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Prof. Dr.-Ing. Holger Vogelsang Informatik 2 Objektorientierter Entwurf.

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Präsentation zum Thema: "Prof. Dr.-Ing. Holger Vogelsang Informatik 2 Objektorientierter Entwurf."—  Präsentation transkript:

1 Prof. Dr.-Ing. Holger Vogelsang Informatik 2 Objektorientierter Entwurf

2 Holger Vogelsang Inhaltsverzeichnis n Prinzipien (3) Prinzipien (3) n Verbindung von Modulen (35) Verbindung von Modulen (35) n Modularisierung mit Spring (51) Modularisierung mit Spring (51) n Modularisierung mit OSGi (79) Modularisierung mit OSGi (79) n Ende (102) Ende (102) Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf2

3 Holger Vogelsang Prinzipien Übersicht Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf3 Typinfo., I/O Annota- tionen Laufzeit- typinfo. Ein-, Ausgabe EntwurfPrinzipien Verbindung von Modulen OSGiSpring Grafische Oberflä- chen ÜbersichtLayoutsWidgets Grafik- operationen Grafik- widgets Effekte, Animationen Offene Punkte Ereignisse Daten- strukturen ADTs Elementare Datenstrukturen Hash- tabellen BäumeGraphenIteratoren Datenstrukturen in Java

4 Holger VogelsangInformatik 2 - Objektorientierter Entwurf4 Prinzipien Motivation n Was ist ein Modul? n Wie werden Module logisch miteinander verknüpft? n Welche technischen Hilfsmittel unterstützen die Modularisierung? n Aufstellung einiger einfacher Regeln zur Beherrschung der Komplexität von Softwaresystemen. n Vorbereitung der Software, so dass zukünftige Änderungswünsche einfacher eingebaut werden können.

5 Holger Vogelsang Prinzipien Modul Definition: Modul Ein Modul ist ein überschaubarer und eigenständiger Teil einer Anwendung: u eine Quelltextdatei u eine Menge von Quelltextdateien u ein Abschnitt in einer Quelltextdatei Ein Modul ist etwas, was ein Programmierer als eine Einheit betrachtet, die als ein Ganzes bearbeitet und verwendet wird. Jedes Modul hat nun innerhalb einer Anwendung eine bestimmte Aufgabe, für die es die Verantwortung trägt. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf5

6 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 1: Prinzip einer einzigen Verantwortung n Verantwortung (Responsibility) eines Moduls: u Ein Modul hat innerhalb eines Softwaresystems eine oder mehrere Aufgaben. u Das Modul hat die Verantwortung, diese Aufgaben zu erfüllen. n Prinzip einer einzigen Verantwortung (Single Responsibility Principle): u Jedes Modul soll genau eine Verantwortung übernehmen. u Jede Verantwortung soll genau einem Modul zugeordnet werden. u Die Verantwortung bezieht sich auf die Verpflichtung des Moduls, bestimmte Anforderungen umzusetzen. u Es gibt nur einen einzigen Grund, ein Modul anzupassen: Die Anforderungen, für die es verantwortlich ist, haben sich geändert. n Zusammenfassung: Eine Anforderung (Aufgabe) soll nicht über mehrere Module verteilt oder in mehreren Modulen doppelt implementieren werden. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf6

7 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 1: Prinzip einer einzigen Verantwortung n Vorteile des Prinzips: u Bessere Änderbarkeit, damit bessere Wartbarkeit: -Ändern sich Anforderungen, muss auch die Software geändert werden. -Zunächst muss herausgefunden werden, welcher Programmteil die Anforderungen implementiert. -Da jedes Modul genau einer Aufgabe zugeordnet ist, ist die Identifikation sehr einfach. -Ein Durchsuchen aller möglichen Module nach winzigen Codefragmenten ist nicht erforderlich. u Erhöhung der Chance auf Mehrfachverwendung: -Ist ein Modul für eine Aufgabe zuständig, wird die Wahrscheinlichkeit, dass das Modul angepasst werden muss, verkleinert. -Bei einem Modul, das mehr Verantwortung als nötig trägt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es von mehreren anderen Modulen abhängig ist, größer. Diese andere Module lassen sich u.U. in einem anderen Kontext nicht oder nur schlecht verwenden. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf7

8 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 1: Prinzip einer einzigen Verantwortung n Regeln zur Umsetzung des Prinzips: u Kohäsion maximieren: Ein Modul soll zusammenhängend (kohäsiv) sein: -Alle Teile eines Moduls sollten mit anderen Teilen des Moduls zusammenhängen und voneinander abhängig sein. -Haben Teile eines Moduls keinen Bezug zu anderen Teilen, kann man davon ausgehen, dass diese Teile als eigenständige Module implementiert werden können. u Kopplung minimieren: -Wenn für die Umsetzung einer Aufgabe viele Module zusammenarbeiten müssen, bestehen Abhängigkeiten zwischen diesen Modulen Die Module sind gekoppelt. -Die Kopplung zwischen Modulen sollte möglichst gering gehalten werden. Dies kann oft erreicht werden, indem die Verantwortung für die Koordination der Abhängigkeiten einem neuen Modul zugewiesen wird. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf8

9 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 1: Prinzip einer einzigen Verantwortung n Minimierung der Kopplung (graue Kästchen sind Module): n Problem: Im Extremfall koppelt immer ein zentrales Modul Abhängigkeiten zwischen den Modulen sind nicht mehr erkennbar! n Lösung: kommt mit den folgenden Prinzipien Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf9 Hoher KopplungsgradNiedriger Kopplungsgrad

10 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Anliegen (Concern) eines Moduls: u Eine formulierbare Aufgabe, die zusammenhängend und abgeschlossen ist n Prinzip der Trennung der Anliegen (Separation of Concerns): u Ein im Programm identifizierbares Anliegen soll durch ein Modul repräsentiert werden. u Ein Anliegen soll nicht über mehrere Module verstreut sein. n Sehr ähnlich zu Prinzip 1: Ein Modul soll eine Verantwortung besitzen. n Beispiele: u Trennung von Benutzungsschnittstelle und auszugebender Sprache u Trennung von Ausgabe und Berechnung u Trennung von Berechnung und Speicherung in einer Datei Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf10

11 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Funktioniert das immer? u Beispiel 1: -Eine Klasse mit ihren Methoden hat ein Anliegen. -Sie will zu Testzwecken Log-Ausgaben vornehmen. Die Log-Ausgaben sind aber ein anderes Anliegen. -Das Anliegen Log-Ausgaben wird auf viele Methoden verteilt Verstoß gegen das Prinzip. u Beispiel 2: Bei verteilten Anwendungen (z.B. Web-Anwendungen) muss auf der Server- Seite bei vielen Aufrufen geprüft werden, ob der angemeldete Benutzer überhaupt die Rechte besitzt, die Methoden aufzurufen. u Beispiel 3: Methoden sollen Transaktionen unterstützen: Entweder sie laufen komplett durch oder der Zustand der veränderten Objekte wird auf den Startzustand vor dem Aufruf zurückgesetzt ( siehe später bei Datenbanken). u Beispiel 4: Die Ausnahmen vieler Methoden sollen zentral behandelt werden. n Diese Querschnittsaufgaben (Cross-Cutting Concerns) wie Protokollierung finden sich überall im Quelltext. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf11

12 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Ziel ist eine Trennung der eigentlichen Anliegen von den Querschnittsaufgaben. n Beispiel zur Sicherheitsprüfung: public void changeSemester(Student student, int semester) { // Sicherheitsprüfung durchführen: Hat der aktuelle // Nutzer Administratorrechte? if (!currentUser.isAdmin()) { throw new AccessControlException("Illegal access by user"); } student.setSemester(semester); saveStudent(student); } n Viele andere Methoden sind im Projekt ähnlich aufgebaut. n Die Sicherheitsprüfung ist eine Querschnittsaufgabe und hat somit ein anderes Anliegen als das Ändern der Semesternummer gehört hier nicht in die Methode. Die Prüfung würde auch per Copy/Paste in viele Methoden eingefügt werden. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf12

13 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Beispiel zur Protokollierung: public long calculate() { // Aufruf protokollieren logger.log("Start"); long result = calculateSomethingVeryComplex(); logger.log("End"); return result; } n Die Protokollierung ist ebenfalls eine Querschnittsaufgabe und somit ein anderes Anliegen als die Berechnung gehört hier nicht in die Methode. n Weitere ähnliche Probleme: Eine bestehende Methode soll während des laufenden Programms verändert werden, indem ihr Aufruf an eine andere Methode umgeleitet wird. Selbstmodifizierende Programme???? Eine Anwendung kommt gleich im Kapitel zu Spring. n Weitere Querschnittsaufgaben: Validierung von Werten, Persistierung von Objekten in Datenbanken, Profiling von Programmen, … Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf13

14 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Wie kommen solche Querschnittsaufgaben denn sonst in den Programmcode? n Mittels aspekt-orientierter Programmierung (AOP) können Querschnittsaufgaben (Aspekte) automatisch zur Laufzeit oder Übersetzungszeit in Methoden eingefügt werden. n AspectJ ist eine Implementierung für Java, die die Aspekte zur Laufzeit in den Bytecode einfügt. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf14 Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 SicherheitFehlerbehandlung…

15 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen Ein Aspekt besteht aus den drei rot markierten Teilen: n Advice: u Welcher Code soll ausgeführt werden? u Wann soll der Code ausgeführt werden (hier am Beispiel einer Methode)? -before : bevor der Rumpf der Ziel-Methode betreten wird (z.B. für eine Sicherheitsprüfung oder den Start einer Zeitmessung) -after : nachdem die Ziel-Methode verlassen wurde (z.B. für die Beendigung einer Zeitmessung) Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf15 aufruferMethodezielMethode Methodenaufruf Advice Pointcut Joinpoint

16 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen -after-returning : nachdem die Ziel-Methode erfolgreich beendet wurde (z.B. zum Speichern des veränderten Objektes) -after-throwing : nachdem die Ziel-Methode durch eine Ausnahme beendet wurde (z.B. zur Speicherung des Fehlers) -around : bevor die Ziel-Methode betreten und nachdem die Ziel-Methode verlassen wurde (z.B. für die Protokollierung von Aufrufen) n Joinpoint: Stelle, an der ein Advice prinzipiell eingefügt wird. AspectJ unterstützt Methoden, Konstruktoren, Ausnahmen und Arrays. Beispiele: in die Methode setX der Klasse Point : void Point.setX(int) bei Auftritt der Ausnahme ArrayOutOfBoundsException n Pointcut: Menge von Joinpoints zusammen mit der Angabe, wie deren Advices aktiv werden. Beispiele: beim Aufruf jeder Methoden setX und setY der Klasse Point : call(void Point.setX(int)) || call(void Point.setY(int)) beim Auftreten der Ausnahme: handler(ArrayOutOfBoundsException) Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf16

17 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen Genaueres Beispiel anhand zweier sehr einfacher Klassen Fraction und Vector : (Projekt AspectJ ) public class Fraction { private long counter; private long denominator; public Fraction(long counter, long denominator) { this.counter = counter; this.denominator = denominator; } public long getCounter() { return counter; } public void setCounter(long counter) { this.counter = counter; } public long getDenominator() { return denominator; } public void setDenominator(long denominator) { this.denominator = denominator; } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf17

18 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen public class Vector { private Object[] values; public Vector(int size) { values = new Object[ size ]; public E getValue(int index) { return (E) values[ index ]; } public void setValue(int index, E value) { values[ index ] = value; } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf18

19 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen Es wird hier ein Aspekt mit dem Namen ExampleAspect erstellt: public aspect ExampleAspect { pointcut setter() : call(void set*(..)); before(): setter() { System.out.println("##AJ## Vor Setter " + thisJoinPoint.getSignature()); } after() returning: setter() { System.out.println("##AJ## Nach Setter " + thisJoinPoint.getSignature()); } Der Pointcut mit dem Namen setter verwendet einen Joinpoint: Dieser soll beim Aufruf jeder Setter-Methode (fängt mit set an) aktiv werden. u Der Pointcut gilt für alle Setter-Methoden aller Klassen. Die beiden Advices werden vor bzw. nach den Methodenaufrufen ausgeführt, die der Pointcut setter beschreibt. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf19

20 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Das mach der AspectJ-Compiler daraus (am Beispiel des Vektors, die Bruchklasse wird analog behandelt): public class Vector { private Object[] values; public Vector(int size) { values = new Object[ size ]; public E getValue(int index) { return (E) values[ index ]; } public void setValue(int index, E value) { System.out.println("##AJ## Vor Setter void de.hska.iwii.i2.Vector.setValue(int, " + "Object)"); values[ index ] = value; System.out.println("##AJ## Nach Setter void de.hska.iwii.i2.Vector.setValue(int, " + "Object)"); } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf20 public aspect ExampleAspect { pointcut setter() : call(void set*(..)); before(): setter() { System.out.println("##AJ## Vor Setter " + thisJoinPoint.getSignature()); } after() returning: setter() { System.out.println("##AJ## Nach Setter " + thisJoinPoint.getSignature()); }

21 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Ein Advice hat auch Zugriff auf die Übergabeparameter: public aspect ExampleAspect { pointcut fractionSetter(Fraction f): target(f) && (call(void setCounter(long)) || call(void setDenominator(long))); before(Fraction f): fractionSetter(f) { System.out.println("##AJ## Vor Fraction-Setter: " + f); Object[] args = thisJoinPoint.getArgs(); for(Object arg: args) { System.out.println(" " + arg); } Der Pointcut fängt Aufrufe der Methode setCounter und setDemoniator der Klasse Fraction ab. n Die Referenz auf das aktuelle Bruchobjekt wird dem Advice übergeben. n Das Advice kann mit Hilfe einer API die Übergabeparameter auslesen. thisJoinPoint ist eine Referenz auf den Joinpoint, der den Aufruf der Advice verursacht hat. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf21

22 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 2: Trennung der Anliegen n Zusammenfassung: u Mit aspekt-orientierter Programmierung lassen sich Querschnittsaufgaben von den eigentlichen Ausgaben trennen saubere Trennung der Anliegen u Nachteil: etwas höherer Laufzeitaufwand n Verwendung in Eclipse: u AspectJ über den Eclipse Marketplace herunterladen u AspectJ-Projekt erstellen, dann wird der zusätzliche Compiler vor dem Aufruf des Kava- Compilers aktiv. u Der AspectJ-Compiler kann auch nachträglich zu einem Projekt hinzugefügt werden. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf22

23 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 3: Wiederholungen vermeiden n Wiederholungen vermeiden (Dont repeat yourself): u Eine identifizierbare Funktionalität eines Softwaresystems sollte innerhalb dieses Systems nur einmal umgesetzt sein. n Was passiert, wenn man an verschiedenen Stellen ähnlichen Code hat? u Aufspürung und Entfernung solcher Redundanzen n Beispiele: u Statt fester Zahlen immer Konstanten oder Aufzähltypen im Programm verwenden: Fragen wie Welche Bedeutung hat die Zahl 5 im Quelltext lassen sich sonst schwer beantworten, besonders dann, wenn die 5 mehrere Bedeutungen hat (Anzahl Werktage in der Woche, Typ eines Werkstücks, …). u Häufig wiederkehrende Codestücke müssen in eigene Methoden verschoben werden. u Copy/Paste!!!! Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf23

24 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 4: Offen für Erweiterung, geschlossen für Änderung n Prinzip der Offenheit für Erweiterungen und Geschlossenheit für Änderungen (Open-Closed Principle): u Ein Modul soll für Erweiterungen offen sein: -Durch die Verwendung des Moduls zusammen mit Erweiterungsmodulen lässt sich die ursprüngliche Funktionalität des Moduls anpassen. -Die Erweiterungsmodule enthalten nur die Abweichungen der gewünschten von der ursprünglichen Funktionalität. u Ein Modul soll für Änderungen geschlossen sein: -Es sind keine Änderungen des Moduls notwendig, um es erweitern zu können. -Das Modul hat definierte Erweiterungspunkte, an die sich die Erweiterungsmodule anknüpfen lassen. -Ziel: Änderungen an bereits verwendeten Modulen führen möglicherweise zu Problemen, weil sich Anwendungen auf Eigenschaften verlassen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf24

25 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 4: Offen für Erweiterung, geschlossen für Änderung n Beispiel: u Taste (Button) in einer grafischen Benutzungsoberfläche u Wie wird ein Modul informiert, wenn die Taste gedrückt wird? u Änderung am Button: -Für jeden Einsatz muss die Button-Klasse verändert werden keine Änderung am Original Kopie der Klasse mit Änderungen -Nicht sinnvoll implementierbar! u Lösung: -Das Modul, das informiert werden möchte, meldet sich am Button an und wird bei einem Tastendruck informiert. -Erweiterung: Jemand kann sich anmelden (registrieren). u Konzept: Beobachter-Muster (schon bekannt vom JavaFX-Abschnitt her) Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf25

26 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 5: Trennung der Schnittstelle von der Implementierung n Prinzip der Trennung der Schnittstelle von der Implementierung (Program to Interfaces): u Jede Abhängigkeit zwischen zwei Modulen sollte explizit formuliert und dokumentiert sein. u Ein Modul sollte immer von einer klar definierten Schnittstelle des anderen Moduls abhängig sein und nicht von der Art der Implementierung der Schnittstelle. u Die Schnittstelle eines Moduls sollte getrennt von der Implementierung betrachtet werden können. u siehe Beispiel von der instabilen Basisklasse n Schnittstelle beinhaltet: u bereitgestellte Operationen und deren Parameter u komplette Spezifikation, die festlegt, welche Funktionalität ein Modul anbietet Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf26

27 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 5: Trennung der Schnittstelle von der Implementierung n Beispiel: u Ein Modul möchte Log-Meldungen ausgeben. u Dummy-Ansatz: Textmeldungen auf der Konsole ausgeben u Besser: -Das Modul verwendet ein Log-Modul. -Das Log-Modul wird als Schnittstelle bzw. als Klasse mit nur abstrakten Methoden implementiert. -Alle Methoden des Log-Moduls besitzen ein genau definiertes Verhalten. u Vorteil: -Es können beliebige Log-Module verwendet werden: Datenbank-Speicherung, Textdatei, Konsole, … Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf27

28 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 5: Trennung der Schnittstelle von der Implementierung n Die Anwendungsklasse kennt nicht die konkrete Implementierung, sondern nur deren Schnittstelle: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf28 > AbstractLogger +info(message: String) +error(message: String) ConsoleLogger +info(message: String) +error(message: String) FileLogger +info(message: String) +error(message: String) Anwendungsklasse verwendet

29 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 6: Umkehr der Abhängigkeiten n Abstraktion u beschreibt das in einem gewählten Kontext Wesentliche eines Gegenstandes oder eines Begriffes. u blendet Details aus, die für eine bestimmte Betrachtungsweise nicht relevant sind. u ermöglicht es, unterschiedliche Elemente zusammenzufassen, die unter einem bestimmten Gesichtspunkt gleich sind. n Beispiel: u Modul, das Börsenkurse anzeigt u Die Kurse stammen aus dem Internet und werden mit JavaFX angezeigt. u Lösung mit einem klassischen Top/Down-Entwurf nach Prinzip der einzigen Verantwortung und Prinzip Trennung der Anliegen: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf29 Kursanzeige JavaFX-Modul HTTP-Modul verwendet

30 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 6: Umkehr der Abhängigkeiten n Probleme: u Die Daten sollen nach einer Erweiterung auch aus anderen Quellen (Datenbank, …) kommen. u Die Daten sollen auch anders visualisiert werden. Diese Anforderungen können mit diesem Top/Down-Ansatz nur schwer umgesetzt werden. n Lösung: Umkehrung der Abhängigkeiten n Prinzip der Umkehr der Abhängigkeiten (Dependency Inversion Principle): Der Entwurf der Module stützt sich auf Abstraktionen, nicht auf konkrete Implementierungen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf30

31 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 6: Umkehr der Abhängigkeiten n Abstraktion von konkreten Modulen: u Für die HTTP- und Datenbankmodule wird ein abstraktes Datenmodul erstellt. u Für die Ausgabe wird ein abstraktes GUI-Modul erstellt. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf31 Kursanzeige JavaFX-Modul HTTP-Modul verwendet Datenbank-Modul SWT-Modul Daten-Modul GUI-Modul stellt bereit Module, die konkrete Implementierungen nutzen abstrakte ZwischenschichtGenutzte Module, die konkrete Implementierungen bereitstellen Umgekehrte Abhängigkeiten Richtung der Abhängigkeit Richtung der Abhängigkeit

32 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 6: Umkehr der Abhängigkeiten n Vorteile des Prinzips: u Bei Änderungen an den konkreten, genutzten Modulen sind selten Änderungen an den nutzenden Modulen erforderlich. u Weitere konkrete Module lassen sich leicht ergänzen und wie existierende nutzen. n Ergebnis des Prinzips: Konkrete Module sind von abstrakten und nicht von anderen konkreten Modulen abhängig. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf32 Kursanzeige JavaFX-Modul HTTP-Modul verwendet Datenbank-Modul SWT-Modul Daten-Modul GUI-Modul stellt bereit Abstraktionen Konkrete Implementierungen

33 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 7: Umkehr des Kontrollflusses n Prinzip 7 ist eine Anwendung des Prinzips der Umkehr der Abhängigkeiten n Umkehrung des Kontrollflusses (Inversion of Control): u Ein spezifisches Modul wird von einem mehrfach verwendbaren Modul aufgerufen. u Hollywood-Prinzip: Dont call us, well call you. n Beispiel: u Die Behandlung von Ereignissen wird in einem mehrfach verwendbaren Modul bereitgestellt. u Das mehrfach verwendbare Modul übernimmt die Aufgabe, die anwendungsspezifischen Module aufzurufen, wenn bestimmte Ereignisse stattfinden. u Die spezifischen Module rufen also die mehrfach verwendbaren Module nicht auf, sie werden stattdessen von ihnen aufgerufen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf33 ButtonGUI-Modul anwendungsspezifisch mehrfach verwendbar ruft auf

34 Holger Vogelsang Prinzipien Prinzip 8: Mache es testbar n Ziel des Prinzips: Konstruktion der Software, so dass sie leichter automatisch zu testen ist. n Unit-Tests: u Ein Unit-Test ist ein Teil eines größeren Testprogramms, das die Umsetzung einer Anforderung an ein Modul überprüft. u Unit-Tests können automatisiert bei der Übersetzung der Software laufen, um Fehler schnell zu erkennen. Häufig hilfreich: Mock-Objekte n Mock-Objekte: u Platzhalter für echte Objekte, um das Testen zu erleichtern. u Beispiele: Ein Mock-Objekt, dass -statt einer langsamen Datenbank eingesetzt wird. -statt indeterministischer Objekte verwendet wird. n Konsequenz: Die Forderung nach Testbarkeit verändert das Design. Mock-Objekte sind ein Kandidat für Umkehr der Abhängigkeiten. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf34

35 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen Übersicht Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf35 Typinfo., I/O Annota- tionen Laufzeit- typinfo. Ein-, Ausgabe Entwurf Prinzipien Verbindung von Modulen OSGiSpring Grafische Oberflä- chen ÜbersichtLayoutsWidgets Grafik- operationen Grafik- widgets Effekte, Animationen Offene Punkte Ereignisse Daten- strukturen ADTs Elementare Datenstrukturen Hash- tabellen BäumeGraphenIteratoren Datenstrukturen in Java

36 Holger VogelsangInformatik 2 - Objektorientierter Entwurf36 Verbindung von Modulen Motivation n Wie kann die Erstellung von Modulen von deren Verknüpfung getrennt werden? n Wie lassen sich unterschiedliche Modulzusammenstellungen leicht herstellen? n Ziel: Die Kopplung von Modulen erfolgt über ein separates Modul.

37 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen Java-Beans n Die Java-SE kennt bereits den Begriff der Komponente: Bean n Eigenschaften einer Bean (soweit diese für die Vorlesung relevant sind): u ein parameterloser Konstruktor u Getter- und Setter-Methoden für Attribute, die sich am besten an den Standard zur Namensvergabe halten. u Beispiel: -Attribut: private int age -Getter: public int getAge() -Setter: public void setAge(int age) -Name der Eigenschaft (property): age Ausnahme boolean -Attribut: -Attribut: private boolean retired -Getter: public boolean isRetired() -Setter: public void setRetired(boolean retired) -Name der Eigenschaft (property): retired Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf37

38 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen Java-Beans n Weitere Eigenschaften, die für die Vorlesung nicht relevant sind: Beans kennen Standard-Ereignisse, die bei Änderungen von Attributen ausgelöst werden ( PropertyChangeEvent, VetoableChangeEvent ). u Beans können eigene Ereignistypen definieren. u Beans können sich durch Bean-Info-Klassen selbst beschreiben. Es gibt eine API, mit der Beans zur Laufzeit untersucht werden können ( java.beans.Introspector ). n JavaFX setzt stark auf den Bean-Ansatz, um Eigenschaften verschiedener Objekte zu koppeln (siehe auch Animation). Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf38

39 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Fragestellungen: u Wie sollen Module gekoppelt (verbunden) werden? Wer macht das? u Soll jedes Modul seine notwendigen Abhängigkeiten selbst herstellen? u Problem: Je nach Kunden, auszuliefernder Version und Zustand (Test/Betrieb) der Anwendung sind unterschiedliche Kopplungen sinnvoll. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf39 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Betrieb (ohne M7 ) M1 M3 M4 M5 M6 M7 Test (ohne M5 ) M2

40 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Weitere Probleme: u Je nach Konfiguration sollen die Module unterschiedliche Parameter erhalten (andere Datenbank, andere Benutzeranmeldung, …). u Im komplexen Graphen von Abhängigkeiten entsteht das Problem der Initialisierungsreihenfolge der Module. n Lösungsidee (Trennung der Schnittstelle von der Implementierung): u Angebot: Die Module geben Schnittstellen nach außen bekannt, die andere Module nutzen dürfen. u Nachfrage: Module definieren die Schnittstellen, die sie von anderen Modulen benötigen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf40 Modul 1 I1 Modul 2 I1

41 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen u Ein externes Framework verknüpft automatisch Angebot und Nachfrage: keine direkte Kopplung durch die Module selbst u Anmerkung: Schnittstelle muss nicht zwangsläufig ein Interface in Java sein. Es ist lediglich eine definierte öffentliche Schnittstelle, die genutzt werden darf: -Java-Interfaces -Klassen -abstrakte Klassen Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf41 Modul 1 I1 Modul 2 Framework

42 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Beispiel-Module mit öffentlichen Schnittstellen: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf42 Modul Schnittstelle K1 K2 K3 I1 I2 Modul Schnittstelle K4 K5 K6 I4 K4 verwendet K2, kennt aber nur dessen Schnittstelle I2

43 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Die folgenden Einführungen verwendet ein kleines Beispiel: u Es können Börsenkurse von einem Yahoo-Server abgeholt werden. u Die Kurse können aber auch aus einer Simulation stammen. u Das Abholen erfolgt zeitgesteuert in einem festen Takt. u Die Ausgabe kann auf verschiedene Ziele erfolgen. Hier wird nur die Konsole eingesetzt. n Hinweis: Den Schnittstellennamen ist ein I vorangestellt. Das ist in Java unüblich, stammt aber aus der Eclipse Rich Client Platform, für die das Beispiel ursprünglich entstanden ist. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf43

44 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Modulübersicht ohne Verknüpfungen (nicht alle Attribute sichtbar): n Aufgabe: zeitgesteuertes Abholen aus Quellen und Speicherung/Anzeige in Zielen Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf44 Basisfunktionen Quelle: SimulationQuelle: reale Kurse Speicherung Abholen Ziel: Anzeige Ziel: Datenbank

45 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Beispiel: Test mit simulierten Daten, die auf der Konsole ausgegeben werden Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf45 Basisfunktionen Quelle: Simulation Speicherung Abholen Ziel: Anzeige

46 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Beispiel: Betrieb mit realen Daten, die in die Datenbank geschrieben werden Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf46 Basisfunktionen Quelle: reale Kurse Speicherung Abholen Ziel: Datenbank

47 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Beispiel: Betrieb mit realen Daten, die in die Datenbank geschrieben und ausgegeben werden Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf47 Basisfunktionen Quelle: reale Kurse Speicherung Abholen Ziel: Anzeige Ziel: Datenbank

48 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen n Das Ziel ist es also, mindestens die veränderlichen Modulverknüpfungen separat zu konfigurieren: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf48 Basisfunktionen Quelle: SimulationQuelle: reale Kurse Speicherung Abholen Ziel: Anzeige Ziel: Datenbank

49 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen Angebot Angebot: Es muss erkennbar sein, welche Klassen als Dienste anderen zur Verfügung stehen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf49

50 Holger Vogelsang Verbindung von Modulen Nachfrage Nachfrage: Die Klassen, die Dienste in Anspruch nehmen wollen, müssen ihren Bedarf kennzeichnen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf50

51 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Übersicht Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf51 Typinfo., I/O Annota- tionen Laufzeit- typinfo. Ein-, Ausgabe Entwurf Prinzipien Verbindung von Modulen OSGi Spring Grafische Oberflä- chen ÜbersichtLayoutsWidgets Grafik- operationen Grafik- widgets Effekte, Animationen Offene Punkte Ereignisse Daten- strukturen ADTs Elementare Datenstrukturen Hash- tabellen BäumeGraphenIteratoren Datenstrukturen in Java

52 Holger VogelsangInformatik 2 - Objektorientierter Entwurf52 Modularisierung mit Spring Motivation n Wie verbindet Spring einzelne Module? n Wie können externe Abhängigkeiten oder Konfigurationen den Modulen übergeben werden?

53 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Grundlagen n Spring kennt nicht den Begriff des Moduls. Es u baut intern einen Abhängigkeitsgraphen zwischen Objekten auf u und initialisiert sie in der richtigen Reihenfolge. u Es können auch Konfigurationswerte z.B. aus Dateien eingetragen werden. Die Lebenszyklen der von Spring verknüpften Klassen verwaltet Spring: kein manuelles Erzeugen mit new irgendwo im Code! Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf53 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Spring-Container Die Module M1 bis M7 werden von Spring erzeugt und verknüpft (rote Linien). Innerhalb der Module dürfen aber mit new e igene Objekte erzeugt werden.

54 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection n Die Abhängigkeiten werden von außen (durch das Spring-Framework) injiziert Dependency Injection (auch kurz DI). n Es gibt drei Möglichkeiten, Klassen und deren Abhängigkeiten zu beschreiben (können auch gemischt verwendet werden): u XML-Datei u Annotationen im Quelltext u Java-Code n Die von Spring verwalteten Objekte besitzen auch einen Lebenszyklus, der hier nicht betrachtet wird. n Wichtigste Quellen für Spring: u Eclipse mit speziellen Plugins: tool-suite-downloadhttp://www.springsource.com/products/springsource- tool-suite-download u Nur das Framework: u Es gibt viele Erweiterungen für Spring (werden hier nicht verwendet). Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf54

55 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration n Die Konfigurationsdatei beinhaltet: u Angebote: Namen und Klassen der zu erzeugenden Komponenten. Die Komponenten werden Beans genannt. u Gültigkeitsbereiche (spielt hier keine Rolle, wichtig z.B. für Server-Anwendungen) u Initialwerte für die Beans u Nachfragen: Verbindungen der Beans untereinander n Die Klassen sind reine Java-Klassen (POJOs = Plain Old Java Objects). n Die Konfigurationsdatei kann einen beliebigen Namen besitzen. Das vollständige Beispiel finden Sie im Projekt Spring StockQuotes with XML. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf55

56 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration Präambel der Konfigurationsdatei applicationContext.xml für das Beispiel:

57 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration n Definition von Modulen (Beans): id ist der logische Name, unter dem die Bean angesprochen wird (= Modulname). Normalerweise wird der Klassenname mit kleinem Anfangsbuchstaben verwendet. class ist die Klasse, die diese Bean implementiert. u Beim Erzeugen wird der Standardkonstruktor verwendet. u Es wird nur ein einziges Bean-Objekt erzeugt. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf57

58 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration n Die Klasse zur Konsolenausgabe soll im Konstruktor die Anzahl Nachkommastellen, mit denen die Zahlen formatiert werden, übergeben bekommen. Quellcodefragment der Klasse: public class ConsoleWriter implements IWriter { public ConsoleWriter(int fractionDigits) { //... public void write(List values) { //... } Die Konstruktorargumente können als einzelne constructor-arg -Tags in der Bean- Spezifikation angegeben werden: Der Wert "2" wird automatisch in einen int -Wert konvertiert. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf58 Attribut wird dem Konstruktor übergeben

59 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration n Der Timer ist etwas komplizierter aufgebaut: Er bekommt u die Zeitabstände zwischen zwei Abholvorgängen, u die Referenz auf die Datenquelle u und die Referenzen auf die Datenziele per XML-Konfiguration übergeben. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf59 private IStockQuotes source; private IWriter[] destinations; oder private List destinations; private int delay;

60 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration n Quellcodefragment der Klasse: public class StockQuotesTimer { // Zeitverzögerung zwischen zwei Abholvorgängen in msec private int delay; // Aktuell verwendete Datenquelle private IStockQuotes source; // eine Referenz // Alle Datenziele private IWriter[] destinations; // viele Referenzen public void setDelay(int delay) { this.delay = delay; } public void setSource(IStockQuotes source) { this.source = source; } // Oder List destinations public void setDestinations(IWriter[] destinations) { this.destinations = destinations; } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf60

61 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration n Bean-Definition: n Das Objekt wird mit dem Standardkonstruktor erzeugt. p:delay : Die Eigenschaft (Property) delay wird durch den Aufruf von setDelay eingetragen. p:delay ist eine Kurzform für. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf61

62 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration Die Referenz auf das Bean consoleWriter wird mit der Methode setDestinations übergeben. : Es wird eine Liste von Daten übergeben. Die Liste hat hier nur einen Eintrag. ref verweist auf die einzige Bean, die übergeben werden soll. Die Referenz auf das Bean stockQuotesSimulation wird mit der Methode setSource eingetragen. Anmerkung zu : Es können prinzipiell auch Hashtabellen übergeben werden, wenn eine Methode Map -Objekte als Parameter erwartet: Der Schlüssel darf auch eine referenzierte Bean sein: key-ref="bean1" Der Wert kann ein fest verdrahteter Wert sein: value="1000" Statt einer kann auch ein verwendet werden (Syntax wie ). Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf62

63 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: XML-Konfiguration Jetzt muss die Konfiguration noch gelesen werden, hier in main : public class Starter { public static void main(String[] args) throws IOException { ApplicationContext ctx = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml"); StockQuotesTimer timer = ctx.getBean(StockQuotesTimer.class); timer.setStockQuotesIndex("DJI"); timer.start(); } ClassPathXmlApplicationContext : Aufgaben: u Lädt die übergebene XML-Datei aus dem Klassenpfad der Anwendung, u erzeugt die erforderlichen Objekte bei Bedarf und u stellt deren Beziehungen her. ctx.getBean(Klasse) : Erzeugt das Timer-Objekt. Dadurch werden die abhängigen Objekte auch erzeugt und verknüpft. n Die Timer-Methoden sind selbst implementiert. Sie wählen einen Börsenindex aus und starten das zeitgesteuerte Abholen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf63

64 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen n Die Annotationen: u kennzeichnen die zu erzeugenden Komponenten und geben ihnen optional einen alternativen Namen. u besitzen Gültigkeitsbereiche (spielen auch hier keine Rolle) u bieten Initialwerte für die Beans u verbinden Beans untereinander n Die Klassen sind keine reinen Java-Klassen (POJOs) mehr. n Annotationen dürfen mit XML-Konfigurationsdateien gemischt eingesetzt werden. n Es werden unterschiedliche Annotationen unterstützt: u Spring-eigene u JSR-330: In diesem Standard sind Annotationen definiert, die aber nicht den vollen Umfang der Spring-Annotationen abdecken. Vorteil: Unabhängigkeit von Spring, auch andere DI-Frameworks können verwendet werden. Das vollständige Beispiel finden Sie im Projekt Spring StockQuotes with Annotations. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf64

65 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen n Definition von Modulen (Beans) durch die public class StockQuotesSimulation extends AbstractStockQuotes markiert diese Klasse, damit Spring dessen Objekte als Anbieter per Dependency Injection anderen Komponenten übergeben kann. Der Name der Komponente entspricht dem Klassennamen mit kleinem Anfangsbuchstaben (hier stockQuotesSimulation ). Ein abweichender Namen kann angegeben werden. u Beim Erzeugen wird der Standardkonstruktor verwendet. u Es wird nur ein einziges Bean-Objekt je Gültigkeitsbereich erzeugt. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf65

66 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen n Wie sieht es mit der Übergabe von externen Konfigurationsparametern an einen Konstruktor oder eine Methode public class ConsoleWriter implements IWriter { private int fractionDigits; public ConsoleWriter(int fractionDigits) { /*... */ } //... } Nicht mit Annotationen XML-Konfiguration oder Expression Language verwenden. n Attribute können aber direkt initialisiert public class ConsoleWriter implements IWriter private int fractionDigits; public ConsoleWriter() { /*... */ } //... } n Ziemlich sinnlos mit Expression Language aber doch sehr mächtig (kommt wirklich bald). Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf66

67 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen Das Beispiel klappt dummerweise nicht immer so wie public class ConsoleWriter implements IWriter private int fractionDigits; public ConsoleWriter() { System.out.println(fractionDigits); // Ausgabe 0!! } //... } n Was passiert hier? u Es wird erst das Objekt mit dem Standardkonstruktor erzeugt. Dann werden per Dependency Injection die Abhängigkeiten und auch die Werte eingetragen. fractionDigits hat also erst nach der Erzeugung den Wert 2. n Probleme: u Wann ist das Objekt denn nun fertig initialisiert? u Wie kann der Entwickler auf die abgeschlossene Initialisierung reagieren? Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf67

68 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen Der Entwickler kann eine Methode annotieren. Sie wird nach der Initialisierung aufgerufen ersetzt den public class ConsoleWriter implements IWriter private int private void init() { System.out.println(fractionDigits); // Ausgabe 2 } //... } n Ablauf mit Spring: 1.Das Objekt wird erzeugt, Konstruktor aufgerufen. 2.Die Abhängigkeiten und Werte werden eingetragen. 3.Die annotierte Methode wird aufgerufen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf68

69 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen n Auflösen der Modulabhängigkeiten: u anhand der Klasse der Abhängigkeit u anhand des Namens der abhängigen Komponente u anhand von Konstruktorparametertypen (soll hier nicht gezeigt werden) public class StockQuotesTimer { // Zeitverzögerung zwischen zwei Abholvorgängen in private int delay; // Aktuell verwendete private IStockQuotes source; // eine Referenz // Alle private IWriter[] destinations; // viele Referenzen n Die Setter-Methoden sind nicht mehr erforderlich. werden hier alle Objekte übergeben, die die Schnittstellen IStockQuotes bzw. IWriter implementieren (Auflösung anhand der Klasse). Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf69

70 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen n Was passiert, wenn es mehrere Quellen (Simulation und Yahoo) gibt? u Ausnahme durch Spring (der Timer erwartet nur eine Quelle) u Es kann eine Quelle direkt durch Angabe ihres Namens ausgewählt werden (Auflösung anhand des Namens). Hier wird direkt die private IStockQuotes source; u Nachteil: Die Abhängigkeit kann schlecht von außen gesteuert werden. n Was passiert, wenn es keine Quelle oder kein Ziel gibt? u Ausnahme u Wenn das aber vorkommen darf, dann kann die Abhängigkeit als optional markiert private IStockQuotes source; Die automatische Verdrahtung gibt es übrigens auch in der XML- Konfiguration siehe Spring-Dokumentation. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf70

71 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen n Statt direkt Attribute zu injizieren, funktioniert das auch über Setter-Methoden und Konstruktoren: u public void setCustomer(Customer cust) { Die Methode wird automatisch nach der Erzeugung aufgerufen. u public Shop(Customer cust) { n Vorteile dieser Ansätze: Es sind weitere Aktionen im Setter bzw. dem Konstruktor möglich. n Hinweis zum Standard JSR-330: verwendet. verwendet. (mit oder ohne Namensangabe) verwendet. n Die Annotationen sind ähnlich, aber nicht exakt gleich. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf71

72 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Annotationen Jetzt muss die Konfiguration noch gelesen werden, hier in main : public class Starter { public static void main(String[] args) throws IOException { String package = Starter.class.getPackage().getName(); ApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(package); StockQuotesTimer timer = ctx.getBean(StockQuotesTimer.class); timer.setStockQuotesIndex("DJI"); timer.start(); } AnnotationConfigApplicationContext : Aufgaben: u untersucht die Klassen aus dem übergebenen Paket sowie seinen Unterpaketen auf Annotationen u erzeugt die erforderlichen Objekte bei Bedarf u und stellt deren Beziehungen her. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf72

73 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Java-basiert n Nachteil der Annotation-Variante ist die fehlende Trennung der Anliegen: u Annotationen gehören zur Infrastruktur. u Die Klassen implementieren die Anwendungslogik und sollten als reine Java-Klassen (POJOs) keinen Bezug zur Infrastruktur aufweisen. n Die Java-basierte Konfiguration umgeht das Problem, indem eine oder mehrere Konfigurations-Klassen die Beans erzeugen. Am public class StockQuotesConfiguration public StockQuotesTimer timer() { StockQuotesTimer timer = new StockQuotesTimer(stockQuotesSimulation()); timer.addDestination(consoleWriter()); return timer; public IStockQuotes stockQuotesSimulation() { return new StockQuotesSimulation(); } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf73

74 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: public IWriter consoleWriter() { return new ConsoleWriter(2); } n Spring stellt auch bei mehrfachen Aufrufen der Bean-Methoden sicher, dass immer nur ein Objekt erzeugt wird. Wie soll das funktionieren? u Spring fügt zur Laufzeit Code in den Bytecode ein, der die Aufrufe abfängt, um zu kontrollieren, wie oft ein Objekt erzeugt wird mit AOP möglich (Umleitung von Methodenaufrufen zur Laufzeit). n markiert eine Klasse, die Beans erzeugen kennzeichnet die Methoden, die von Spring aufgerufen werden, um Beans zurückzugeben. Der Methodenname wird als Bean-Name verwendet. n Alle anderen Klassen sind normale POJOs (siehe XML-Beispiel). Die Hauptklasse Starter zum Start unterscheidet sich nicht von der aus dem Annotations- Beispiel. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf74

75 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Dependency Injection: Vergleich der Ansätze n Vergleich der der Konfigurationsansätze: u XML-Datei + sehr flexibel und mächtig, Konfiguration außerhalb des Programms - XML-Hölle (kein Bezug zum Quelltext erkennbar, viel Code, Änderungen im Quelltext müssen in der XML-Datei nachgezogen werden) u Annotationen: + sehr kompakte Schreibweise, Verdrahtung ist direkt im Quelltext erkennbar -Vermischung verschiedener Anliegen in einer Klasse -Die Verwendung von Konfigurationsdateien muss trotzdem separat erfolgen. u Java-basiert: + saubere Trennung der Anliegen, Konfiguration mit normalen Java-Sprachmitteln -Anhand des Quelltextes ist nicht mehr ersichtlich, welche Klassen irgendwo verwendet werden. -Die Verwendung von Konfigurationsdateien muss trotzdem separat erfolgen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf75

76 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Expression Language n Expression Language: Die Eigenschaften in der XML-Datei oder -Annotation können nicht nur einfache Werte aufnehmen. Sie erlauben recht komplexe Ausdrücke in einer Expression Language. u Verwendung: "#{bean.property}" : Der Ausdruck ist ein String, der immer mit #{ und } eingefasst wird. n Beispiele: "#{bean.property}" : bean ist die ID (der Name) einer Bean, property der Name eines Attributs der Bean, das mit dem Getter getProperty gelesen wird. "#{bean1.sum * bean2.counter}" : berechnet das Produkt der beiden Bean- Attribute "#{bean.firstname + " " + bean.lastname}" : erzeugt einen String, bestehend aus Vor- und Nachnamen (getrennt durch ein Leerzeichen). "#{bean.method()}" : Das Ergebnis ist der Wert, den die Methode method zurückgibt. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf76

77 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Expression Language "#{(bean.property > 0 && !bean1.total > 0) ? 42 : 66}" : bedingter Ausdruck. Achtung in einer XML-Datei so nicht möglich. Daher können auch Operatorennamen verwendet werden: "#{(bean.property gt 0 and not bean1.total gt 0) ? 42 : 66}" Der Operation T() erlaubt den Zugriff auf Typen (Klassen). Das ist für statische Attribute und Methoden erforderlich: "#{T(java.lang.Math).PI" : liest das statische Attribut PI der Klasse Math aus. "#{T(java.lang.Math).random()" : ruft die statische Methode random() der Klasse Math auf. n Weitere komplexe Ausdrücke, auch in Zusammenhang mit Collection-Klassen sind möglich siehe Spring-Dokumentation. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf77

78 Holger Vogelsang Modularisierung mit Spring Fazit n Zusammenfassung: u Spring wird sehr häufig für Server-Anwendungen verwendet. u Mit JSF (Java Server Faces) können in der XHTML-Seite z.B. direkt Spring-Beans mit der Expression Language angesprochen werden. u Spring bietet viele Module, die für eigene Anwendungen nur noch konfiguriert werden müssen (Authentifizierung, Autorisierung, Datenbankanbindung, …). Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf78

79 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Übersicht Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf79 Typinfo., I/O Annota- tionen Laufzeit- typinfo. Ein-, Ausgabe Entwurf Prinzipien Verbindung von Modulen OSGi Spring Grafische Oberflä- chen ÜbersichtLayoutsWidgets Grafik- operationen Grafik- widgets Effekte, Animationen Offene Punkte Ereignisse Daten- strukturen ADTs Elementare Datenstrukturen Hash- tabellen BäumeGraphenIteratoren Datenstrukturen in Java

80 Holger VogelsangInformatik 2 - Objektorientierter Entwurf80 Modularisierung mit OSGi Motivation n Wie verbindet OSGi einzelne Module? n Wie können Module dynamisch zur Laufzeit geladen oder ausgetauscht werden?

81 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Einführung n Spring weist einige kleinere Nachteile auf: u Es kennt den Begriff des Moduls nicht. Es werden lediglich Abhängigkeiten zwischen Klassen bzw. zu Schnittstellen beschrieben. u Die Konfigurationen sind statisch: -Die Module lassen sich nicht zur Laufzeit austauschen. -Es wird keine Versionierung unterstützt: Spring ist nicht in der Lage, ein Modul in verschiedenen Versionen zur selben Zeit laufen zu lassen. n OSGi wählt einen anderen Ansatz, der die o.g. Defizite nicht aufweist. n OSGi (früher: Open Services Gateway initiative, jetzt ein eigenständiger Name) wurde ursprünglich für die Gebäudesystemtechnik entworfen. n Nach der Standardisierung (siehe hat OSGi Einzug in viele Bereiche gehalten:http://www.osgi.org/ u Smartphones u Automobil-Bereich (z.B. im 5er BMW für Telematik und Unterhaltung) u Desktop-Anwendungen (hauptsächlich Eclipse) u Serverseitige Dienste Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf81

82 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Einführung Was bietet OSGi? n Modularisierung: u Ein Bundle (= ein Plugin, = ein Modul) besteht aus vielen Paketen. u Es wird deklarativ festgelegt, -welche Pakete die öffentliche Schnittstelle des Bundles darstellen und -welche Abhängigkeiten dieses Bundle von anderen hat. u Auf interne Pakete kann nicht zugegriffen werden jedes Bundle besitzt einen eigenen Classloader. u Jedes Bundle besitzt eine Version. -Ein Bundle kann von einer bestimmten Version oder einem Versionsbereich eines anderen Bundles abhängig sein. -Es kann ein Bundle in unterschiedlichen Versionen parallel verwendet werden. u Bundles lassen sich zur Laufzeit austauschen, ohne die komplette Anwendung stoppen zu müssen. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf82

83 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Einführung n Dienstorientiertes (service oriented) Programmiermodell: u Ein Modul stellt lediglich Schnittstellen, aber keine konkreten Implementierungen nach außen zur Verfügung. u Die Schnittstellen mit ihren Implementierungen werden als Dienste in einer zentralen Registry hinterlegt. u Soll ein Dienst verwendet werden, dann wird versucht, aus der Registry die Schnittstellenreferenz auszulesen. u Der Anwender eines Moduls weiß gar nicht, welches Bundle den gesuchten Dienst zur Verfügung stellt OSGi löst die Abhängigkeiten auf. n Der OSGi-Standard definiert Dienste (Services), die allen anderen Modulen zur Verfügung stehen: u Logging u HTTP-Zugriffe (einfacher Web-Server als Dienst) u I/O-Zugriffe (Einführung neuer Protokolle) u zentrale Dienstkonfiguration durch einen Administrator u... Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf83

84 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Einführung n Übersicht: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf84 Java Virtual Machine OSGi-Framework Service-Registry Bundle hängt ab von verwendet registriert sich sucht

85 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Einführung n Logische Schichten in OSGi: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf85 Java Laufzeitumgebung Modul-Schicht Dienst- Schicht Sicherheit OSGi-Framework Betriebssystem Lebenszyklus- verwaltung OSGi- Dienst Verwaltung der Dienste in einer Registry Signierung und Rechte von Bundles Verwaltung der Zustände eines Bundles: starten, stoppen,... Verwaltung der Bundles als Module, Auflösung der Abhängigkeiten,...

86 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Einführung n Modul-Schicht: u Ein Bundle (Modul) ist eine Jar-Datei mit einer darin enthaltenen Manifest-Datei. u Die Manifest-Datei beschreibt das Modul: -Versionsnummer -eindeutiger symbolischer Modulname -beschreibender Modulname -Angebote: exportierte Pakete -Nachfragen: Abhängigkeiten von anderen Modulen -... Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf86

87 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Einführung u Eclipse bietet zur Manipulation der Manifest-Datei einen Editor: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf87

88 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Lebenszyklus n Lebenszyklus-Verwaltung: Bundles lassen sich dynamisch starten und beenden. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf88 UNINSTALLED RESOLVED INSTALLED install resolve uninstall update/ refresh update/ refresh uninstall STARTING start ACTIVE STOPPING stop

89 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen n Wie lassen sich jetzt die Dienste der Bundles verknüpfen? 1.Jedes Bundle, das einen Dienst anbietet, registriert sich selbst in der zentralen Registry mit den folgenden Daten: -Schnittstelle, die der Dienst implementiert -Objekt, das den Dienst anbietet -Optional: Dictionary mit zusätzlichen Name/Wert-Paaren Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf89 Modul Schnittstelle K1 K2 K3 I1 I2 Modul Schnittstelle K4 K5 K6 I4 1. I2 und K2 -Objekt registrieren Service-Registry 2. Referenz auf K2 als I2 auslesen

90 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen 2.Deklarativ durch Dependency Injection als Declarative Services: -Angebotene Dienste eines Bundles werden in XML-Dateien beschrieben. -Jedes Bundle, das einen Dienst benötigt, beschreibt das auch in seiner XML-Datei. -Die Beziehungen werden automatisch injiziert. -ähnliche Idee wie bei Spring soll hier nicht betrachtet werden Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf90 Modul Schnittstelle K1 K2 K3 I1 I2 Modul Schnittstelle K4 K5 K6 I4 1. Angebotenen Dienst beschreiben 2. Benötigten Dienst beschreiben XML-Datei

91 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen 3.Deklarativ mit Dependency Injection durch Gemini Blueprint (ehemals Spring Dynamic Modules) soll hier nicht betrachtet werden. 4.Deklarativ mit Dependency Injection durch Google Guice (http://code.google.com/p/google-guice/) und Peaberry (http://code.google.com/p/peaberry/) soll hier ebenfalls nicht betrachtet werden.http://code.google.com/p/google-guice/http://code.google.com/p/peaberry/ 5.Weitere Frameworks für Dependency Injection Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf91

92 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry n Beispiel mit zwei Bundles (das Börsenkurs-Beispiel ist zu komplex): Das Bundle de.hska.iwii.RandomNumberPlugin stellt einen Dienst zur Verfügung, der eine ganzzahlige Zufallszahl in einem Bereich zwischen zwei Grenzen liefert. Das Bundle de.hska.iwii.RandomNumberUser nutzt das erste Bundle und gibt die Zufallszahl aus. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf92

93 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry Klassen in RandomNumberPlugin : IRandom : Angebot = Schnittstelle des Dienstes, wird exportiert public interface IRandom { int getNumber(int from, int to); } Random : Implementierung des Dienstes, nach außen nicht sichtbar public class Random implements IRandom { public int getNumber(int from, int to) { return from + (int) ((to - from + 0.5) * Math.random()); } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf93

94 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry Activator : Wird aufgerufen, wenn das Bundle gestartet oder beendet wird (in der Manifest-Datei konfiguriert), registriert den einzigen Dienst. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf94

95 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry public class Activator implements BundleActivator { private ServiceRegistration registration; public void start(BundleContext context) throws Exception { registration = context.registerService(IRandom.class.getName(), new Random(), null); } public void stop(BundleContext context) throws Exception { registration.unregister(); } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf95

96 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry u Export eines Paketes des Bundles, um es außerhalb nutzen zu können: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf96

97 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry In RandomNumberUser : Activator : Wird aufgerufen, wenn das Bundle gestartet oder beendet wird. Beim Start wird das Bundle RandomNumberPlugin verwendet. public class Activator implements BundleActivator { public void start(BundleContext context) throws Exception { System.out.println("RandomServiceUser started"); // Indirektion über ServiceReference, um auch die beim // Registrieren übergebenen Properties auslesen zu können. ServiceReference ref = context.getServiceReference(IRandom.class.getName()); // ref kann null sein --> Test hier ausgelassen IRandom rand = (IRandom) context.getService(ref); System.out.println(rand.getNumber(10, 20)); } public void stop(BundleContext context) throws Exception { } Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf97

98 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry u Abhängigkeit von einem anderen Paket konfigurieren: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf98

99 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry u Bzw. in der Manifest-Datei: Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf99

100 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry n Dieses Beispiel hat Nachteile: Das RandomNumberPlugin lässt sich zur Laufzeit nicht austauschen (kein Update). u Bei komplexeren Bundles kann es vorkommen, dass diese nicht immer erreichbar sind (z.B. bei Updates im laufenden Betrieb) Das verwendete Bundle kann nicht deaktiviert werden. n Lösung: Es gibt sogenannte Service-Tracker, die den Zustand von Diensten beobachten können: u Sie werden bei Aktivierungen und Deaktivierungen von Diensten benachrichtigt. u Sie erlauben die Angabe von Filtern, die die Benachrichtigungskriterien steuern (soll hier nicht betrachtet werden). u So kann ein Modul darauf reagieren, dass ein verwendetes Modul aktiv oder passiv ist. Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf100

101 Holger Vogelsang Modularisierung mit OSGi Verbindung von Modulen durch eine Registry n Wie sieht es mit den Modulabhängigkeiten aus? u Direkt über die Registry: Der Abhängigkeitsgraph der Module bestimmt deren Startreihenfolge extrem aufwändig bei großen Projekten. u Beobachter an der Registry: mühsame Beobachtung der Bundle- oder Dienstzustände u Mittels Dependency Injection: Der Abhängigkeitsgraph wird automatisch von OSGi verwaltet. n Am besten: Projekt Gemini Blueprint (Kombination aus Spring und OSGi), Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf101

102 Holger Vogelsang Ende Informatik 2 - Objektorientierter Entwurf102


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