アーキテクチャ設計と実装をつなぐインターフェース機構 Archface

Archface: An Interface Mechanism for Bridging a Gap between Architectural Design and Implementation

九州工業大学大学院　情報工学府　野村 潤　鵜林 尚靖

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概要 ソフトウェア開発において

アーキテクチャ設計は重要な役割を担う 頑強性 信頼性 保守性

public class Subject{ 　　 private Vector observers = new Vector(); private String state = “”; 　　　　 public void addObserver(Observer o){ … } 　　 public void removeObserver(Observer o){ … } 　　 public void notify(){ 　　　　 Iterator i = observers.iterator(); 　　　　 while(i.hasNext() ){ 　　　　　　 Observers o = (Observer)i.next(); 　　　　　　 o.update( this ); 　　　　 } 　　 } public void setState(String s){ state = s; } public String getState() {return state; }}

Progra

m Code

Archite

cture

Archface

しかし、難しい課題もある 設計者の意図との整合性を保つ アーキテクチャデザインを正しく実装に

つなげる 変更や修正による設計と実装のギャップ

をなくす Archface によって設計と実装をつなぐ

Bug 2

目次

1. アーキテクチャ設計の課題

2. Archface

3. Archface for Java

4. 議論と関連研究

5. まとめと今後の課題

3

4

1 ．アーキテクチャ設計の課題4

Subject の状態が setState() により変更されるとnotify() によって Observer へ通知

アーキテクチャ設計と実装のギャップ

5

public class Subject { private String state = ""; public String getState() { return state; } … }

アーキテクチャデザイン(Observerパターン )

プログラムコード

Bug

setState() が呼ばれた後にはnotify() が呼ばれる

public void setState(String s) { state = s; }

notify の処理を行っていない

設計の詳細化では解決できない

6

Detaile

d

Model

Descriptions

完全なコードを生成

詳細設計モデルを生成

しかし、アーキテクチャ設計は抽象的でなければならない

一つの解決策としては…

public class Subject{ 　　 private Vector observers = new Vector(); private String state = “”; 　　　　 public void addObserver(Observer o){ … } 　　 public void removeObserver(Observer o){ … } 　　 public void notify(){ 　　　　 Iterator i = observers.iterator(); 　　　　 while(i.hasNext() ){ 　　　　　　 Observers o = (Observer)i.next(); 　　　　　　 o.update( this ); 　　　　 } 　　 } public void setState(String s){ state = s; } public String getState() {return state; }}

Progra

m Code

解決すべき課題 アーキテクチャ設計の抽象度

抽象度が高すぎるとコードとの乖離が大きくなる 抽象度が低すぎると実装との差異が無くなる

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設計からコードへの洗練 設計の意図を正確にプログラム実装に反映させる

設計とコードの同期 設計に変更があった場合、コードを修正 コードに変更があった場合、設計を修正

8

2 ． Archface ( = Architecture + Interface)

8

アプローチ：インターフェースとしてアーキテクチャを記述する

Archface:アーキテクチャをインターフェースに記述し、実装時にインプリメントすることで、アーキテクチャを実装へ正確に引き継ぐ

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public class Subject{ 　　 private Vector observers = new Vector(); private String state = “”; 　　　　 public void addObserver(Observer o){ … } 　　 public void removeObserver(Observer o){ … } 　　 public void notify(){ 　　　　 Iterator i = observers.iterator(); 　　　　 while(i.hasNext() ){ 　　　　　　 Observers o = (Observer)i.next(); 　　　　　　 o.update( this ); 　　　　 } 　　 } public void setState(String s){ state = s; } public String getState() {return state; }}

Progra

m Code

Archite

cture

Archface

ADL とプログラミング言語の両方の性質を持つコンポーネントインターフェース• コンポーネントの仕様を公開

コネクタインターフェース• コンポーネントの連結を定義

● アーキテクチャを記述＝ ADL

● インターフェースとして機能＝プログラミング言語

Archface によるアーキテクチャ設計：協調動作が表現できる

対象： Component-and-Connector アーキテクチャ

支援内容：プログラムポイントの公開、連結、協調動作の定義

1010

Observer

cflowupdateState

notifyObservers

setState

cflow

Subject

プログラムポイントの公開

ポートによるコンポーネントの連結

コントロールフローによるコンポーネント間の協調動作

getState

update

コンポーネントの定義

※ プログラムポイント＝プログラム上の実行点（ OOP におけるメソッド実行点）

出力ポート：プログラムポイントの出力

入力ポート：プログラムポイントの入力

××

×

×

×

モデル基盤：AOP 、３部モデリングフレームワークを応用

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Join point

Three-part Modeling Framework

[Masuhara, et al. 2003]

２つの関心事とコーディネーションの３要素から構成される

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3 ． Archface for Java

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Observer

cflowupdateState

notifyObservers

setState

cflow

Subject

getState

update

ADL としての Archface ：アーキテクチャ記述＝ポートとコネクタの定義

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Observer パターン

ADL[Port notifyObservers]pointcut notifyObservers() : cflow(execution(void setState(String s))) && call(void notify());

※setState を実行し、そのコントロールフロー下で notify を呼び出す点を入力ポートとして公開

[Port update]pointcut update():execution(void update());

※update メソッドの実行点を出力ポートとして公開

[Connection]connects notifyChange (port1 :cSubject.notifyObservers, port2 :cObserver.update){ around() void :port1 { port2.proceed(); }}

※notifyObservers と update の２つのポートを連結

コンポーネントインターフェース

コネクタインターフェース

setState 実行後にそのコントロールフロー下で update を実行する

プログラムインターフェースとしての Archface ：Archface の実装＝プログラムポイントの公開とフローの遵守

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Archface(プログラムインターフェース )

Implement

プログラムコード(プログラムポイントを公開するように実装 )

プログラムポイントsetState を公開している

setState から notify に到達する過程は問わない　＝ Archface には実装が含まれない

×コンパイルエラーにより通知　＝アーキテクチャに沿う実装を保証

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4 ．議論と関連研究15

Archface による課題の解決

1) アーキテクチャ設計の抽象度 インターフェースとしてアーキテクチャをカプセル化

2) 設計からコードへの洗練 インターフェースに沿ったコーディング

3) 設計とコードの同期 インターフェースを通じた設計とコードの同期

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関連研究

ArchJava [Aldrich, J. 2002] アーキテクチャとプログラム実装を統合 実装がアーキテクチャ制約と適合することを保証

Design pattern implementation in Java and AspectJ [Hannemann, J. 2002] アーキテクチャを抽象クラス間の協調動作として記述 AspectJ を用いてデザインパターンをアスペクトとして分離

Co-evolution between design and implementation [D'Hondt, T. 2001] アーキテクチャデザインと実装の共進化

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5 ．まとめと今後の課題18

まとめと今後の課題

Archface ： アーキテクチャ設計とプログラム実装をつなぐ

インターフェース機構 プログラムポイントのコーディネーションをインターフェー

スに記述 ADL とプログラミング言語の両方の性質を持つ

今後の課題 他のアーキテクチャ記述（データフロー、イベントトレー

スなど） それに基づくポイントカットの導入

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ご清聴ありがとうございました

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