• Gute Werkzeugintegration

• Nachteile• Vermischen von Revisionen und Varianten• Entwicklung von Varianten (nicht Features) beschränkt flexible

Kombinationen• Keine strukturierte Wiederverwendung• Hoher Wartungsaufwand (Merging)

• Aktuelle Forschung fokussiert Integration von Variabilität in Versionsverwaltungssysteme

Produktlinien mit Versionsverwaltung


Build-Systeme


• Automatisierter Build-Prozess

• Kopiert Dateien, ruft Compiler auf, startet weitere Tools, …

• Mehrere Schritte mit Bedingungen: Dateien• Einbeziehen• Ausschließen• Übersetzen• Überschreiben• …

• Werkzeugunterstützung (Make, Ant, Maven, …)

• Pro Variante eine Konfigurationsdatei (Build-Skript)

Build-Systeme

[Staples & Hill 2004]


Graph-Bibliothek

Basis-Implementierung

Variante mit Gewichten

build.xml

src

Graph.java

Edge.java

build.xml

src

Edge.java

class Edge { Node a, b; Edge(Node _a, Node _b) { a = _a; b = _b; } void print() { a.print(); b.print(); }}

class Edge { Node a, b; Weight weight; Edge(Node _a, Node _b) { a = _a; b = _b; } void print() { a.print(); b.print(); weight.print(); }}


Graph-Bibliothek: Alternative

class WEdge extends Edge { Weight weight; void print() { super.print(); weight.print(); }}

…und alle new-Aufrufe anpassen,ggf. Factory Pattern verwenden

build.xml

src

Graph.java

Edge.java

build.xml

src

WEdge.java

class Edge { Node a, b; Edge(Node _a, Node _b) { a = _a; b = _b; } void print() { a.print(); b.print(); }}

Basis-Implementierung

Variante mit Gewichten


SPLE ProzessDo

mai

n En

g.Ap

plic

atio

n En

g.

Build-Skript pro Variante+ spezifische Dateien

Feature-Modell Basis-Implementierung

Standard Build(make, ant, …)

Fertiges Program

□Sensor-DB (Auto)

Sensor-DB (Habitat Monitoring)

□Sensor-DB (Erdbeben)

□SmartCard-DB

□GPS-DB


• Relativ einfacher Mechanismus

• Hohe Flexibilität (beliebige Änderungen möglich)

• Benötigt wenig Vorplanung

• Entwicklung für jede Variante getrennt (ggf. hoher Aufwand im Application Engineering)

• Änderungen nur auf Dateiebene (Überschreiben ganzer Dateien)

• Änderungen an Basisimplementierung schwierig

Produktlinien mit Build-Systemen


Zusammenfassung


• Design Patterns

• Laufzeitvariabilität

• Versionsverwaltungssysteme

• Build-Systeme

Zusammenfassung


Fragen

Documents

Grundlagen der Softwareproduktlinien: 4. Laufzeitparameter ...Observer Pattern VIEW O b s e r v e r s A = 50% B = 30% C = 20% S u b j e c t. ... • Teil des Konfigurationsmanagements