Курс Проектирование программных систем (осень 2021)

На курсе вы узнаете как использовать язык моделирования UML2 в разработке распределенных приложений в микросервисной архитектуре (MSA) с применением метода предметно-ориентированного проектирования (Domain-Driven Design).

А также, как анализировать и проверять требования, структурировать программы, почему интерфейс это не абстрактный класс, как разрабатывать большие системы из небольших сервисов, паттерны и приемы, используемые архитекторами и тим лидами.

Практика предполагает выполнение и защиту двух заданий по командному курсовому проекту.

Для разработчиков, системных аналитиков и будущих архитекторов программного обеспечения.

Учебный проект - это ваш полигон, где вы практикуетесь в применении DDD к разработке микросервисных приложений. По проекту будет два задания, объединенные общей темой. Это может быть упрощенный аналог существующей системы, или ваш собственный проект, или часть дипломной работы.

Выполнение учебного проекта по интересной теме позволит упорядочить знания и умения в проектировании и разработке ПО, жизненно необходимые для старших разработчиков, тим лидов и руководителей проектов.

Первое задание посвящено проработке требований применению DDD к предметной области, в которой проектируете систему. Прорабатываете и уточняете требования и рамки проекта. В итоге для дальнейшего моделирования с помощью Domain Driven Design нужны 3-4 вариантв использования или 5-6 историй пользователей.

Что можно будет освоить:

• анализ требований: use cases, job/user stories, модели потоков данных, структуры подсистем
• DDD: анализ повсеместного языка, выделение окрестностей, concept/noun phrase extraction, построение модели предметной области, анализ обязанностей и виды классов: service, entity, aggregate, value object, и т. д.
• UML2: диаграммы классов, вариантов использования, деятельности или последовательности.

В этом задании нужно декомпозировать систему на сервисы и продумать для них API, переложить на микросервисную архитектуру (MSA), применив архитектурные паттерны для API, работы с реляционными и нереляционными данными, применить паттерны ООП для реализации микросервисов. В результате у вас получится модель реализации (design model) микросервисного приложения, реализующего требования из первого задания. В проекте нужно спроектировать 3-5 связанных микросервисов, совместно решающих задачи первого задания.

Что можно будет освоить:

• DDD: декомпозиция и интеграция окрестностей (bounded context), моделирование сервисов и ресурсов
• MSA: OpenAPI для RESTful web services, hexagonal architecture, SOLID, GoF паттерны проектирования, Backend-for-Frontend и др.
• Data: ER диаграммы, схема при чтении, модели данных для NoSQL, в статике, в движении
• UML2: диаграммы компонентов, расширенные диаграммы классов

Хорошо сделанный проект - это круче, чем типовое тестовое задание на архитектора программных систем, релевантный опыт в применении методов проектирования. Понравившиеся методы можно забрать к себе на работу или вспомнить к собеседованию.

Задания по проекту выполняются на семинарах, защита проходит в виде доклада. Оценивается:

• согласованность и непротиворечивость требований и модели реализации
• правильность применения и понимание изученных методов, обоснованность решения
• вклад участников проекта в обший результат

В таблице примеры тем проектов, предлагавшихся в прошлые годы.

Использование проектов инновационного практикума

Можно по согласованию с семинаристом и ментором проекта инновационного практикума.

См. также задачи прошлых лет

Для закрепления материала предлагается решить контрольную работу. Проводится на лекции 08.12.2021 и включает три части:

1. Тест на UML, вопросы похожи на те, что в экзамене OCUP-Fundamental. (см. google.com/search?q=zertifizierung.testfragen.fundamental.pdf)
2. Задача на проектирование с применением UML2, ER, DFD.
3. Вопросы по методам проектирования.

Критерии оценивания, итоговый балл

ИБ = 0,2 * ПЗ + 0,3 * ПР + 0,5 * КЗ + 0,25 * КР

ПЗ - посещения лекций и семинаров (допускается 2 пропуска)

ПР - работа на семинарах (активность на занятиях)

КЗ - оба задания

КР - контрольная работа

1. Vaughn Vernon. Implementing Domain-Driven Design, (любое издание)
2. Sam Newman. Building Microservices
3. Eric Freeman, Elisabeth Robson, Bert Bates, Kathy Sierra. Head First Design Patterns
4. Ian Sommerville. Software Engineering 10th Ed или Roger Pressman. Software Engineering: A Practitioner's Approach 8th Ed.
5. UML diagrams reference, https://www.uml-diagrams.org
6. UML. Сборник задач

Modelio Community

https://www.modelio.org/downloads/download-modelio.html

IDE для моделирования, с открытым исходным кодом, понимает UML2 и SysML в редакции Community Edition. Неплохой UI, в целом прост в использовании. Тем не менее, не полностью поддерживает все тонкости UML 2.4.1 или UML 2.5. Подходит для небольших и учебных проектов

Visual Paradigm Community Ed

https://www.visual-paradigm.com/download/community.jsp

Бесплатная версия коммерческого IDE для моделирования ПО с помощью UML 2, помогает с ER-диаграммами и построением моделей по тексту. Требует регистрации при старте. Много фич и диаграммы, которые не спрятать и они требуют платной версии. Получается перегруженный интерфейс, сложнее в использовании.

Draw.io + VS Code Plugin

https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=hediet.vscode-drawio

Известный онлайн и офлайн инструмент для рисования диаграмм, поможет с UML2, ER диаграммами и пр. Дополнения помогут проверить согласованность моделей, но проверки и рефакторинги явно хуже чем у инструментов выше. Хорошо подходит для гибкого моделирования в правильных руках.

Другие рисовалки и средства моделирования

При выборе инструмента для моделирования обратите внимание на удобство UI, поддержку стандартов UML2 и др, функций экспорта и импорта, а также ограничения лицензии. Для курса понадобятся минимум эти диаграммы: классов, вариантов использования, деятельности или состояний, компонентов.

Дополнительная литература:

1. Нотация UML 2 uml2-notation.zip
2. Б. Мейер, Объектно-ориентированное конструирование программных систем. - Русская Редакция, 2005
3. Microsoft. Руководство Майкрософт по проектированию архитектуры приложений для Azure, [https://docs.microsoft.com/en-us/azure/architecture/guide/| на сайте Майкрософт]]

Интернет-источники:

1. Спецификация UML 2.5 на сайте OMG. (http://www.omg.org/spec/UML/2.2/)

Классические статьи методам проектирования:

1. (discussion) P. Ralph, R. Mohanani. Is Requirements Engineering Inherently Counterproductive?
2. N. Wirth. Program Development by Stepwise Refinement. (http://www.inf.ethz.ch/personal/wirth/Articles/StepwiseRefinement.pdf)
3. D. Parnas. On the Criteria to be used in Decomposing System into Modules (http://www.cs.umd.edu/class/spring2003/cmsc838p/Design/criteria.pdf)
4. D. Garlan, M. Shaw. An Introduction to Software Architecture (http://www.cs.cmu.edu/afs/cs/project/vit/ftp/pdf/intro_softarch.pdf)
5. Kent Beck, Ward Cunningham. A Laboratory For Teaching Object-Oriented Thinking / OOPSLA89 (http://c2.com/doc/oopsla89/paper.html)
6. Doug Rosenberg, Kendall Scott, The ICONIX Process, (http://www.informit.com/articles/printerfriendly.aspx?p=167902)
7. B. Liskov. Programming with abstract data types
8. Friedrich Steimann, Philip Mayer. Patterns of Interface-Based Programming
9. Rebecca Wirfs-Brock, Object-oriented design. A responsibility-driven approach
10. Robert C. Sharblet, Samuel S. Cohen. The object-oriented brewery. A comparison of two object-oriented development methods
11. P. Krutchen. Architectural Blueprints—The “4+1” View Model of Software Architecture, (http://www.cs.ubc.ca/~gregor/teaching/papers/4+1view-architecture.pdf)
12. IEEE Recommended practice for architectural description of software intensive systems, (http://www.win.tue.nl/~wsinmak/Education/2II45/software-architecture-std1471-2000.pdf)
13. M. Fowler. Who need an Achitect?, http://martinfowler.com/ieeeSoftware/whoNeedsArchitect.pdf
14. D. Greer, Interactive Application Architecture, http://aspiringcraftsman.com/2007/08/25/interactive-application-architecture/
15. Frank DeRemer, Hans Kron. PROGRAMMING-IN-THE LARGE VERSUS PROGRAMMING-IN-THE-SMALL (google it)
16. The Agile Method and Other Fairy Tales (google it)
17. A RATIONAL DESIGN PROCESS: HOW AND WHY TO FAKE IT (google it)
18. Edward V. Berard. Be Careful With “Use Cases”
19. (beware!)Chidamber Kemerer Metrics Suite. A Measurement Theory Perspective
20. McCabe. A complexity measure

Паттерны:

1. Antipatterns Wiki, http://c2.com/cgi/wiki?AntiPatternsCatalog
2. Паттерны обработки ошибок, http://c2.com/cgi/wiki?ExceptionPatterns
3. Microservices patterns, https://microservices.io
4. GoF. Design Patterns: elements of reusable object-oriented software
5. Статья на c2.com про DoubleDispatch и DoubleDispatchExample,
6. Jenifer Tidwell, Designing Interfaces
7. Scott Ambler, Process Patterns
8. Martin Fowler, Analysis Patterns
9. Martin Fowler, Patterns of Enterprise Application Architecture
10. G. Hohpe, Enterprise Integration Patterns
11. D. Greer, Interactive Application Architecture, http://aspiringcraftsman.com/2007/08/25/interactive-application-architecture/
12. Pattern-Oriented Software Architecture (несколько томов), http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/POSA/
13. C++ Idioms, http://en.wikibooks.org/wiki/More_C%2B%2B_Idioms
14. Linda Rising - Patterns Almanac 2000, http://www.smallmemory.com/almanac/

Хританков Антон Сергеевич, автор курса, course [at] objectoriented.ru

Межуев Игорь Юрьевич, ведет семинары

Андрианов Андрей Иванович, ведет семинары

В прошлом семинары по курсу вели

Ахтямов Павел Ибрагимович

Старичков Никита Юрьевич

Штукатуров Алексей Николаевич

Сергей Зыков Викторович

Шестаков Роман

Ивахненко Андрей Александрович