Architect Academy: Seminario de Arquitectura de Software Billy Reynoso UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

Roadmap  Webcast #1: ¿Qué es la Arquitectura de Software?  Webcast #2: Drilldown en Estilos de Arquitectura  Webcast #3: Arquitectura para distribución y agregación: Services Oriented Architecture (SOA)  Webcast #4: Diseñando la arquitectura

¿Qué es la Arquitectura de Software?  Objetivos del curso  Breve historia y definición  Principales conceptos arquitectónicos Estilos de arquitectura: componentes, conectores, restricciones (constraints), configuraciones Diseñar para calidad de desarrollo: Estilos y Patrones Puntos de vista arquitectónicos: componente, concurrencia, despliegue Requerimientos no funcionales: Tácticas y frameworks de conocimiento Más allá de los casos de uso: Escenarios y atributos de calidad Lenguajes de Descripción Arquitectónica (ADLs)  Arquitectura, razonamiento de alto nivel y calidad operacional: Ejemplo canónico de práctica arquitectónica (Garlan & Shaw)

Objetivos del curso  Clarificar el carácter distintivo de la Arquitectura de Software  Proporcionar lineamientos y recursos para la práctica arquitectónica  Vincular visiones de la academia y la industria  Establecer situación actual y perspectivas, con énfasis en las herramientas, middleware y sistemas operativos de Microsoft

Contexto  Los 3 grandes temas de ingeniería de software Patrones Design patterns (GoF)  Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson y John Vlissides Architectural patterns (POSA)  Frank Buschmann, Regine Meunier, Hans Rohnert, Peter Sommerlad y Michael Stal Organizational patterns (Coplien) Métodos heterodoxos (2001) eXtreme Programming, Scrum, Evo, FDD, DSDM, RUP, AM, Crystal, LD, ASD…) Arquitectura de Software (1992)

Surgimiento  1969 – Conferencia OTAN  Dewayne Perry, Alexander Wolf – 1992 “Foundations for the study of software architecture” “La década de 1990, creemos, será la década de la arquitectura de software. Usamos el término “arquitectura” en contraste con “diseño”, para evocar nociones de codificación, de abstracción, de estándares, de entrenamiento formal (de los arquitectos de software) y de estilo.  Es tiempo de re-examinar el papel de la arquitectura de software en el contexto más amplio del proceso de software y de su administración, así como señalar las nuevas técnicas que han sido adoptadas”.  Escuela de Carnegie Mellon (CMU-SEI) Mary Shaw, David Garlan, Paul Clements, Robert Allen Bibl…

Definición  (1) Proceso dentro del ciclo de vida, (2) Topología, (3) Disciplina.  Arquitectura - IEEE : La Arquitectura de Software es la organización fundamental de un sistema encarnada en sus componentes, las relaciones entre ellos y el ambiente y los principios que orientan su diseño y evolución. Adoptada por Microsoft en estrategia arquitectónica / MSF  Ingeniería - IEEE : La aplicación de una estrategia sistemática, disciplinada y cuantificable al desarrollo, aplicación y mantenimiento del software; esto es, la aplicación de la ingeniería al software.

La Arquitectura no es…  Una normativa madura  Igual en la academia y en la industria  Diseño de software con UML  Naturalmente vinculada con ingeniería & ciclo de vida Ocurre en algún punto entre la elicitación de requerimientos y la especificación de casos de uso, o entre éstos y el diseño  Naturalmente vinculada a metodología (RUP)  Naturalmente relacionada con modelado Orientado a Objetos  Hay vínculo “natural” entre requerimientos (casos de uso) y clases  Las herramientas arquitectónicas generan el código de la aplicación

Arquitectura es…  Vista estructural de alto nivel  Define estilo o combinación de estilos para una solución  Se concentra en requerimientos no funcionales Los requerimientos funcionales se satisfacen mediante modelado y diseño de aplicación  Esencial para éxito o fracaso de un proyecto

Corrientes principales  Arquitectura estructural – SEI – Carnegie Mellon Garlan, Shaw, Clements Variantes con modelos de datos (Medvidovic), radicales, formales (Moriconi-SRI), etc  Arquitectura como etapa de la ingeniería de software orientada a objetos James Rumbaugh, Grady Booch, Ivar Jacobson (“los 3…”), Craig Larman…  Arquitectura basada en patrones – SEI Redefinición de estilos como patrones POSA Microsoft Patterns & Practices  Arquitectura procesual y metodologías Kazman, Bass (SEI) Variantes de arquitectura basada en escenarios

Estilos Arquitectónicos  Rumbaugh & al 1991 (1) transformaciones en lote, (2) transformaciones continuas, (3) interfaz interactiva, (4) simulación dinámica de objetos del mundo real, (5) sistemas de tiempo real, (6) administrador de transacciones con almacenamiento y actualización de datos Pero: “estilos arquitectónicos”, “arquitecturas comunes”, “marcos de referencia arquitectónicos prototípicos”, “formas comunes”, “clases de sistemas”

Estilos – Nueva concepción  Perry & Wolf, 1992  Componentes (ahora: Elementos)  Conectores  Configuraciones  Restricciones (Constraints)  “Mano mágica” (Fielding, 2000) UML?

Estilos Arquitectónicos  Estilos de Flujo de Datos Tubería y filtros  Estilos Centrados en Datos Arquitecturas de Pizarra o Repositorio  Estilos de Llamada y Retorno Model-View-Controller (MVC) Arquitecturas en Capas Arquitecturas Orientadas a Objetos Arquitecturas Basadas en Componentes  Estilos de Código Móvil Arquitectura de Máquinas Virtuales  Estilos heterogéneos Sistemas de control de procesos Arquitecturas Basadas en Atributos  Estilos Peer-to-Peer Arquitecturas Basadas en Eventos Arquitecturas Orientadas a Servicios Arquitecturas Basadas en Recursos

Estilos derivados  C2  GenVoca  REST

Estilos  Sirven para sintetizar estructuras de soluciones  Pocos estilos abstractos encapsulan una enorme variedad de configuraciones concretas  Definen los patrones posibles de las aplicaciones  Permiten evaluar arquitecturas alternativas con ventajas y desventajas conocidas ante diferentes conjuntos de requerimientos no funcionales

Ejemplo  Mala práctica: Aplicaciones clientes que consultan si sucedió algo Listener de HTTP, Archivo, Colas  Buena práctica: Estilo basado en Eventos

Ejemplo Arquitectura basada en eventos  Modelo de push a veces se vincula con patrón Observador (Observer pattern)

Arquitectura basada en eventos  Ventajas Simplicidad Evolución: se pueden reemplazar componentes suscriptores Modularidad: una sola modalidad para eventos diversos Puede mejorar eficiencia, eliminando la necesidad de polling por ocurrencia de evento  Desventajas Posibilidad de desborde Potencial imprevisión de escalabilidad Pobre comprensibilidad: Puede ser difícil prever qué pasará en respuesta a una acción No hay garantía del lado del publisher que el suscriptor responderá al evento No hay mucho soporte de recuperación en caso de falla parcial

Arquitectura basada en eventos  Dos modelos de arquitectura e implementación  Tightly coupled events (TCE, eventos fuertemente acoplados) P. ej. COM Connection Points. Requiere que ambos componentes estén corriendo simultáneamente. No hay forma de filtrar evento (p. ej. cuando acción alcance cierto valor) Requiere conocer ambas interfaces específicas  Losely coupled events (LCE, eventos débilmente acoplados) P. ej. COM+ Events Almacenamiento de eventos (COM+ Catalog) Referencia: MSDN Library – COM+ Technical Series: Losely coupled events

Arquitectura basada en eventos  Permiten invocación implícita de una herramienta cuando otra herramienta produce un evento  También se llama Invocación implícita Un componente anuncia un evento. Otros registran interés en ese tipo de evento. Cuando se produce, el sistema (la “mano invisible”) lo comunica a los suscriptores.  Algunos incluyen a MVC en esta clase  Modelo Publish / Subscribe  MS: Registración de Eventos COM+, eventos (listeners) de BizTalk Server, Notification Service de SQL Server Demo

Arquitectura basada en eventos  Herramientas en ambiente COM+/.NET  En muchos casos no se requiere programación de bajo nivel  También hay profusión de herramientas programáticas y servicios de “mano mágica”  Administrative tools Component Services COM+ Applications .NET Utilities, Biztalk Server/Interchange

Relación entre Estilos y Patrones (Patterns)

Patterns  Christopher Alexander, 1977  Un patrón es una solución a un problema en un contexto  Un patrón codifica conocimiento específico acumulado por la experiencia en un dominio  Un sistema bien estructurado está lleno de patrones

Patterns - Alexander  “Cada patrón describe un problema que ocurre una y otra vez en nuestro ambiente, y luego describe el núcleo de la solución a ese problema, de tal manera que puedes usar esa solución un millón de veces más, sin hacer jamás la misma cosa dos veces.”  Ejemplos: galería, paseo, patio compartido, columnata, estacionamiento

Elementos de un patrón  Nombre Define un vocabulario de diseño Facilita abstracción  Problema Describe cuando aplicar el patrón Conjunto de fuerzas: objetivos y restricciones Prerrequisitos  Solución Elementos que constituyen el diseño (template) Forma canónica para resolver fuerzas  Consecuencias Resultados, extensiones y tradeoffs MVC

ComentarioProblemasSolucionesFase de Desarrollo Patrones de Arquitectura Relacionados a la interacción de objetos dentro o entre niveles arquitectónicos Problemas arquitectónicos, adaptabilidad a requerimientos cambiantes, performance, modularidad, acoplamiento Patrones de llamadas entre objetos (similar a los patrones de diseño), decisiones y criterios arquitectónicos, empaquetado de funcionalidad Diseño inicial Patrones de Diseño Conceptos de ciencia de computación en general, independiente de aplicación Claridad de diseño, multiplicación de clases, adaptabilidad a requerimientos cambiantes, etc Comportamiento de factoría, Clase- Responsabilidad- Contrato (CRC) Diseño detallado Patrones de Análisis Usualmente específicos de aplicación o industria Modelado del dominio, completitud, integración y equilibrio de objetivos múltiples, planeamiento para capacidades adicionales comunes Modelos de dominio, conocimiento sobre lo que habrá de incluirse (p. ej. logging & reinicio) Análisis Patrones de Proceso o de Organización Desarrollo o procesos de administración de proyectos, o técnicas, o estructuras de organización Productividad, comunicación efectiva y eficiente Armado de equipo, ciclo de vida del software, asignación de roles, prescripciones de comunicación Planeamiento Idiomas Estándares de codificación y proyecto Operaciones comunes bien conocidas en un nuevo ambiente, o a través de un grupo. Legibilidad, predictibilidad. Sumamente específicos de un lenguaje, plataforma o ambiente Implementación, Mantemimiento, Despliegue

Organización de Patrones  Propuesta por MS para Enterprise Solution Patterns Using Microsoft.NET (ESP)  Propósito: Identificar relaciones entre patrones Agrupar patrones en clusters Identificar patrones a diversos niveles de abstracción Aplicar patrones a múltiples aspectos de una solución Organizar patrones en un frame Usar patrones para describir en forma concisa una solución…

Ejemplos de ESP Niveles de abstracción Vistas Frame Documento

Requerimientos no funcionales Escenarios, tácticas, frameworks  Performance  Disponibilidad  Modificabilidad  Seguridad  Verificabilidad (Testability)  Gestionabilidad (instrumentación, management, estado)  Usabilidad

Atributos de Calidad

Escenarios  Estímulo, ambiente, respuesta  Escenario de caso de uso: Un usuario remoto de web requiere un reporte de base de datos en hora pico y lo recibe dentro de los 5 segundos.  Escenario de crecimiento: Agregar un nuevo servidor de base de datos para reducir latencia en escenario 1 a 2.5 segundos dentro de una persona-semana.  Escenario exploratorio: La mitad de los servidores se bajará durante operación normal sin afectar la disponibilidad del sistema.

Ejemplo de metodología Refinamiento de Escenario  Los escenarios se refinan considerando: 1. Estímulo - La condición que afecta al sistema 2. Respuesta - La actividad que resulta del estímulo 3. Fuente del estímulo - La entidad que lo genera 4. Ambiente - La condición bajo la cual el estímulo ocurre 5. Artefacto estimulado 6. Medida de respuesta - Para evaluar la respuesta del sistema  Se describen los objetivos de negocio/misión afectados por el escenario y las cualidades relevantes asociadas con él  En funcíón de los escenarios se pueden evaluar los estilos arquitectónicos que pueden satisfacer los requerimientos

Lenguajes de Descripción Arquitectónica (ADLs)  Componentes  Conectores  Configuraciones o sistemas  Propiedades no funcionales  Restricciones  Estilos  Evolución  Herramientas de verificación

Métodos basados en Arquitectura  Architecture Tradeoff Analysis Method (ATAM)  Quality Attribute Workshops (QAW)  Attribute-Driven Design (ADD)  Active Reviews for Intermediate Designs (ARID)  Cost-Benefit Analysis Method (CBAM)  Software Architecture Comparison Analysis Method (SACAM)  Quality-Attribute-Driven Software Architecture Reconstruction (QADSAR)  Architecture Based Design Method (ABD)  Software Architecture Analysis Method (SAAM)

Usos de estilos  Mary Shaw, David Garlan, 1996 IEEE98SA-Styles-Patterns.pdf Inspirado en trabajo de Parnas, 1972 (“On the criteria to be used in decomposing systems into modules”) – Datos compartidos vs ocultamiento de información  Sistema de indexación de palabras claves Datos compartidos Tipos abstractos de datos Invocación implícita Tubería y filtros  Comparación de versatilidad, dependencia, modularidad, reutilización, refinamiento, ventajas & desventajas  Antes de escribir una línea de código  Tablas de comparación de atributos  Asignación de pesos a prioridades Paper

Síntesis  Arquitectura:  Visión de alto nivel  Estilo - Patrón  Previo a diseño de aplicación  Requerimientos no funcionales  Escenarios  Lenguajes de descripción arquitectónica

Referencias  Len Bass, Paul Clements, Rick Lazman. Software Architecture in Practice, 2a edición, Addison-Wesley, 2003  Frank Buschmann, Regine Meunier, Hans Rohnert, Peter Sommerlad, Michael Stal. Pattern Oriented Software Architecture, vol. 1. Wiley, 1996  Documentos en Docs…

Webcast # 2 – Drilldown en estilos de arquitectura  Diseñar desde arriba: La especificidad de la abstracción arquitectónica  Estilos: historia, definición, inventario  Estilos fundamentales  Práctica arquitectónica  Implementando estilos con Windows services, Middleware MS y.NET Framework

¿Preguntas?