1. Введение
В последнее время наблюдается тенденция к увеличению продолжительности жизненного цикла успешных программных проектов. Как следствие, растет объем унаследованного кода, поддерживаемого сообществом разработчиков [1]. Именно это объясняет исключительную важность задач, связанных с облегчением сопровождения и развития существующего программного кода. В то же время, этим задачам уделяется недостаточное внимание со стороны научного сообщества и разработчиков инструментальных средств. Как следствие, современные методики переоценивают значение начальной фазы жизненного цикла программной системы и практически игнорируют ее дальнейшую эволюцию. Таким образом, в настоящее время существует явный недостаток методик и эффективных инструментов поддержки работы с существующим кодом.
В последнее время наметился перелом ситуации: стали вызывать значительный интерес вопросы систематического использования трансформаций как центрального организующего принципа процесса развития и сопровождения существующего программного обеспечения. Однако большинство исследователей рассматривает трансформации достаточно узко - как трансформации на уровне исходного кода - рефакторинг [2]. Тем не менее, в настоящее время практически не существует исследований, посвященных трансформации на более высоком уровне абстракции - уровне архитектуры ПО. В то же время, многие сценарии сопровождения и развития существующего кода подразумевают изменение архитектуры существующей системы. В связи с этим, большой интерес вызывает разработка методики и сопровождающих ее инструментальных средств, нацеленных на организацию предсказуемого и управляемого процесса изменения архитектуры ПО.
В данной работе рассматриваются один из основных методов рефакторинга архитектуры ПО - выделение слоев, а также его место в контексте рефакторинга архитектуры как многошагового итеративного процесса.
2. Архитектура ПО и ее рефакторинг
В настоящее время не существует общепринятого определения термина "архитектура программного обеспечения". В то же время, существует большое количество различных определений этого понятия, имеющих во многом схожий смысл. В качестве примера можно привести следующее определение: архитектура программного обеспечения - это первичная организация системы, сформированная ее компонентами, отношениями между компонентами и внешней средой системы, а также принципами, определяющими дизайн и эволюцию системы [3].
2.1. Зачем менять архитектуру?
Потребность в изменении существующего программного обеспечения может возникнуть в ходе решения широкого круга задач по его модернизации. В общем случае изменения существующего программного обеспечения способны затронуть не только его код, но и все остальные артефакты, связанные с трансформируемой программной системой. Одной из наиболее существенных разновидностей здесь является изменение архитектуры программной системы. В качестве примеров можно привести следующие сценарии, требующие изменения архитектуры существующего ПО:
Преобразования, обусловленные функциональными изменениями ПО. Желательно, чтобы внедрение новой функциональности не затронуло существующую логику системы. Также желательно, чтобы сложность внедрения новой функциональности в существующую систему не превышало существенным образом сложность реализации этой функциональности в рамках нового проекта. Хорошая архитектура позволяет достичь поставленных целей. Итак, изменение существующей архитектуры - хороший шаг на пути внедрения новой функциональности, к тому же облегчающий и дальнейшую эволюцию системы.
Смена платформы ПО. Крайне желательно, чтобы смена платформы ПО как можно меньше затронула существующий код, и чтобы можно было ограничиться изменениями только в узкой платформенно-зависимой прослойке системы. Выделение такой прослойки - архитектурная задача. Ее решение всегда сопряжено с необходимостью изменения архитектуры.
Преобразования, связанные с реорганизацией компании, ведущей разработку. Примером, такой реорганизации может стать аутсорсинг. Решение об использовании аутсорсинга - типичный шаг по оптимизации производства. К сожалению, этот шаг зачастую затрудняется проблемой выделения и передачи компонентов для внешней разработки. Изменение архитектуры программной системы способно облегчить решение этой задачи.
Список сценариев приводящих к потребности в изменении архитектуры существующего ПО на этом не исчерпывается: приведенные выше примеры призваны лишь продемонстрировать широкий спектр задач, которые обусловливают необходимость подобных изменений.
2.2. Как представить архитектуру и ее изменения?
Специфика описания архитектуры и ее изменений заключается в том, что, в отличие от программного кода, архитектура не имеет явного представления, за исключением, может быть, тех случаев, когда она явно задокументирована. Однако даже в последнем, оптимистическом случае трудно гарантировать соответствие задокументированной архитектуры той фактической высокоуровневой логической структуре, которая на самом деле существует в системе.
Способом описания архитектуры и ее изменений могут стать структурные модели. В настоящее время существует большое количество нотаций и инструментов, поддерживающих структурное моделирование ПО. Возможность автоматического извлечения моделей из кода гарантирует их точность и позволяет своевременно их обновлять. Эта возможность становится ключевой при выборе инструментария, поскольку соответствие модели фактической структуре существующего кода при моделировании архитектуры и ее изменений представляется исключительно важным для обеспечения точного и управляемого процесса.
Для дальнейшего исследования архитектуры программных систем в данной статье используется нотация структурного моделирования, принятая в инструменте KLOCwork Architect, который предоставляет возможность автоматического извлечения моделей из программного кода и их редактирования. Приводем краткий обзор этой нотации.
Модели программных систем, используемые в KLOCwork Architect (в дальнейшем модели) [4], отдаленно напоминают модели типа сущность-связь (Entity-Relation models). Говоря строго, они относятся к классу контейнерных моделей, подробно рассматриваемых в работе [5]. Основными элементами модели являются следующие элементы:
Архитектурный блок (Architecture Block). Модель KLOCwork Architect состоит из так называемых архитектурных блоков. Архитектурные блоки представляют в модели структурные элементы программной системы, вне зависимости от уровня абстракции, на котором идет моделирование. Архитектурные блоки обладают, по меньшей мере, двумя основными атрибутами: имя и тип. Имена архитектурных блоков предопределяются именами тех структурных элементов системы, которые они представляют в модели. Типы архитектурных блоков существенно зависят от уровня абстракции, на котором происходит моделирование, и конкретной задачи, в рамках которой проводятся исследование архитектуры. Например, при моделировании систем, построенных в рамках каких-либо компонентных технологий, основным используемым типом архитектурных блоков являются "компоненты". При моделировании системы сборки ПО основными используемыми типами являются "папки" и "файлы".
Отношение (Relation). В модели KLOCwork Architect под отношением понимается односторонняя связь между парой архитектурных блоков. Так же, как и архитектурные блоки, отношения могут быть различных типов. В качестве примера можно привести следующие типы отношений:
- Инстанциация: A инстанциирует B (блок A - функция, блок B - класс).
- Доступ к данным: A читает данные из B (блок A - функция, блок B - класс или атрибут класса).
Между любой парой блоков в модели может существовать произвольное количество разнонаправленных отношений, при этом их типы также могут различаться.
Пример модели. В качестве иллюстрации рассмотрим микроскопическую тестовую систему на языке C и модель, автоматически полученную из нее системой Architect. Система имеет следующую структуру:
- Папка test, содержащая:
- Файл a.h, содержащий текст
void
- Файл a.cpp, содержащий текст
#include "a.h" void a() { int a = 0; a++; }
- Файл a.h, содержащий текст
Читать часть 2