Programación Orientada a Aspectos

1. Programación Orientada a Aspectos Lic. Fernando Asteasuain Universidad de Buenos Aires 10 de noviembre 2005

2. Evolución del SW • Al principio, Codigo Spaghetti. • Tipos, bloques, procedimientos. • Tipos de datos abstractos… • Objetos: datos + comportamiento. • Conceptos aplicados siempre: Abstracción, encapsulamiento & Modularidad.

3. De todas maneras…. • Se encapsula correctamente la funcionalidad del sistema. • ¿Pero qué ocurre con los conceptos no funcionales ….? • Sincronización, logging, manejo de errores, profiling, etc => no se encapsulan correctamente y quedan esparcidos por todo el sistema. • Se denominan conceptos entrecruzados

4. Clase Libro { ….. <todas las cosas de libro> <manejo de errores> … } Clase Socio { ….. <todas las cosas de socio> <manejo de errores> <controles de acceso> } Clase Alquiler {….. <todas las cosas de alquiler> <manejo de errores> <controles de acceso> } Ejemplo 1 •  Conceptos entrecruzados * Errores * Seguridad

5. Análisis Ejemplo • Funcionalida básica: OK. Libros, Socios, Alquileres. • ¿Qué pasa con el manejo de errores y de seguridad? • Se esparcen por todo el sistema, creando dos problemas: • Code Tangling & Code Scaterring

6. Problemas • Baja correspondencia. • Menor Productividad. • Menor Reuso. • Baja calidad del código. • Evolución dificultosa.

7. Tiranía de la descomposición dominante (Fuente: Herramienta CAESAR) • Supongamos el siguiente modelo: • Descomponer por forma, por color, por tamaño. • Nos vemos obligados a elegir un modelo como principal.

8. Distintos Modelos • Ordenado por Forma • Ordenado por Color

9. Jerarquía Color-Forma • Nos vemos obligados a elegir un modelo como principal. En este caso: color, y luego forma

10. POA • La POA promueve la separación de conceptos a través de mecanismos, que permiten abstraer y componer estos conceptos a lo largo del sistema. • Un aspecto es un concepto que no es posible encapsularlo claramente, y que resulta diseminado por todo el código. • Un aspecto será la unidad que encapsulará un concepto entrecruzado.

11. Conceptos POA • Aplicando POA se puede escribir una funcionalidad básica “pura”, y especificar cada aspecto por separado. Luego, existe un proceso de combinación que compondrá el sistema final. • Los puntos de enlace brindan la interfaz entre aspectos y componentes. Son lugares dentro del código donde es posible agregar comportamiento adicional. • El comportamiento adicional puede agregarse en tres momentos particulares: antes, después, en lugar de. • El encargado de la composición es llamado Weaver. Guiado por los puntos de enlace teje el código base con el código de los aspectos.

12. Estructura • Estructura Tradicional

13. Estructura POA

14. Ejemplo 2: biblioteca Class Biblioteca { private libro [] libros ; private socio [] socios; public Biblioteca() { … public void prestamo( socio S, libro L) { if controlDeAccesoValido() then{ // código del método } else{ generarExcepcion(); } } Control de acceso Funcionalidad básica public void ingresarSocio(socio S){ if controlDeAccesoValido() then{ // código del método } else{ generarExcepcion(); } } // demás métodos… }

15. Definición de un aspecto Aspecto Control { Punto de enlace operacionesSeguras = llamadas a Biblioteca.prestamo & llamadas a Biblioteca.ingresarSocio& ... antes de operacionesSeguras: { if !=(controlDeAccesoValido()) then{ generarExcepcion(); } }

16. Ejemplo TFTP • Se implementó con AspectJ el protocolo de comunicación TFTP. • Protocolo muy simple para transferir archivos entre procesos • Reingeniería y Aspecto de Logging. • Código de logging: 31%.

18. Puntos de enlace en detalle • Llamadas a métodos: Cuando un método es invocado. Ejemplo: obj.met1(5.5); Cuando el método met1 es invocado sobre el objeto obj. • Llamada a un constructor: Cuando un objeto es creado y un constructor es invocado. Ejemplo: NumComplejo nc1 = new NumComplejo(3.0,5.3); El objeto es creado por new y luego el constructor NumComplejo es invocado. • Ejecución de un método: Cuando el cuerpo de un método se ejecuta. Ejemplo: Cuando el cuerpo del método met1 es ejecutado.

19. Más puntos de enlace • Asignación a un atributo: Cuando se realiza la asignación a un atributo. Ejemplo: numerocomplejo.parte_imaginaria=5.5; Cuando al atributo parte_imaginaria del objeto numerocomplejo se le asigna el valor real 5.5. • Ejecución de un manejador: Cuando el manejador de una excepción se ejecuta.

20. Modelo de puntos de enlace • Elemento crítico en cualquier lenguaje OA. • Interfaz entre aspectos y código base. • Modelo Posible a través de grafos. • Veamos un ejemplo de modelo.

21. Clase para manejar Números Complejos

22. Clase para manejar Coordenadas Complejas NumComplejo nc1 = new NumComplejo(3.0,5.3); NumComplejo nc2 = new NumComplejo(6.2,1.3); CoordenadaCompleja cc = new CoordenadaCompleja(nc1,nc2); cc.aumentar_parte_real_primera(5.5);

23. Ejemplo Modelo Puntos Enlace Mét1 = aumentar_parte_real_primera, de la clase CoordenadaCompleja. Mét2 = ingresar_parte_real, de la clase NumComplejo. Mét3 = devolver_parte_real, de la clase NumComplejo. Mét4 = aumentar_parte_real, de la clase NumComplejo. 1. Un punto de enlace de llamada a un método, correspondiente al método aumentar_parte_real_primera invocado sobre el objeto cc. cc.aumentar_parte_real_primera(5.5); 2. Un punto de enlace de recepción de llamada a un método, en el cual cc recibe la llamada aumentar_parte_real_primera. 3. Un punto de enlace de ejecución de un método, en el cual el método aumentar_parte_real_primera definido en la clase CoordenadaCompleja empieza su ejecución. 4. Un punto de enlace de acceso a un atributo, en el cual el atributo distancia de cc es referenciado.

24. Ejemplo Modelo Puntos Enlace 5. Un punto de enlace de llamada a un método, en el cual el método aumentar_parte_real es invocado sobre el objeto nc1. cc.aumentar_parte_real_primera(5.5); 6. Un punto de enlace de recepción de llamada a un método, en el cual nc1 recibe la llamada aumentar_parte_real. 7. Un punto de enlace de ejecución de un método, en el cual el método aumentar_parte_real definido en la clase NumComplejo empieza su ejecución. 8. Un punto de enlace de llamada a un método, en el cual el método devolver_parte_real es invocado sobre el objeto nc1.

25. Ejemplo Modelo Puntos Enlace 9. Un punto de enlace de recepción de llamada a un método, en el cual nc1 recibe la llamada devolver_parte_real. cc.aumentar_parte_real_primera(5.5); 10. Un punto de enlace de ejecución de un método, en el cual el método devolver_parte_real definido en la clase NumComplejo empieza su ejecución. El control retorna por los puntos de enlace 10 y 9. 11. Un punto de enlace de llamada a un método, en el cual el método ingresar_parte_real es invocado sobre el objeto nc1.

26. Pointcuts en detalle • Agrupan puntos de enlace. • Se pueden capturar puntos de enlaces de diferentes clases, esto es, entrecruzan las clases. • Ejemplo 1: Call (void NumComplejo.ingresar_parte_real(real)) captura todas las llamadas al método ingresar_parte_real de la clase NumComplejo con un argumento de clase real. • Ejemplo 2: pointcut acceso(): get (NumComplejo.parte_real) || get (CoordenadaCompleja.distancia);

27. Ejemplos de pointcuts • Call: llamadas a métodos • Exec: ejecución de un método. • Get y set: referencia y acceso a atributos. • Within: within (C) Captura todos los puntos de enlace donde el código que se está ejecutando está definido en la clase C. Ejemplo: within(NumComplejo). • Withincode: withincode (m) Captura todos los puntos de enlace donde el código que se está ejecutando está definido en la método m. Ejemplo: withincode(real devolver_parte_real())).

28. Ejemplo Composición de Pointcuts • Supongamos una clase Pila, con métodos Apilar, y un Apilar múltiple. • Se quiere dibujar la pila cada vez que un elemento es agregado.

29. Ejemplo Composición de Pointcuts • Decidimos implementar los dibujos con aspectos. Defino un pointcut para capturar las llamadas. • Una primera opción sería: • pointcut al_apilar() : call(void Pila.Apilar(Object)); • Problemas? • No interactúa bien con el método Apilar múltiple.

30. Ejemplo composición • Posible solución: • pointcut al_apilar_deauno(): al_apilar() && !withincode(void Pila.Apilar_Multiple(..)); • pointcut al_apilar_multiple(): call(void Pila.Apilar_Multiple(..)); • pointcut al_apilar_eficiente(): al_apilar_deauno() && al_apilar_multiple();

31. Advices • Código que implementa el comportamiento de los aspectos. • Antes, después, y en lugar de. • Ejemplos: pointcut al_apilar(Pila p) : call(void Pila.Apilar(..)) && target (p); before(Pila p):al_apilar(p){ if(p.Pila_Llena()){ throw new ExcepcionPilaLlena(); } } after (Pila p):al_apilar_eficiente(p){ dibujaEstructura dibujante =new dibujaEstructura(); dibujante.dibujarPila(p); }

32. Clase A Clase A1 Clase A2 Attb1 Attb2 Attb 3 Método 1 Método 2 Método 1 Relación POA y POO POO: conceptos comunes POA: conceptos entrecruzados

33. Ejemplos POA y POO

34. Ejemplo 2

35. Interacción Aspectos – Código Base • ¿Cuál es el marco adecuado de interacción entre los aspectos y los objetos? • ¿Qué tanto poder deben tener los aspectos sobre los objetos? (En aspectJ pueden modificar la estructura estática.) • ¿Está “bien” que los aspectos accedan a la parte privada de un objeto? • Obliviousness

36. Acerca de obliviousness • Independizar aspectos del código base • OB propone: • Identificar aspectos y código base • Implementar la parte base sin considerar los aspectos • Implementar los aspectos “Just program like always, and we’ll be able to add the aspects later” • Favorece la reutilización. • Pero…,¿a qué costo? ¿Qué tan fiel a obliviousness debemos serle?

37. Acerca de obliviousness • Sin embargo … • Aspectos complejos . • 0 Desarrollo paralelo. • Para aplicar aspectos se debe conocer mucho el código base.

38. Aproximaciones Intermedias • Varios buscan algo intermedio: definir interfaces. • Se crean especificaciones para concentrar en ellas el obliviousness. • Forma primitiva de alejarnos de la sintaxis. • Separar la implementación de los aspectos del binding de los aspectos.

39. Semántica en AOP • Un problema de la AOP es que está fuertemente basada en la sintaxis del código. • Yo puedo tener un aspecto que capture todos los métodos que comiencen con Set. • ¿Qué pasa si cambio el nombre de un método? • No solo ese método deja de ser capturado, sino que quizás ahora lo capture otro aspecto. • Es un grave problema.

40. SetPoint • Agregarle semántica al código. • Anotaciones & Ontologías. • @método:cuentasbancarias. • Ontologías: modelo del dominio. • Para bancos: se que tengo una cuenta, las cuentas tienen saldo, puedo operar sobre la cuenta para depositar o extraer dinero, etc. • Entonces “predico” sobre la semántica del sistema. • Implementado en .NET.

41. El grupo de PA en Boston, quería hacer código según la ley de demeter. Cristina Videira Lopes miembro Ph.D introduce “Separations of Concerns”. En 1995 Cristina se une en Xerox Park, con Gregor Kiczales. En noviembre nace la sigla AOP. En 1998 sale la 1º versión de AspectJ, implementado dos lenguajes de Cristina. ¿De donde venimos?

42. POA y los demás paradigmas • Mayormente, se utiliza en relación a la POO. • Sin embargo, existen aplicaciones de POA a otros paradigmas también. • Imperativo: Desarrollos y extensiones a C para implementación de SO. • Lógicos: aspectos al estilo ?envio (X,Y). Estilo declarativo, consultas.

43. Herramientas OA • Lenguajes para programar Aspectos: • AspectJ: Extensión a Java para aplicar aspectos. La más popular. • AspectC++,AspectS, CAESAR. • En .NET: Weave.NET, Source Weave. • SetPoint: Framework en .NET. Basado en la semántica y no en la sintaxis.

44. AOP y la industria • Lo más exitoso tiene que ver con AspectJ. • Aplicaciones y Frameworks Middleware: • Spring, JBoss. Websphere. Servidores de aplicación. • AspectJ & MySql: a través de JDBC. • Reingeniería de JHotDraw. • IntelliPrints aplicación para enterprise logging, que usa AspectJ adentro. • Oracle - TopLink: Ambiente genérico para bases de datos. Desarrollado con tecnología AOP.

45. Todo el ciclo de desarrollo • Si bien al principio todo era programar, los conceptos AOP se trasladaron a todo el proceso de Software. •  por lo tanto: • AORE: Aspect Oriented Requirement Engineering. • Arquitectura OA • AOD: Aspect Oriented Design. Extensiones a UML para soportar el manejo de aspectos en la etapa de diseño. Extensiones Generales y Específicas. • Verificación, Formalización &Model Checking OA

46. POA: ¿Paradigma? • ¿Es una mera extensión a objetos? • ¿Dónde está su verdadero aporte? • Un paradigma no nace arbitrariamente, sino que surge de necesidades concretas. • Separación de conceptos. • La composición que permite formar el sistema final.

47. Separación de conceptos • Introducido a mediados de los 70s por E. Dijkstra. • “Habilidad para identificar, encapsular y manipular sólo las partes del software que son relevantes a un concepto, meta o propósito en particular”.