Arquitetura de SoftwareIntrodução

Por quê? O que? Como? Onde? e Quem?

Síntese Arquitetura de software é o caminho para:

conectar as metas de negócios ao que iremos construir obter alinhamento organizar a atividade de produção de código envolver as diferentes competências de um time

Arquitetura está muito ligada à vantagem competitiva Arquitetura não se obtém facilmente:

é um trabalho de design não trivial cada um tem um papel a desempenhar na sua criação é melhor construída por um time pequeno de “arquitetos” dedicados

que dirigem o processo e tomas as decisões

Arquitetura funciona como o “plano de vôo” do desenvolvimento. Ela deve facilitar o alcance da estratégia de negócio – torna-se a implementação técnica da estratégia de negócio.

Iremos construir um shopping?

Time 1Lado Leste

Time 2Link A

Time 3Link B Tim

e 4

Circular

Time 5

Lado Sul

Aqui um exemplo de uma arquitetura base e seus requisitos. É só construir ela!

Requisitos:• estilo típico• praça da alimentação central• ...

Suponha o seguinte O Boulevard Shopping pretende construir uma nova

área. Vários aspectos do novo negócio foram levantados pelos executivos. É chegado o momento de traçar os planos e prazos da nova construção. Eles pretendem uma construção rápida, pois vários lojistas estão à espera. Os construtores foram divididos em times. Ao time mais experiente foi entregue a tarefa de traçar a arquitetura do novo shopping. Cada parte da arquitetura foi entregue a um dos time para construção.

O que foi obtido ao final?

Certo. Mas nós não entregamos modelos...

No negócio software, nós entregamos código, e temos um certo desconforto em trabalhar com modelos.

Porém, se olhamos para o negócio da construção civil, eles entregam “prédios” e não plantas e, não iniciam um novo projeto complexo sem começar por desenhos de tais estruturas físicas.

Nós construímos o shopping!

Construir uma arquitetura de software é similar...

Na construção civil é lugar comum – sente-se a necessidade de plantas antes de se iniciar uma nova construção.

Existem vários aspectos que se relacionam com integridade, integração entre equipes, consistência nos detalhes.

Um plano de atividades é gerado, definindo uma sequência clara, incluindo aspectos de sua estrutura: entradas de luz, tolerância a ventos fortes, (em alguns casos) suportar movimentação de equipamentos pesados. Ou seja, existem condições típicas e atípicas a serem consideradas.

O que resulta de uma arquitetura incompleta?

Adaptações na arquitetura...

É muito fácil obter um “sistema espaguete”!

...as adaptações podem levar ao caos!

Tudo começa com as primeiras decisões de cortes ou extensões na arquitetura, com a justificativa de melhor atender aos requisitos. Aumenta o número de ajustes e o acoplamento cresce a ponto de não se poder mais isolar os componentes.

É assim que um sistema deve evoluir?

É a desintegração do sistema, não sua evolução!

Seria um problema do negócio Software?

Um sistema típico de software é perecível, resultado de:

• incertezas– no comportamento do

sistema– nas próximas release

• baixa qualidade– difícil rastrear falhas– difícil consertar bugs

• difícil alterar– duro atender às mudanças– custa mais, leva mais tempo

• Baixo reuso– difícil isolar blocos para

reuso– blocos são muito específicos

(orientados)

• problemas éticos• perda de market share

– o concorrente é melhor– não há retorno

A Arquitetura faz a diferença!

Uma arquitetura é algo mais que um “rascunho desenhado” do sistema

A arquitetura é alinhada a...

Conceitos chaves

Decomposição do sistema Como eu quebro o sistema em partes? Tenho todas as partes necessárias? As partes se encaixam?

Trade-offs de interesse Aspectos de qualidade mais abrangentes ou propriedades

específicas do sistema (RNF e SLA) Relação entre os atributos de qualidade

Integridade do sistema

Decomposição da arquitetura: as partes se encaixam?

Ao atribuir essa tarefa para o melhor “engenheiro” do time, que entende de: Motor Transmissão Suspensão Etc

Podemos construir o melhor carro?

Arquitetura deve ter foco nas “propriedades mais críticas primeiro”

Ideia chave: a integridade do sistema não pode ser alcançada de forma bottom-up

Você irá precisar de uma visão mais abrangente do sistema Analise os trade-offs existentes para assegurar que

as propriedades críticas do sistema continuam sendo atendidas quando você o decompõe em partes

Projete os mecanismos da arquitetura que endereçam as propriedades do sistema

Decisões Arquiteturais: Uma questão de escopo

Quanto mais abrangente a decisão, menos erros podem ser inseridos!Diferencie decisões de design de decisões de implementação.

Ou seja... Se temos em mãos uma dada aplicação, todas as decisões que

podem ser tomadas por projetistas de componentes ou desenvolvedores devem ser atribuídas a eles e não surgir como parte da arquitetura. Se o escopo da arquitetura é uma linha de produtos, então toda decisão referente a um dado produto deve constar, pelo menos, na arquitetura do produto se não for possível constar na arquitetura da linha de produtos.

Qualquer decisão deve focar no impacto sobre o sistema – decisões arquiteturais devem focar nas propriedades de alto impacto nas áreas que estão altamente alinhadas com a estratégia do negócio.

Escopo das decisões arquiteturais: Exemplo do Reuso

Escopo das decisões arquiteturais: Exemplo do Reuso

Quando focamos num dado produto, todas as decisões são orientadas para atender às demandas do respectivo cliente – o que torna tais componentes menos adequados para outros produtos.

Ao construir arquiteturas devemos analisar os trade-offs de forma mais ampla, adequando-os aos sistemas globalmente. Decisões sobre propriedades individuais devem ser consideradas como parte da arquitetura do sistema como um todo.

Escopo das decisões arquiteturais: Impacto

Baixo Impacto Alto Impacto

Sistêmicas

(escopo amplo)

Não arquitetural Foco da decisão arquitetural

Local Não arquitetural Em geral, não arquitetural

Prioridades do sistema

A atenção deve estar voltada para as áreas de alta prioridade e para os trade-offs entre elas: o negócio (estratégias, competências e recursos) o mercado (clientes, concorrentes e parceiros) tecnologia (desafios e oportunidades) riscos (investimentos em tecnologias e sistemas legados) desafios ao sucesso do sistema (desenvolvimento em si e

do negócio)

Arquitetura de Software: Conceitos chaves

Decomposição do sistema Trade-offs entre

propriedades Integridade do sistema

Alinhamento com o negócio

Com a estratégia do negócio Com o ambiente do negócio

Legado Cultura

Evolução do sistema Vida longa! Esquema para a estratégia de

implementação Lidar com as mudanças,

inevitáveis!

Não esqueça!

Decisão bottom-up Estratégia bottom-up Pode ser um caminho muito arriscado! Nesse caso a

estratégia real do negócio irá ser resultante das decisões dos desenvolvedores...

Estratégia top-down: Estratégia do negócioEstratégia da arquiteturaEstratégia da implementação A estratégia do negócio é quem dirige a arquitetura, que é

traduzida tecnicamente para suportar toda a evolução do desenvolvimento.

Por quê isto é tão importante?

Permite que sejamos Mais produtivos Mais criativos Mais orientados por nossa estratégia

De forma que podemos ser Mais flexíveis, dando retorno ágil

aos ajustes necessários (mudanças) fazendo mais

Ser um player dominante no mercado Estar no negócio, mesmo 5 anos mais tarde

O que é uma arquitetura? (definição formal)

“arquitetura é a estrutura do sistema, que compreende: componentes ou partes da implementação as propriedades visíveis externamente desses

componentes, e as relações entre eles.”

Arquitetura: componentes e relações

Componentes Blocos (alto nível) do sistema Suporta

Modularidade Separação de papéis

Colaboração entre componentes Prover serviços (funcionalidades) Num dado nível de serviço (qualidades)

Interface entre componentes Provê encapsulação, com pontos de acesso restritos

Especificação dos componentes Define propriedades visíveis externamente Provê guias de utilização

Propriedades visíveis externamente: o propósito das interfaces

Interfaces Define os pontos de acesso aos componentes Facilita o plug-and-play entre componentes

ameniza restrições entre clientes e provedores Serve como um contrato entre provedores de componentes e

clientes Define externamente propriedades visíveis

Uma interface bem definida Facilita o entendimento e compreensão do comportamento

do componente e como ele é usado Aumenta a produtividade do desenvolvedor

Foca na montagem e ligação entre componentes através de suas interfaces

Modelos de arquiteturas

Ferramentas para apoiar a “criação” Explora alternativas e ideias (mais barato que

prototipar ou tentar uma versão teste do sistema) Por exemplo, explorar as colaborações entre

componentes para definir as operações da interface

Documentam a arquitetura Descritiva ou explícita Auxilia na visualização do sistema

Visões da arquitetura Clientes diferentes apresentam diferentes

informações sobre suas necessidades

Stakeholders da arquitetura

Gerentes Arquitetos Desenvolvedores QA Suporte Marketing Usuários Tomadores de decisão (mercado) Administradores de sistemas

Visões da arquitetura

Arquitetura Conceitual• Diagramas arquiteturais, especificação informal de componentes• Foco: identificação e alocação de responsabilidades entre componentes

Arquitetura Lógica• Atualiza os diagramas arquiteturais (apresentando as interfaces), especificação interface, especificação de componentes e guias de utilização• Foco: design da interação, mecanismos e protocolos de conexão; provimento de info contextual para os usuários dos componentes

Arquitetura Execução• Visão do Processo (via Diagramas de Colaboração)• Foco: informa como se dará o comportamento do componente em tempo de execução, threads; como eles se comunicam; como os recursos físicos são alocados.

Visão globaldo sistema

Esquema para os desenvolv:•preciso•Sem ambigui-dade

Endereçando trade-offs (re)Lembrando: arquitetura aborda

a decomposição do sistema em componentes foco nas propriedades críticas do sistema e seus trade-offs

Trade-offs devem ser endereçados Através de padrões arquiteturais Estrutura: componentes e interfaces Mecanismos: papéis dos componentes e padrões de

interação Responsabilidades (atribuídas aos componentes) Comportamento expresso nas interações fluxo das interações

Visões da arquitetura

Arquitetura Conceitual• Diagramas arquiteturais, especificação informal de componentes• Foco: identificação e alocação de responsabilidades entre componentes

Arquitetura Lógica• Atualiza os diagramas arquiteturais (apresentando as interfaces), especificação interface, especificação de componentes e guias de utilização• Foco: design da interação, mecanismos e protocolos de conexão; provimento de info contextual para os usuários dos componentes

Arquitetura Execução• Visão do Processo (via Diagramas de Colaboração)• Foco: informa como se dará o comportamento do componente em tempo de execução, threads; como eles se comunicam; como os recursos físicos são alocados.

Qualidades do sistema: encapsulação e separação de papéis

Mecanismos e interações entre componentes

Topologia do sistema/recursos e concorrência

Processo de construção de uma arquitetura: Objetivos

Criar uma arquitetura: BOA, tecnicamente válida e bem documentada CORRETA, satisfaz aos requisitos dos

stakeholders De SUCESSO, como as utilizadas na construção

civil

Processo de construção da arquitetura

Conclusão

Uma arquitetura Boa, Correta e de Sucesso: Não aparece “do nada” É necessário:

Planejar (tempo!)Documentar e seguir avaliando (não é algo estático)As vezes, joga-se fora e recomeça do zero

Existe uma contribuição a ser dada por cada um de nós

Referências

http://www.bredemeyer.com http://www.ewita.com http://www.extra.research.philips.com/

natlab/sysarch/index.html

Padrões de Desenvolvimento

Motivação

Orientação a Objetos enfatiza a notação dos diagramas Ótimo para especificação e documentação

Mas O.O. envolve mais que diagramas Bons desenhistas nem sempre são bons projetistas

Bons projetistas se apóiam na experiência O mais poderoso reuso é a reutilização de padrões

Combina o problema com os padrões de projeto já existentes

Motivação

O.O. explora estruturas de design que promovem: Abstração Flexibilidade Modularidade Elegância

O problema seria a captura, comunicação e aplicação deste conhecimento

Padrões de Desenvolvimento

Abstrai uma solução de projeto reutilizável Organiza classes e objetos em termos de:

Dependências Estrutura Interações Convenções

Nomeia e especifica a solução explicitamente Traduz experiência em desenvolvimento

Padrões de Desenvolvimento

Divide-se em quatro partes:NomeDescrição do ProblemaSoluçãoConseqüências e considerações acerca de sua utilização

Independente de linguagem ou implementação Utiliza a simbologia da UML

Padrões GoF

Adapter Facade Composite Bridge Singleton Observer Mediator Proxy Chain of Responsibility Flyweight Builder Factory Method

Abstract Factory Prototype Memento Template Method State Strategy Command Interpreter Decorator Iterator Visitor Model-View-Controller

Adapter Converte a interface de uma classe naquela esperada pelos clientes operacaoAlvo() deve executar metodoNegocios()

cd Adapter

Cliente«interface»

Alvo

+ operacaoAlvo() : void

Adapter

+ operacaoAlvo() : void

ClasseNegocios

+ metodoNegocios() : void

«realize»

Facade Oferece uma interface única para um conjunto de interfaces Simplifica a utilização dos subsistemas

cd Facade

Aplicação Facade

+ comprar() : void+ cadastrar() : void

Carrinho

+ acrescentar() : void+ remover() : void+ totalizar() : void

Usuario

+ adicionar() : void+ autorizar() : void

Produto

+ cadastrar() : void+ atualizarEstoque() : void

Singleton Garantir que uma classe só tenha uma única instância,

e prover um ponto de acesso global a ela Precisa de um construtor privado e um método para

obter a instância global (estática)

cd Singleton

Singleton

- instancia: Singleton

- Singleton() : void+ getInstancia() : Singleton+ operacao1() : void+ operacao2() : void

Proxy Método para que um objeto possa controlar o acesso a

outro Normalmente utilizado em objetos distribuídos

cd Proxy

Cliente Proxy

+ operacao() : void

ClienteRemoto Stub

+ operacao() : void

Skeleton

+ serviço() : void

RemoteInterface

ObjetoNegocios

+ operacao() : void

ObjetoRemoto

+ operacao() : void

«realize» «realize»

Flyweight Usar compartilhamento para suportar grandes

quantidades de objetos refinados eficientemente Constituem pools, onde a quantidade de objetos pode

ser significativamente inferior ao seu nível de utilização

cd Flyweight

FlyweightFactory

- flyweightPool: Collection

+ getFlyweight(Key) : Flyweight

«interface»

Flyweight

+ operacao(Estado) : void

FConcreto

- estadoImutavel: Estado

+ operacao(Estado) : void

FConcretoNaoCompartilhado

- estadoMutavel: Estado

+ operacao(Estado) : void

«realize» «realize»

Abstract Factory Prover uma interface para criar famílias de objetos

relacionados ou dependentes sem especificar suas classes concretas

Exemplo de utilização é o J2EE

cd Abstract Factory

Abstract

Implementation

AbstractFactory

+ criarClasse1() : ClasseAbstrata1+ criarClasse2() : ClasseAbstrata2

«interface»

ClasseAbstrata1

+ operacao1() : void

«interface»

ClasseAbstrata2

+ operacao2() : void

FabricaConcreta

+ criarClasse1() : ClasseAbstrata1+ criarClasse2() : ClasseAbstrata2

ClasseConcreta1

+ operacao1() : void

ClasseConcreta2

+ operacao2() : void

«realize» «realize»

Strategy Promover diferentes estratégias para resolver um

determinado problema em diferentes condições Na prática permite a implementação de diferentes

algoritmos através de diferentes classes

cd Strategy

«interface»

Strategy

+ operacao() : void

Estrategia1

+ operacao() : void

Estrategia2

+ operacao() : void

Estrategia3

+ operacao() : void

Contexto

- strategy: Strategy

+ requisicao() : void

«realize» «realize» «realize»

Mais alguns... State: implementa diferentes reações às

mudanças de estado de um objeto Decorator: acrescenta responsabilidades

dinamicamente aos objetos Iterator: acessa os elementos de uma coleção

sequencialmente MVC: divide o aplicativo em três camadas

independentes, relacionadas à persistência, interface visual e regras de negócios

Padrões J2EE

Front Controller View Helper Composite View Service to Worker Dispatcher View Intercepting Filter Value Object Session Facade

Composite View Value Object Assembler Value List Handler Service Locator Business Delegate Data Access Object Service Activator

Front Controller Centraliza o controle das requisições do cliente,

permitindo um único ponto de manipulação na entrada Aumenta a segurança no acesso Define a saída visual correta (Front Controller / View

Controller)cd Front Controller

Cliente

Serv let

+ requisicao() : void

«interface»

FrontController

+ requisicao() : void

Composite View Cria uma interface visual complexa a partir de

interfaces menores Tipicamente utilizado em portais

cd Composite View

CompositeViewView1 View2

BasicView

Business Delegate Desacopla camadas de apresentação e serviços É utilizado um como fachada para cada SessionBean Normalmente precisa de um localizador de serviços

(JNDI) Este processo retira o código de localização do cliente

cd Business Delegate

Cliente BusinessDelegate BusinessServ ice

LookupServ ice

uses

lookup / create

Session Facade Desacopla camadas de apresentação e modelo

(EntityBean) Reduz as chamadas remotas do cliente, concentrando

no SessionBean Transações implementadas no SessionBean ou no

Container (CMT)

cd SessionFacade

SessionFacade

Entity1

Entity2

Cliente

Mais alguns... Value Object: concentra as propriedades

referentes às entidades, permitindo o envio de um objeto com informações completas e, conseqüentemente, reduzindo o número de chamadas

Data Access Object: concentra as operações de persistência, desacoplando as camadas de modelo(Entity), e permitindo um meio comum e genérico de acesso aos dados armazenados

Service Activator: utilizado na execução assíncrona de serviços, sendo apoiado por uma fila de mensagens