Corso di ingegneria del software Pattern Corso di ingegneria del software

Definizione Pattern software la descrizione strutturata di una soluzione esemplare ad un problema (software) ricorrente

Cluster Non tutti i pattern sono uguali possono essere strutturati e organizzati. Esistono diverse tipologie di pattern in funzione della loro area di applicazione, in generale essi possono essere raggruppati in macrocategorie specifiche (dette anche cluster), ciascuna delle quali contenente pattern orientati a risolvere problematiche similari. I cluster possono a loro volta essere suddivisi in sottocategorie a granularità più bassa. Oltre che l’appartenenza ad un determinato cluster, per un pattern è possibile considerare anche il livello di astrazione che lo contraddistingue. Nell’ambito del cluster dei pattern relativi allo sviluppo di applicazioni software possiamo individuare tre categorie di pattern caratterizzate da un diverso livello di astrazione.

Categorie di pattern Pattern architetturali (stili architetturali): descrivono lo schema organizzativo della struttura che caratterizza un sistema software. In genere individuano le parti del sistema a cui sono associate responsabilità omogenee e le relazioni che esistono tra i diversi sottosistemi. Pattern di disegno (design pattern): sono i pattern che si riferiscono alle problematiche legate al disegno object-oriented forniscono uno schema per raffinare gli elementi di un sistema software o le relazioni tra di essi descrive una struttura che ricorre comunemente di elementi di progetto interconnessi, che risolvono un problema di progettazione generale in un contesto particolare Pattern di implementazione (idiomi): sono pattern di basso livello specifici per una particolare tecnologia (per esempio, il .NET Framework, J2EE). descrivono le modalità implementative da utilizzare per risolvere problematiche di sviluppo sfruttando in modo mirato le caratteristiche peculiari di una particolare piattaforma.

Osservazioni Ciascuna categoria è caratterizzata da un grado di astrazione differente. I pattern architetturali sono troppo generici per essere orientati a risolvere problematiche di disegno I pattern idiomatici, molto legati alla tecnologia a cui si riferiscono e all’implementazione vera e propria. I design pattern descrivono soluzioni che lasciano sempre e comunque un certo grado di libertà nella loro adozione e implementazione, non descrivono mai soluzioni che sono valide per una piattaforma specifica, hanno una validità più generale e trasversale rispetto alla tecnologia.

Pattern language L’architetto Christopher Alexander nel suo libro A Pattern Language, scrive "ogni pattern descrive un problema che si ripete più e più volte nel nostro ambiente, descrive quindi il nocciolo della soluzione del problema, in modo tale che la soluzione possa essere usata un milione di volte, senza che essa venga mai applicata nella stessa maniera". il concetto che sta alla base dei pattern è quello di fornire una soluzione ad un problema in un determinato contesto. Nel caso della progettazione del software, questo significa individuare meccanismi e tecniche che permettano di risolvere problematiche ricorrenti in modo elegante, riusabile ed efficace.

Design pattern In genere un design pattern è caratterizzato da quattro elementi fondamentali. Nome: descrive sinteticamente le funzionalità di un pattern. Associare un nome ad un pattern permette di identificarlo in modo semplice ed immediato e consente di condividere le idee di disegno ad un livello più alto di astrazione, senza la necessità di dover entrare nei dettagli implementativi. Problema: descrive la situazione alla quale applicare il pattern e le condizioni necessarie e propedeutiche all'utilizzo del pattern stesso. Soluzione: descrive in modo astratto come il pattern risolve il problema, specificando gli elementi coinvolti con le loro responsabilità e collaborazioni. La soluzione viene solitamente espressa in modo sufficientemente generale da lasciare numerosi gradi di libertà nelle possibili scelte implementative. Un pattern infatti è come uno schema che può essere applicato ripetutamente, il più delle volte in modo particolare e differente. Conseguenze: descrive l'insieme dei risultati e dei vincoli a cui si va incontro nell'applicazione del pattern. Le conseguenze sono fondamentali per poter valutare i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall'uso del pattern e per poter eventualmente preferire soluzioni alternative per la risoluzione del problema.

Design pattern Un design pattern associa un nome identificativo ad un problema di progettazione, permette di identificare gli elementi che concorrono a definire la struttura ad oggetti a cui il pattern si riferisce per ciascun elemento individuato, specifica il ruolo, le collaborazioni e le dipendenze con altri oggetti e, in generale, le responsabilità ad esso attribuite. Ciascun design pattern è focalizzato su una particolare problematica di disegno e per essa specifica i possibili scenari di utilizzo, evidenziandone i vincoli e le conseguenze.

Vantaggi nell’uso di pattern soluzione provata e ben compresa, che definisce i principi organizzativi del sistema più facile comprendere l’architettura e le sue caratteristiche ovvero il modo in cui sono controllate le varie qualità Possibili usi degli stili architetturali soluzione di progetto per il sistema in discussione base per l’adattamento ispirazione per una soluzione correlata motivazioni per un nuovo stile

tuttavia, è comune che ciascun elemento abbia Notazione I pattern architetturali propongono criteri di decomposizione di un sistema in elementi architetturali (macro-elementi) È possibile usare un linguaggio di modellazione ad oggetti – ad es., OMT o UML gli elementi architetturali non sono mai degli oggetti sono piuttosto dei “macro-oggetti” tuttavia, è comune che ciascun elemento abbia un nome/riferimento un’interfaccia pubblica – descrive i servizi che offre un’implementazione privata ed è comune che le interazioni tra elementi siano mostrati da uno scambio di messaggi (sincroni oppure asincroni) Una notazione ad oggetti è adeguata, ma i rettangoli indicano elementi architetturali, non oggetti

Pattern architetturali From Mud to Structure Garantire una struttura organizzata Supportano nella decomposizione di un sistema in sottosistemi Pattern: Layers, Pipes and Filters, Blackboard, SharedRepository, Database Access Layers(DAL), DomainObject, Domain model Distributed Systems forniscono un’infrastruttura per applicazioni distribuite Pattern: Broker Interactive Systems per strutturare sistemi software che prevedono un’interazione uomo-macchina Supportano la progettazione dell’interazione uomo-macchina pattern: Model View Controller (MVC) e Presentation Abstraction Control (PAC) Adaptable Systems Supportano l’estendibilità per evoluzione tecnologica o cambiamento dei requisiti funzionali Contiene i pattern: Reflection e Microkernel. [Pattern-Oriented Software Architecture - A System of Patterns” Frank Buschmann, Regine Meunier, Hans Rohnert, Peter Sommerlad, Michael StalWiley and Sons Ltd.]

I pattern non sono tra loro indipendenti Osservazioni I pattern non sono tra loro indipendenti alcuni pattern sono alternativi – uso uno oppure l’altro altri pattern sono sinergici – se uso uno è utile usare anche l’altro altri possono essere usati in gruppi più complessi utile ragionare anche sulle relazioni tra pattern

Un pattern language (linguaggio di pattern) una famiglia di pattern correlati con una discussione sulle loro correlazioni ne esistono diversi – specifici per la progettazione di certi tipi di sistemi o per certi tipi di requisiti ad es., linguaggio di pattern per la sicurezza ad es., linguaggio di pattern per sistemi distribuiti

È possibile modificare un livello senza modificare gli altri Layers Divide le funzionalità in livelli separati ogni livello contiene un insieme di funzionalità e dipende dai servizi forniti dal livello inferiore È possibile modificare un livello senza modificare gli altri

Assimilabile al modello concettuale nel progetto di un sistema Domain model Assimilabile al modello concettuale nel progetto di un sistema

guida la decomposizione di elementi architetturali più grandi Domain object guida la decomposizione di elementi architetturali più grandi ad es., uno strato di un’architettura secondo Layers Si basa sul Principio di Separazione degli Interessi e la Modularità La decomposizione può essere guidata da un modello del dominio (casi d’uso, requisiti non funzionali, requisiti informativi, ecc.)

Model View Control (MVC) Separa i dati dell’applicazione (contenuti nel modello) dai componenti per la presentazione grafica (vista) e la logica per l’elaborazione dell’input (il controllore)

Model view control

Pattern MVC controllore modello notifica vista modifica

Fornisce una struttura per sistemi che devono elaborare flussi di dati Pipe and filter Fornisce una struttura per sistemi che devono elaborare flussi di dati l’elaborazione è decomposta in passi di elaborazione ciascun passo di elaborazione è incapsulato in un componente filtro i dati sono trasferiti tra filtri adiacenti mediante pipe (tubi) è possibile costruire famiglie di sistemi correlati mediante un’opportuna combinazione di filtri e pipe – pipeline

Shared repository Usato per applicazioni data-intensive in cui le interazioni tra le componenti del sistema non sono guidate da processi specifici mapossono essere coordinate sulla base dei dati condivisi su cui operano Mantiene i dati in un repository centrale condiviso da tutti i componenti funzionali del sistema e fa guidare e coordinare il flusso di controllo della logica applicativa dalla disponibilità qualità e stato dei dati nel repository L’accesso ai dati gestiti dal repository condiviso dovrebbe essere opportunamente sincronizzato È un punto d’accesso a dati condivisi( es. un database relazionale, una collezione di oggetti in memoria, ecc.)

Database access layer (DAL) Guida la connessione tra elementi architetturali sviluppati con tecnologia orientata agli oggetti e una base di dati relazionale Introduce uno strato separato per l’accesso alla base di dati (database access layer) tra l’applicazione e la base di dati relazionale questo strato fornisce all’applicazione un’interfaccia per l’accesso ai dati stabile ed orientata agli oggetti (operazioni CRUD -Create, Read, Update, Delete) Il DAL traduce operazioni CRUD in istruzioni SQL e si occupa di altri aspetti quali concorrenza, transazioni, caching, accesso a DBMS diversi,ecc.

Pattern DAL

Esempio: Vision, Image Recognition, Speech Recognition Blackboard Il pattern Blackboard è utile in problemi per cui non esistono strategie di risoluzione deterministiche. prevede diversi sottosistemi specializzati che usano la loro conoscenza per costruire insieme una soluzione parziale o approssimata Esempio: Vision, Image Recognition, Speech Recognition

(architettura ad oggetti distribuiti) Broker Il pattern Broker può essere usato per strutturare sistemi software distribuiti con componenti tra loro disaccoppiati che interagiscono tramite invocazioni di servizi remoti. Un componente broker è responsabile di coordinare la comunicazione: inoltrare richieste e trasmettere risultati ed eccezioni. (architettura ad oggetti distribuiti)

le diverse applicazioni sono costruite in sede di deployment Microkernel sviluppo di un insieme di applicazioni variazioni l’una dell’altra basate sulla stessa architettura e con un unico nucleo funzionale le diverse applicazioni sono costruite in sede di deployment alcune applicazioni devono esistere in versioni multiple si differenziano, ad esempio, nelle funzionalità specifiche offerte o nell’interfaccia utente tutte le versioni delle applicazioni dovrebbero essere basate su una stessa architettura comune ed uno stesso nucleo funzionale comune

Reflection fornisce un meccanismo per cambiare la struttura e il comportamento di un sistema in modo dinamico consente la modifica di aspetti fondamentali, ad es., delle strutture di dati e dei meccanismi di comunicazione Suddivide il sistema in due parti mediante un’architettura a due livelli che separa i metadati della logica applicativa fondamentale dell’applicazione un meta-livello: contiene i meta-dati un livello base: comprende la logica applicativa la cui implementazione è basata sul meta-livello