Isabelle Borne Université de Bretagne-Sud Vannes

1. Journées Patterns Grenoble 3 et 4 avril 2003Patterns pour le développement logicielLangage et systèmes de patterns Isabelle Borne Université de Bretagne-Sud Vannes

2. Sites Web • http://st-www.cs.uiuc.edu/users/patterns/patterns.html • http://hillside.net/patterns/patterns.html • Portland Pattern Repository • http://www.c2.com/ppr • Ward Cunnigham's WikiWiki Web • http://www.c2.com/cgi/wiki?WelcomeVisitors • http://www.c2.com/cgi/wiki?PatternIndex

3. Patterns pour le développement logiciel Analyse Conception Programmation Architecture logicielle Anti-patterns

4. Idiomes ou patterns de codage • Les Idiomes sont des patterns de bas niveau spécifiques à un langage de programmation. • Ils décrivent comment implémenter des aspects particuliers des composants ou leurs relations, avec les caractéristiques d’un langage donné. • Langages : C++, Smalltalk, Java

5. Patterns de conception (Design Patterns) • Abstraction, identification et façon de nommer les aspects clé d’une structure de conception courante. • Échelle plus petite que les patterns d’architecture, mais niveau plus élevé que les idiomes spécifiques d’un langage de programmation. • Organisés en catalogue.

6. Références : • Erich Gamma & al (1995) Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software, Addison-Wesley. • S.R. Alpert, K.Brown, B.Woolf (1998) The Design Patterns Smalltalk Companion, Addison-Wesley (Software patterns series). • J.W.Cooper (1998), The Design Patterns Java Companion, http://www.patterndepot.com/put/8/JavaPatterns.htm. • S.A. Stelting, O.Maasen (2002) Applied Java Patterns, Sun Microsystems Press.

7. Catalogue de Design Patterns Creational Structural Behavioral Interpreter Template Method Factory Method Adapter (class) class Abstract Factory Adapter (object) Chain of Responsibility Builder Bridge Command Prototype Composite Iterator Singleton Decorator Mediator Facade Memento Flyweight Observer Proxy State, Strategy, Visitor object

8. Anti Patterns • Représentent une « leçon apprise » • Erreurs logicielles que les gens font fréquemment. • Deux catégories : • mauvaise solution à un problème qui a produit une mauvaise situation. • comment sortir d’une mauvaise situation et comment poursuivre à partir de là vers une bonne solution. • Référence : W.J. Brown & al (1998) Anti Patterns - Refactoring Software, Architectures, and Projects in Crisis, Wiley.

9. Exemple de schéma pour les anti-patterns • « Background » • Forme générale • Symptômes et conséquences • Causes typiques • Exception connue • Solution « réparée » • Variations • Exemple • Solutions apparentées • Applicabilité à d’autres points de vue ou échelles

10. Pattern architecturaux • Schémas d’organisation structurelle fondamentaux pour les logiciels. • Exemples : Pipes and Filters, Broker, MVC, Micro-kernel • Références : • F.Buschmann & al., Pattern-Oriented Software Architecture, Wiley 1996. • R.Martin & al., Pattern Language of Program Design 3, Addison-Wesley 1998.

11. Patterns d’analyse • Question de modélisation générale en regardant un problème particulier dans un domaine. • Martin Fowler a proposé deux catégories de patterns : • « Analysis patterns » • « Supporting patterns » • Référence : Martin Fowler, Analysis Patterns - Reusable Object Models, Addison-Wesley, 1997.

12. Exemples de patterns d’analyse • « Accountability » • Le concept de comptabilité s’applique quand une personne ou une organisation est responsable d’une autre. • notion abstraite qui peut représenter plusieurs problèmes spécifiques, comportant des structures, des contrats, et du personnel. • Party, organization hierarchies, organization structure etc.

13. « Observations and measurement » • Des quantités peuvent être utilisées en tant qu’attributs d’objets pour enregistrer de l’information sur eux. • Ces patterns montrent comment cette approche échoue et suggère des approches plus sophistiquées. • Quantity, conversion ratio, compound units, measurement, observation, protocol, dual time record etc.

14. « Referring to Objects » • Name, Identification scheme, object merge, object equivalence • « Planning » • Proposed and Implemented Action, Suspension, Plan, Resource Allocation etc.. • « Trading • Contract, Portfolio, Quote, Scenario

15. Exemples de patterns support • « Layered Architecture for Information System » • Two-tier architecture, Three-tier architecture, Presentation and Application Logic, Database interaction • « Application Facades » • Interface simplifiée à un modèle compliqué. • Responsable du choix et de l’organisation de l’information pour une présentation.

16. « Patterns for Type Model Design Templates » • comment transformer un modèle de spécification implicite en un modèle explicite et une implémentation. • Implementing Associations, Object Creation, Implementing Constraints …. • « Association patterns » • Associative Type, Keyed mapping, Historic mapping.

17. Patterns architecturauxLangage de pattern Catalogues et systèmes de patterns

18. Bibliographie • Software Architecture: Perspectives on an Emerging Discipline, Prentice-Hall, 1996. • Architectural Styles, Design Patterns, and Objects, R.T.Monroe & al., IEEE Software, January 1997, pages 43-52. • Pattern-Oriented Software Architecture - A System of Patterns, F.Buschmann & al., John Wiley, 1996. • Pattern-Oriented Software Architecture - Patterns for Concurrent and Networked Objects, volume 2, D.Schmidt & al., John Wiley, 2000.

19. Architecture logicielle • Architecture logicielle • Description des sous-systèmes et des composants d’un logiciel et leurs relations. • Conception logicielle • Activité effectuée par un développeur logiciel qui produit l’architecture logicielle d’un système. • Style architectural • Définit une famille de systèmes en termes de leur organisation structurelle et sémantique. • Framework • Logiciel partiellement complet qui a vocation d’être instancié.

20. Patterns architecturaux • Ils interviennent dans les plus haut niveaux du développement logiciel. • Ils ont souvent été découverts dans de gros projets. • Ils correspondent à des styles architecturaux classiques : • Pipe and filter • Layered systems • Event_based systems • ….

21. Un architecture classique : Pipe and Filter • Chaque composant possède un ensemble de données en entrée et un ensemble de données en sortie. • Un composant lit un flot de données en entrée et produit un flot de données en sortie. Filtre Pipe Filtre Source : sortie Sink : entrée

22. nom exemple contexte problème solution structure (CRC cards) dynamique (scénarios) implémentation exemple résolu variantes usage connus conséquences voir aussi crédits Schéma de présentation des patterns d’architecture

23. Pipe & Filter :exemple Source du programme Analyselexicale Flot de tokens Analysesyntaxique Arbre de syntaxe abstrait Analysesémantique Arbre de syntaxe abstrait augmenté Génération de code intermédiaire Programme en code intermédiaire Optimisation

24. Pipe & Filter :problème, solution • Le problème : construire des systèmes pour transformer et calculer des flots de données. • La solution : la tâche globale est naturellement décomposée en plusieurs étapes de calcul séquentielles.

25. Class • Filter • Responsibility • Gets input Data. • Performs a function • on its input data. • Supplies output data. • Collaborators • Pipe • La structure • Class • Pipe • Responsibility • Transfers Data. • Buffers Data. • Synchronizes active neighbours. • Collaborators • Data Source • Data Sink • Filter

26. Class • Data Source • Responsibility • Delivers input to processing pipeline • Collaborators • Pipe • Class • Data Sink • Responsibility • Consumes output • Collaborators • Pipe

27. Langages de Pattern : définitions • Collection structurée de patterns comprenant des règles pour combiner les patterns dans un style architectural (structure architecturale récurrente). • Pattern : solution récurrente à un problème donné dans un contexte • Langage de patterns : ensemble de patterns qui, à tout niveau d’échelle, collaborent pour résoudre un problème complexe. Ce problème ne peut pas être résolu par un seul pattern.

28. Langages de Pattern : définitions • Les langages de patterns décrivent des frameworks logiciels ou des familles de systèmes reliés. • Un langage de pattern comprend des règles et des lignes de conduite qui expliquent comment et quand appliquer ses patterns.

29. Origines des langages de pattern • A pattern Language [Alexander 1977] • A Timeless Way of Building [Alexander 1979] • Chaque pattern dépend à la fois du pattern plus petit qu’il contient et des patterns plus larges qui le contiennent. • La structure du langage est créée par le réseau de connexions entre patterns. • Un langage de pattern donne à chaque personne qui l’utilise le pouvoir de créer une variété infinie de constructions nouvelles et uniques.

30. Exemples de langages de patterns • Chaque communauté a son propre langage de patterns, qui augmente et change avec l’expérience. • Un langage de patterns pour la conception d ’interface utilisateur (Todd Coram et Jim Lee, PloP96 workshop). • Un langage de patterns pour l’écriture de pattern (Gerard Meszaros, Jim Doble, Pattern Languages of Program Design 3, Addison-Wesley, 1998). • Crossing Chasms: A pattern Language for Relational Databases and Smalltalk (Kyle Brown, Pattern Languages of Program Design 2, Addison-Wesley, 1996).

31. Un langage de patterns pour la conception d ’interface utilisateur • Todd Coram et Jim Lee, PloP96 workshop. http://www.maplefish.com/todd/papers/experiences/Experiences.html • Construire des interfaces qui se concentrent sur l’interaction de l’utilisateur

33. Meta-pattern : Interaction Style

34. Explorable Interface

35. Crossing Chasms: A pattern Language for Relational Databases and Smalltalk • Kyle Brown, Pattern Languages of Program Design 2, Addison-Wesley, 1996, or in Technical Journal, http://www.ksccary.com • Interfacer des bases de données relationnelles et un langage à objets. • Le langage de pattern • patterns architecturaux • patterns statiques • patterns dynamiques • patterns client-serveur

36. Patterns architecturaux : • Four-Layer Architecture (View, application model, domain model and infrastructure layers) • Table Design Time (when is the best time to develop your relational database system ?) View Layer Appplication Model Layer Domain Model Layer Infrastructure Layer

37. Patterns statiques : • Representing objects as tables • Object Identifier • Foreign Key reference • Representing Collections • Patterns dynamiques • Broker (séparation des parties spécifiques au domaine des parties spécifiques aux bases de données) • Object Metadata (réification du mapping) • Query Object (génération de requêtes SQL) • Patterns Client-Serveur • Client Synchronization • Cache Management (améliorer les performances du client)

38. Catalogues de patterns • Un catalogue de patterns est une collection arbitraire de patterns qui sont faiblement reliés. • Typiquement il subdivise les patterns en un petit nombre de catégories et il peut inclure des références croisées entre les patterns. • Erich Gamma a lancé la présentation sous forme de catalogues des design patterns dans sa thèse de doctorat (1992).

39. Exemples : • C.Alexander : A pattern Language (1977) 253 patterns • GoF (1995) 23 design patterns • Buschmann & al (1996) : 25 patterns architecturaux et de conception • M.Fowler (1997) : patterns d ’analyse et patterns de support. • Un langage de pattern est une collection de patterns où chaque pattern est construit par rapport aux autres et représente une série de décisions. • Un catalogue de patterns est une collection arbitraire où les patterns existent par eux-mêmes.

40. Les systèmes de patterns • Ensemble cohésif de patterns. • Les patterns contribuent à la construction et à l’évolution d’architectures au complet. • Il est organisé entre groupes et sous-groupes de patterns reliés à plusieurs niveaux de granularité. • Il décrit les relations entre les patterns et leurs regroupements, et la façon dont ils peuvent être combinés et composés pour résoudre des problèmes plus complexes.

41. Système de pattern ensemble cohésif relations regroupements sujet large Catalogue structuration organisation Langage de pattern collection structurée règles de combinaison style architectural sujet unique méga-pattern Langage de patterns, système de patterns, catalogue de patterns

42. Les systèmes de patterns pour l’architecture logicielle • Un système de pattern pour l ’architecture logicielle est : • une collection de patterns pour l ’architecture logicielle, • plus des lignes de conduite pour leur implémentation, leur combinaison et leur utilisation pratique dans le développement de logiciels.

43. Spécifications (Buschmann) • Il doit comporter une base suffisante de patterns. • Il doit décrire tous les patterns de façon uniforme. • Il doit montrer les diverses relations entre les patterns. • Il doit avoir une organisation de ses patterns. • Il doit supporter la construction de logiciels. • Il doit supporter sa propre évolution.

44. critères de classification : 1) catégories de pattern : patterns architecturaux, patterns de conception et idiomes 2) catégories de problème.

46. Model-View-Controller • Le pattern architectural « Model-View-Controller » divise une application interactive en trois composants. • Le « modèle »contient les fonctionnalités de base et les données . • Les « vues » affichent les informations à l’utilisateur. • Les « contrôleurs » gèrent les entrées de l’utilisateur. • Un mécanisme de propagation des changements assure la cohérence entre l’interface utilisateur (view + controller) et le modèle.

47. Exemple • Considérons un système d’information pour des élections politiques avec une représentation proportionnelle. • On a un tableur pour entrer les données et plusieurs sortes de tableau et de graphe représentent les résultats courants. • Les utilisateurs peuvent intervenir avec le système via une interface graphique. • Tous les affichages d’information doivent immédiatement refléter les changements des données du vote. • Il doit être possible d ’ajouter de nouveaux moyens de représentation, par exemple l’affectation des sièges de parlementaires. • Le système doit aussi être portable sur d ’autres plates-formes ou d ’autres standards d’affichage « look and feel ».

48. Contexte Applications interactives avec une interface homme-machine flexible. Problème • Quand vous étendez les fonctionnalités d ’une application, vous devez modifier les menus pour accéder à ces nouvelles fonctions. Les clients peuvent vouloir des adaptations spécifiques etc ... • Les forces qui influencent la solution : • La même information est présentée différemment dans différentes fenêtres. • L ’affichage et le comportement de l’application doivent refléter immédiatement les manipulations de données. • Les changements de l’interface utilisateur doivent être faciles, et même possibles lors de l’exécution. • Le support de différents standards de « look and feel » ou le portage de l ’interface utilisateur ne doit pas affecter le code dans le noyau de base de l ’application.

49. Solution • MVC divise une application interactive en processus, sortie et entrée. • Model • Le composant modèle encapsule les données et les fonctionnalités du noyau de base. • Views • les composants vue affichent l’information à l ’utilisateur. Une vue obtient les données du modèle. • Chaque vue possède un composant contrôleur associé. • Controllers • Les contrôleurs reçoivent les entrées, comme des événements qui encodent les mouvements de la souris, l’activation des boutons de la souris ou les entrées au clavier. • Les événements sont traduits en des requêtes de service pour le modèle ou la vue. • L ’utilisateur interagit avec le système seulement via les contrôleurs.

50. Le mécanisme de propagation des changements est décrit par le pattern Publisher-Subscriber appelé aussi le pattern Observer.