動的モデル 【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6回】
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MaruLaboの浅海ゼミでの講座のスライドです。 https://www.marulabo.net/docs/asami06/ オブジェクト指向分析設計の動的モデルについて、動的モデルについて、状態機械、アクティビティを中心に説明します。 また動的モデルと協調モデル、関数モデルとの関係についても整理します。
![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]
• 分析 [第13回]
• 設計 [第14回]
• 作業分野
• 実装 [第15回]
• テスト [第16回]
• アプリケーション・アーキテクチャ [第17回]
• ドメイン・モデル [第18回]
• アプリケーション・モデル [第19回]
• プレゼンテーション・モデル [第20回]
• ケーススタディ[第21回]
• 要求モデル [第22回]
• 分析モデル [第23回]
• 設計モデル [第24回]
• 実装 [第25回]
• テスト [第26回]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
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- 2. 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] • 分析 [第13回] • 設計 [第14回] • 作業分野 • 実装 [第15回] • テスト [第16回] • アプリケーション・アーキテクチャ [第17回] • ドメイン・モデル [第18回] • アプリケーション・モデル [第19回] • プレゼンテーション・モデル [第20回] • ケーススタディ[第21回] • 要求モデル [第22回] • 分析モデル [第23回] • 設計モデル [第24回] • 実装 [第25回] • テスト [第26回]
- 3. SimpleModeling2021 • オブジェクト指向分析設計での共通範囲 • UML/UP • 本講座で使⽤する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 • 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
- 4. 内容 • 動的モデルを巡る状況 • 動的モデル • アクティビティ • 状態機械 • イベント • 関連技術
- 5. 基本モデル • 本講座で使⽤する基本モデル • UMLの論理モデル(構造、動的)+αを以下の4種類に分類 • 静的モデル (Static Model) • 動的モデル (Dynamic Model) • 協調モデル (Collaboration Model) • 関数モデル (Functional Model)
- 6. 動的モデル (Dynamic Model) • アプリケーションの動的挙動をモデル化 • ドメイン・モデル • 状態機械図 • アプリケーション・モデル • 状態機械図 • 必要に応じて • アクティビティ図 • 協調モデル • シーケンス図 • コミュニケーション図
- 7. UML基本定義
- 10. 背景 動的モデルを巡る状況
- 11. オブジェクト指向分析設計を使う理由 • ビジネス、要件定義からプログラミングまでの⼀貫性 • ビジネスとの連携 • ビジネス側のステークホルダーと共有できる⾔語が必要 • Ubiquitous Language (DDD) • ビジネス・モデル • ユースケースによる要件定義 • 協調モデル • 物語をシナリオ分析する • 状態機械によるイベント駆動の実現 • イベント駆動アプリケーション • 動的モデルの実現に状態機械が有効 Cloud
- 14. 並列・分散 • ニーズ • 物理的な分散が必然となる • ⾃然発⽣的に発⽣したイベントに即時に反応したい • リアクティブ • 並列分散が必要となる技術 • スケーラビリティ • 可⽤性 • リジリエント • シーズ • 分散オブジェクト技術 • 関数の活⽤ 第8回 関数モデル
- 15. 動的モデル要素
- 18. 振舞いモデル • クラス • オペレーション (Operation) • 呼び出され振舞いを実⾏する • レセプション (Reception) • イベントを受付け振舞いを実⾏する • 振舞い (Behavior) • 状態機械 (StateMachine) • 状態機械図 • 活動 (Activity) • アクティビティ図 • 不透明振舞い (OpaqueBehavior) • プログラミング⾔語による⼿続き/関数
- 20. レセプション • 分類⼦がシグナルの受信に対 する反応を⽤意しているとい う宣⾔ • 通常はプログラミング⾔語の 仕様外 • イベント駆動のフレームワーク で補完する必要がある • JavaではJavaBeans(コンポー ネント拡張)でレセプション相 当の機能(EventObject, EventListener)を提供
- 21. 例外 (Exception) • UML 1ではシグナルの⼀種だったが、UML 2からプログラミング⾔ 語の例外機能に即したモデル要素になった • UMLのメジャーな機能ではないという認識でよさそう • オペレーションに例外を指定する⽅法も仕様化されていない • メモリ不⾜などで処理の継続が困難といったケースなど、アプリ ケーション・ロジックを超えた例外処理には引き続き有効 • UMLでもアクティビティで例外ハンドラーを設定できるようになっている • パラメタエラー等のアプリケーション・ロジックの範囲でのエラー 処理に⽤いるのは⾮推奨 • 関数型の⼿法で対応するのがおすすめ • プログラミング⾔語を軸にオブジェクト指向開発をする場合など、引き続き 使⽤するのも問題はない 第8回 関数モデル
- 22. アクティブ・オブジェクト • ⾃⾝の制御のスレッドを持ち 制御アクティビティを⽣み出 すことができるオブジェクト • システムのメイン・スレッド からは独⽴したスレッド、ス タック上で⾃律的に動作する
- 24. アクティビティ (Activity) • ⼊れ⼦になったアクティビティと最終的には1つのノードの出 ⼒から別の⼊⼒へのフローによって連結された個々のアクショ ンを含む、配下の単位の協調されたシーケンシャルまたは並⾏ な実⾏による実⾏可能な振る舞いの仕様 • グラフィカル⾔語による⼿続き型⾔語 • 通常の⼿続き型⾔語に対して以下の点が拡張されている • オブジェクト・フロー • 並列動作 • シグナルの送受信
- 26. アクティビティ図 • アクティビティの動作を記述 • 複数の使い⽅がある • フローチャート • オブジェクトフロー • 並列演算 • 主な⽤途 • ⻘写真 • 業務フロー
- 29. アクション (Action) • UMLでの振舞いの最⼩単位 • アクティビティ内で具体的な振舞いを記述する • 多数の組込みアクションが定義されている • 分類(3), 通信(6), 演算(10), 制御(1), 作成(2), 破壊(1), 例外(1), 読込(5), 時間(2), 書込(6) • プログラミング⾔語によるプログラムをアクションとして利⽤ 可能 • OpaqueAction
- 30. アクション⾔語 (Action Language) • アクティビティをテキスト形式で記述するための⾔語 • UML1時代はアクションの守備範囲が広かったのでアクション⾔語と いう呼び名になっていると思われる • Executable UML(2002) • アクション⾔語を定義して、実⾏可能なUMLモデルを構築 • 普及していない • ⼀般アプリケーションが⼿軽に使⽤できる実⾏系が事実上ない • プログラミング⾔語で記述した⽅が効率がよい • 本講座ではScalaとUMLを連携する⽅針 • 関数型、DSL(Domain Specific Language)拡張 SM2021
- 32. 状態機械 (State Machine) • オブジェクトまたは相互作⽤がその⽣存中にイベントに対する応答 として進⾏していく状態列の仕様 • HarelのステートチャートをベースにMooreやMealyなどの機能が取 り⼊れられている • クラス、協調、メソッドに設定され、それぞれの振舞いを記述する • オブジェクト指向の振舞いの基盤 • 2つの使い⽅ • 振舞い記述のエンジン • 状態遷移に伴ってアクティビティを実⾏する • プロトコル状態機械 • ⼊⼒イベント列に対する制約条件
- 33. 状態 (State) • 何らかの条件を満たし、doア クティビティの実⾏やイベン ト待ちするオブジェクトの条 件や状況 • 以下のタイミングでアクティ ビティを実⾏ • 進⼊ (entry) • 退出 (exit) • 状態中 (do) • 内部遷移
- 35. 状態機械図 (State Machine Diagram) • 状態機械(State Machine)を記述するダイアグラム • 状態遷移表でも表現できる • 両⽅の形態を併⽤して仕様の詰めを⾏う • 主な⽤途 • オブジェクトの振舞い全般 • ワークフロー
- 37. 状態遷移表 Event Guard DialTone Dialing Invalid Connecting Busy Ringing dial digit(n) Dialing invalid Invalid incomplete Dialing valid Connecting busy Busy connected Ringing
- 38. イベント (Event)
- 39. シグナル (Signal) • インスタンス間を通信する⾮同 期な刺激の仕様 • いわゆる「イベント」はUML上 はシグナルとしてモデル化して いくことになるが… • ビジネス領域で発⽣するイベント • ビジネス・イベント • 業務ドメインで発⽣するイベント • ドメイン・イベント • アプリケーション上で発⽣するイ ベント • アプリケーション・イベント
- 40. イベント (Event) • 4種類のイベント • CallEvent • オペレーションが呼び出された時に発⽣するイベント • SignalEvent • シグナルを受信した時に発⽣するイベント • TimeEvent • 指定した時間に発⽣するイベント • after : ⼀定時間後 • when : 指定時間 • ChangeEvent • 指定した条件式が真になった時に発⽣するイベント • プロパティの変更時など • UMLではオブジェクトがシグナルなどの刺激を受けたことを通知す るモデル要素としてイベントを定義している
- 41. アプリケーション領域でのイベント • UMLのメタモデル上は、いわゆる「イベント」はSignalEvent として扱い、「イベント」の設計はSignalを⽤いることになる が、慣習にしたがって「イベント」として扱っていく • ビジネス・イベント • ドメイン・イベント • アプリケーション・イベント SM2021
- 44. DFD (Data Flow Diagram) • 構造化⼿法の記法 • データの流れを記述 • 概念レベル • システムの全体像をデータの観点から 記述 • 詳細レベル • バッチの設計情報 • UMLではアクティビティ図(オブジェ クト・フロー)が対応 • OMTの第1版ではFunctionalモデルに ⼊っていたが第2版では削除された • 関数的なアプローチとして再評価して もよいかも
- 45. サービス・バス (Service Bus) • MOM(Message Oriented Middleware) • キュー: 1対1⾮同期送信 • トピック: 同報 • JMS(Java Message Service) • 製品 • Apache Kafka • AWS SQS/SNS, Kinesis Cloud
- 46. アクター(並⾏・分散システム) • アクターモデル(計算モデル)を ベースとした分散オブジェクトの 仕組み • UMLのアクターとは別物 • Akka • Akka reactive microservices frameworks • 分散オブジェクトの⼀形態 • アクター間の⾮同期単⽅向メッセー ジ通信で処理を進める • メッセージはキューイングされ、1つ のメッセージのみが処理される • リアクティブなシステムの実現に 有効(次ページ参照) Cloud
- 47. リアクティブ・ストリーム • The Reactive Manifesto • Reactive Streams • ⾮同期ストリーム処理、バック プレッシャー、ノンブロッキン グ • Akka Streams • Reactive Stream & 関数 • FS2(Functional Stream for Scala) • Scalaz-stream Cloud
- 48. まとめ • 動的モデルは振舞いの実現⽅法を記述(演繹的) • 協調モデルは振舞いの具体例を例⽰(帰納的) • オブジェクト指向の動的モデルの中核は状態機械 • オブジェクト指向の挙動は状態機械を中⼼とした設計になる • アクティビティは⼿続き型⾔語 • 可能な範囲で関数型での実現を⽬指したい • 関連技術の扱いは本講座で検討していく予定
- 49. 参考⽂献 • 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) • UML 2 and the Unified Process: Practical Object-Oriented Analysis and Design (Arlow 他, 2005) • OMG Unified Modeling Language Version 2.5 (OMG, 2015) • Domain-Driven Design: Tracking Complexity in the Heart of Software (Evans, 2003) • Executable UML : A Foundation for Model-Driven Architecture (Mellor他) • Patterns of Enterprise Application Architecture (Fowler他, 2002) • Domain-Driven Design: Tracking Complexity in the Heart of Software (Evans, 2003) • Object-Oriented Modeling and Design (Rumbaugh他, 1991) • Object-Oriented Modeling and Design with UML, 2nd (Blaha他, 2005) • The Practical Guide to Structured Systems Design, 2nd (Page-Jones, 1988)
- 50. 参考URL • Akka : Build powerful reactive, concurrent, and distributed applications more easily • https://akka.io/ • The Reactive Manifesto • https://www.reactivemanifesto.org/ • Reactive Streams • https://www.reactive-streams.org/ • Akka Streams • https://doc.akka.io/docs/akka/current/stream/index.html • Cats Effect : The pure asynchronous runtime for Scala • https://typelevel.org/cats-effect/ • FS2 : Functional, effectful, concurrent streams for Scala • https://fs2.io/ • Scalaz-steam • https://github.com/scalaz/scalaz-stream