Arquitetura de Software Introdução 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? Aqui um exemplo de uma arquitetura base e seus requisitos. É só construir ela! Time 1 Lado Leste Time 2 Link A Time 3 Link B Time 4 Circular Time 5 Lado Sul 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 Trade-offs de interesse 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 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 negócioEstratégia da arquiteturaEstratégia 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 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 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 Visão global do sistema Arquitetura Conceitual Diagramas arquiteturais, especificação informal de componentes Foco: identificação e alocação de responsabilidades entre componentes Visão global do sistema 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 Esquema para os desenvolv: preciso Sem ambigui-dade 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.

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 Qualidades do sistema: encapsulação e separação de papéis 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 Mecanismos e interações entre 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. 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: Nome Descrição do Problema Solução Conseqüências 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()

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

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)

Proxy Método para que um objeto possa controlar o acesso a outro Normalmente utilizado em objetos distribuídos

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

Abstract Factory Prover uma interface para criar famílias de objetos relacionados ou dependentes sem especificar suas classes concretas Exemplo de utilização é o J2EE

Strategy Promover diferentes estratégias para resolver um determinado problema em diferentes condições Na prática permite a implementação de diferentes algoritmos através de diferentes classes

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)

Composite View Cria uma interface visual complexa a partir de interfaces menores Tipicamente utilizado em portais

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

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)

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