狠狠撸

設計/コンポーネント設計(3)
2023年4?14?
浅海智晴
クラウドアプリケーションのための
オブジェクト指向分析設計講座
第22回
作業分野

SimpleModeling2021
? オブジェクト指向分析設計での共通範囲
? UML/UP
? 本講座で使?するUMLプロファイル
? プロファイル：SimpleModeling2021 (SM2021)
? オブジェクト指向分析設計の基本からの拡張部を明確化
? アジャイル開発
? Communication
? Embrace Change
? Travel Light
? Scaling
? Component-Based Development
? クラウド?アプリケーション
? モデル駆動開発
SM2021
Travel Light
Embrace Change
Cloud
Model-Driven
Scaling
CBD

第1部基本編の構成
? 概論 [第1回]
? 開発プロセス [第2回]
? 基本モデル [第3回]
? 静的モデル(1) [第4回]
? 静的モデル(2) [第5回]
? 動的モデル [第6回]
? 協調モデル [第7回]
? 関数モデル [第8回]
? 物理モデル [第9回]
? 作業分野 [第10回]
? ビジネス?モデリング [第11回]
? 要求 [第12回]
? 要求/ユースケース [第13回]
? 要求/シナリオ [第14回]
? 分析 [第15回]
? 分析/コンポーネント分析 [第16回]
? 分析/イベント駆動 [第17回]
? 作業分野
? 設計 [第18回]
? 設計/アーキテクチャ設計 [第19回]
? 設計/コンポーネント設計(1) [第20回]
? 設計/ドメイン設計 [第23回]
? 設計/ UX/UI設計 [第24回]
? 実装 [第25回]
? テスト [第26回]
? アプリケーション?アーキテクチャ [第27回]
? ドメイン?モデル [第28回]
? アプリケーション?モデル [第29回]
? プレゼンテーション?モデル [第30回]
? ケーススタディ[第31回]
? 要求モデル [第32回]
? 分析モデル [第33回]
? 設計モデル [第34回]
? 実装 [第35回]
? テスト [第36回]

本講座のアプローチ
? オブジェクト指向分析設計の基本を確認
? UML + UP(Unified Process)
? CBD (Component-Based Development)
? 最新技術でアップデート
? クラウド?コンピューティング
? イベント駆動、分散?並列
? ビッグデータ、AI、IoT
? コンテナ
? 関数型
? OFP(Object-Functional Programming), Reactive Streams
? ルール, AI
? DevOps
? アジャイル開発
? DX (Digital Transformation)
第25回アプリケーション?アーキテクチャ
第2回開発プロセス
第9回物理モデル
第11回ビジネス?モデリング
第2部クラウド?アプリケーション編
第21回設計/ドメイン設計
第20回設計/コンポーネント設計
第2部クラウド?アプリケーション編

本講座の選択
? プログラミング?語
? Scala
? Javaエコシステム
? Pythonを併?
? コンテナ
? Docker/Kubernetes
? CI/CD
? Daggar
? ミドルウェア
? AWS
? クラウド?プラットフォーム
? AWS
? アプリケーション?フレームワーク
? 本講座が定義する仮想的なアプリケーション?フレームワーク
? コンポーネント?フレームワーク
? クラウド?アプリケーション
? 関数型

原理 (Principle)
? Agile Software Development [ASD]
? SRP (The Single Responsibility Principle)
? OCP (The Open-Close Principle)
? LSP (The Liskov Substitution Principle)
? …
? GRASP (General Responsibility Assignment Software Patterns or Principals)
? Low Coupling
? High Cohesion
? …
? Writing Effective Use Cases [WEUC]
? Scope
? …

パターン (Pattern)
? Design Patterns [DP]
? Observer, Strategy, …
? Domain Driven Design [DDD]
? Ubiquitous Language, Intention-
Revealing Interfaces, …
? Analysis Patterns [AP]
? Party, Quantity, …
? Pattern-Oriented Software
Architecture [POSA]
? Layers, Pipes and Filters, …
? Patterns of Enterprise
Application Architecture [PEAA]
? Unit of Work, Data Transfer Object,
…
? Enterprise Integration Patterns
[EIP]
? Message Bus, Aggregator, …
? Patterns for Effective Use
Cases [PEUC]
? CompleteSingleGoal,
VerbPhraseName, …
? AntiPatterns [AnP]
? Stovepipe System, Analysis
Paralysis, …

内容
? コンポーネント
? コンポーネント設計へのアプローチ
? コンポーネント仕様設計
? コンポーネント実现设计

コンポーネント実现设计

コンポーネント実现设计
? コンポーネント仕様を実現(realization)するための設計を?う
? コンポーネント仕様をプログラミング?語＋実?基盤上でどの
ように実現するのかが重要
? コンポーネント仕様設計時もこの前提で仕様を設計していく
? コンポーネントの内部構造はモデリングによる設計は?わず、
直接プログラミングする?が効率的
? 複雑な構造の場合はモデリングしてもよい
? コンポーネント仕様の設計もUMLによるモデリングは概要に留
め、詳細はプログラミング?語で?うのが効率的
? プログラミング?語の仕様にないモデルの取り扱いには?夫が必要
Travel Light
Travel Light

プログラミング?語による仕様記述
? クラス、インタフェース、メソッドなどUMLと相互運?性のあるモ
デルはそのまま活?
? 仕様をできるだけ型に落とし込む
? 専?データ型を定義
? 分岐の可能性をOptionやEitherなどで記述
? Monoidなど代数的構造を活?
? 制約をassertなどで実装
? アノテーションを活?
? 外部ツールと連動
? 振る舞いの仕様(シナリオ、状態機械)などはテスト?セットで実現
? プログラミング?語で記述が難しいものはUMLで補完
? 状態機械、アクティビティ
第8回関数モデル

設計/コンポーネント設計(3) 【クラウドアプリケーションのためのオブジェクト指向分析設計講座第22回】

ライブラリ
? Google Guice
? DI(Dependency Injection)コンテナ
? Typesafe Config
? 設定ファイル読み込み
? Spire
? 関数型数値計算ライブラリ

インタフェース
? インタフェースはコンポーネント仕様で作成したモデルをその
ままプログラミング?語に落とし込めばよい
? プログラミング?語に落とし込める精度で設計を?う必要がある
? DTO(Data Transfer Object)の実現では以下の点を考慮する
? ADT(Algebraic Data Type), 制約, RPC, Monoid
? DbC(Design by Contract)はプログラミング?語のサポートが
ないので実現?法を?夫する必要がある

package reservation
import scala.util.Try
import componentframework.ExecutionContext
trait IReservationService {
def reserve(cmd: ReserveCommand)
(using ctx: ExecutionContext): Try[ReserveResult]
def unreserve(cmd: UnreserveCommand)
(using ctx: ExecutionContext): Try[ReserveResult]
def getReservation(id: ReservationId)
(using ctx: ExecutionContext): Try[Option[Reservation]]
def queryReservation(q: ReservationQuery)
(using ctx: ExecutionContext): Try[Vector[Reservation]]
}
IReservationService.scala

package reservation
trait IReservationManagement {
// ...
}
package reservation
trait IReservationMetrix {
def numberOfCacheSlots: Int
def numberOfCacheHit: Int
}
package reservation
trait IReservationAdmin {
// ...
}
IReservationManagement.scala IReservationAdmin.scala
IReservationMetrix.scala Serviceability
Serviceability

package reservation
import java.time.LocalDateTime
import spire.math.Interval
case class ReservationQuery(
resourceId: Option[ResourceId],
userId: Option[UserId],
interval:
Option[Interval[LocalDateTime]]
) {
}
case class ReserveCommand(
resourceId: ResourceId,
userId: UserId,
interval: Interval[LocalDateTime]
) {
}
case class UnreserveCommand(
id: ReservationId
) {
}
case class ReserveResult(
) {
}
case class UnreserveResult(
) {
}
Command.scala

package reservation
case class ReservationId(id: String) extends AnyVal {
}
case class ResourceId(id: String) extends AnyVal {
}
case class UserId(id: String) extends AnyVal {
}
DataType.scala

package reservation
import java.time.LocalDateTime
import spire.math.Interval
case class Reservation(
id: ReservationId,
resourceId: ResourceId,
userId: UserId,
interval: Interval[LocalDateTime]
) {
}
Reservation.scala

package reservation
…
class ReservationService @Inject()(
val rule: ReservationService.ReservationRule,
val datastore: IDataStore
) extends IReservationService, IReservationManagement, IReservationAdmin, IReservationMetrix, EventListener {
// IReservationService
def reserve(cmd: ReserveCommand)(using ctx: ExecutionContext): Try[ReserveResult] = ???
def unreserve(cmd: UnreserveCommand)(using ctx: ExecutionContext): Try[ReserveResult] = ???
def getReservation(id: ReservationId)(using ctx: ExecutionContext): Try[Option[Reservation]] = ???
def queryReservation(q: ReservationQuery)(using ctx: ExecutionContext): Try[Vector[Reservation]] = ???
// IReservationManagement
// IReservationAdmin
// IReservationMetrix
def numberOfCacheSlots: Int = ???
def numberOfCacheHits: Int = ???
ReservationService.scala (1/2)

// EventListener
def receive(evt: Event): Unit = Option(evt) collect {
case m: ReservedEvent => reserved(m)
case m: UnreservedEvent => unreserved(m)
}
def reserved(evt: ReservedEvent): Unit = ???
def unreserved(evt: UnreservedEvent): Unit = ???
}
object ReservationService {
case class ReservationRule(
)
object ReservationRule {
def create(p: Config): ReservationRule = ???
}
}

package reservation.datastore
trait IDataStore {
}
package reservation.datastore
class DataStore() extends IDataStore {
}
IDataSore.scala
DataSore.scala

DbC、制約
? DbCや制約を?いて仕様の精度を上げる
? コンパイル時にエラーを検出できないが、実?時にエラー検出ができ
る
? エラー検出と纽付いた仕様记述により仕様を明记

trait IReservationService {
protected def invariants: Try[Unit]
(using ctx: ExecutionContext): Try[ReserveResult] =
for {
_ <- invariants
_ <- reserve_precondition(cmd)
r <- do_reserve(cmd)
_ <- reserve_postcondition(cmd, r)
_ <- invariants
} yield r
protected def reserve_precondition(cmd: ReserveCommand)
(using ctx: ExecutionContext): Try[Unit]
protected def reserve_postcondition(
cmd: ReserveCommand, result: ReserveResult
)(using ctx: ExecutionContext): Try[Unit]
protected def do_reserve(cmd: ReserveCommand)(using ctx: ExecutionContext):
Try[ReserveResult]
}
IReservationService.scala
DbCの実現例：インタフェース側に実装
第8回関数モデル

case class ReservationId(id: String) {
require (ReservationId.validate(id), s"Bad id: $id")
}
object ReservationId {
def validate(id: String): Boolean = ???
def create(id: String): Try[ReservationId] =
if (validate(id))
Success(ReservationId(id))
else
Failure(new IllegalArgumentException(s"Bad id: $id"))
}
制約を?いてデータタイプのバリデーション
ReservationId.scala

case class ReservationQuery(
interval: Option[Interval[LocalDateTime]]
) {
require (ReservationQuery.validate(resourceId, userId, interval), s"Bad query: $this")
}
object ReservationQuery {
def validate(
): Boolean = ???
def create(
): Try[ReservationQuery] =
if (validate(resourceId, userId, interval))
Success(ReservationQuery(resourceId, userId, interval))
else
Failure(new IllegalArgumentException(s"Bad query: $resourceId, $userId, $interval"))
}
制約を?いてDTOのバリデーション
ReservationQuery.scala

レセプション
? UMLではイベントの受信エントリはレセプションとして記述
? プログラミング?語ではイベント受け取り処理として記述
? サービス?バスからコンポーネントまでのイベントの流通経路
はコンポーネント?フレームワークに依存

システムアーキテクチャ
Cloud
再掲第6回動的モデル

package componentframework.event
trait EventListener {
def receive(p: Event): Unit
}
trait Event {
}
Event.scala
EventListener.scala

package reservation
import componentframework.event.Event
trait ReservationEvent extends Event {
}
case class ReservedEvent(
id: ReservationId
) extends ReservationEvent {
}
case class UnreservedEvent(
id: ReservationId
) extends ReservationEvent {
}
Event.scala

?成
? UMLによる仕様モデルでは明記されないことが多い
? コンポーネントの?成?法は実?基盤となるコンポーネント?フレー
ムワークに依存する部分が?きい
? ?成の種類を選択
? コンストラクタ
? ファクトリ
? ビルダー
? DI (Dependency Injection)

package reservation
…
) extends IReservationService, IReservationManagement, IReservationAdmin, IReservationMetrix,
EventListener {
(using ctx: ExecutionContext): Try[ReserveResult] = ???
def unreserve(cmd: UnreserveCommand)
(using ctx: ExecutionContext): Try[ReserveResult] = ???
def getReservation(id: ReservationId)
(using ctx: ExecutionContext): Try[Option[Reservation]] = ???
def queryReservation(q: ReservationQuery)
(using ctx: ExecutionContext): Try[Vector[Reservation]] = ???
def numberOfCacheHits: Int = ???

package reservation
import javax.inject.Singleton
import com.google.inject.AbstractModule
import com.typesafe.config.Config
import reservation.ReservationService.ReservationRule
import reservation.datastore.IDataStore
import reservation.datastore.DataStore
class ReservationServiceModule(config: Config) extends AbstractModule {
override def configure(): Unit = {
bind(classOf[IDataStore]).to(classOf[DataStore]).in(classOf[Singleton])
bind(classOf[ReservationRule]).toInstance(ReservationRule.create(config))
}
}
ReservationServiceModule.scala

拡張点
? 拡張点を要求インタフェース(Required Interface)として定義
し、DIなどのメカニズムで設定する
? 定義ファイルの情報を元にコンポーネント内で設定する?法もある
? コンポーネント?フレームワークの機能を使?するのがよい
? 部品化、テスト容易性のためにはできるだけ疎結合な設定?式
が望ましい Testability

package reservation
…
def numberOfCacheHists: Int = ???

変化点 (variation point)
? 外部ファイルや環境変数による定義を変化点に設定する?式が
ポイント
? コンポーネント?フレームワークの機能を使?するのがよい
? 今回は変化点を集めたルールオブジェクトを作成し、DIで設定
する?式で実現
? 部品化、テスト容易性のためにはできるだけ疎結合な設定?式
が望ましい Testability

package reservation
…
def numberOfCacheHit: Int = ???
def numberOfCacheMiss: Int = ???
def numberOfOperationCalls: Int = ???

メトリクス
? コンポーネント仕様設計では、変数を定義するのみだったが、
ここではメトリクス?のインタフェースを作成して、外部から
アクセスされることを明確にした
? コンポーネント?フレームワークの機能で集計されることを想
定
? Scala/Javaの場合はJMX(Java Management Extensions)に登録
する?式が有?

package reservation
…
def numberOfCacheHists: Int = ???
package reservation
trait IReservationMetrix {
def numberOfCacheSlots: Int
def numberOfCacheHit: Int
}
IReservationMetrix.scala

テスト?ケース
? コンポーネント仕様記述の?環でテスト?ケースを作成しても
よい
? 仕様記述が難しい状態機械
? ユースケースから派?したシナリオ?テスト

コンポーネント?
フレームワーク

コンポーネント?フレームワーク
? 本講座?の仮想的なコンポーネント?フレームワークを?いる
? 今回は以下の機能を使?
? 実?コンテキスト
? イベント

package componentframework
class ExecutionContext {
}
trait Event {
}
trait EventListener {
def receive(p: Event): Unit
}
Execution.scala
Event.scala
EventListener.scala

物理モデル
? 物理モデルとして以下の成果物を実現する
? 配備モジュール
? モジュール(コンポーネント)を配備?にファイル化したJARファイル
? 定義ファイル
? ドキュメント
? 仕様書
? マニュアル
? リファレンス?マニュアル
? ユーザー?マニュアル
? テスト?ケース

テスト?ケース
? 作成したテスト?ケースはプログラム本体と同じソース?ツ
リーで管理する
? Scala/Javaのコンベンションに従う
? 必要なタイミングでいつでもテストできるような状態を維持す
る
$ sbt test

ドキュメント
? 仕様書
? UMLモデル＋補?記事で仕様書を作成
? リファレンス?マニュアル
? プログラムから?動?成 (Scaladoc/Javadoc)
? ユーザー?マニュアル
? ユースケースのシナリオを実際のプログラムで実現できるための利?
者とシステムの対話をドキュメント化
? ドキュメントは散逸しやすいので、ソースコードと同じバー
ジョン管理の配下で管理するとよい
$ sbt doc

まとめ
? コンポーネント仕様を実現(realization)するための設計を?う
? コンポーネント仕様をプログラミング?語＋実?基盤上でどのように
実現するのかが重要
? コンポーネントの内部構造はモデリングによる設計は?わず、直接プ
ログラミングする?が効率的
? コンポーネント仕様の設計もUMLによるモデリングは概要に留め、詳
細はプログラミング?語で?うのが効率的
? 物理モデル
? 配備モジュール
? ドキュメント
? テスト?ケース

参考?献
? The Unified Modeling Language Reference
Manual, 2nd (Rumbaugh他, 2004)
? The Unified Modeling Language User Guide,
2nd (Booch他, 2004)
? The Unified Software Development Process
(Jacobson他, 1999)
? The Object Constraint Language, 2nd (Warmer
他, 2003)
? UML 2 and the Unified Process: Practical
Object-Oriented Analysis and Design (Arlow
他, 2005)
? OMG Unified Modeling Language Version 2.5
(OMG, 2015)
? 上流?程UMLモデリング (浅海, 2008)

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設計/コンポーネント設計(3) 【クラウドアプリケーションのためのオブジェクト指向分析設計講座第22回】

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