A unified view approach to software development automation

Vietnam National University, Hanoi VNU University of Engineering and Technology LE MINH DUC A Unified View Approach to Software Development Automation Doctor of Philosophy Dissertation in Information Technology Hanoi - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ MINH ĐỨC PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN KHUNG NHÌN HỢP NHẤT CHO TỰ ĐỘNG HĨA PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2020 Vietnam National University, Hanoi VNU University of Engineering and Technology LE MINH DUC A Unified View Approach to Software Development Automation Specialisation: Software Engineering Code: 9480103.01 Doctor of Philosophy Dissertation in Information Technology Supervisors: Assoc Prof., Dr Nguyen Viet Ha Dr Dang Duc Hanh Hanoi – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ MINH ĐỨC PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN KHUNG NHÌN HỢP NHẤT CHO TỰ ĐỘNG HĨA PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM Chuyên ngành: Kỹ thuật Phần mềm Mã số: 9480103.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Việt Hà TS Đặng Đức Hạnh Hà Nội – 2020 Declaration I hereby declare that the materials presented in this dissertation are my own work, conducted under the supervision of Assoc Prof., Dr Nguyen Viet Ha and Dr Dang Duc Hanh, at the Faculty of Information Technology, University of Engineering and Technology, Vietnam National University, Hanoi All the research data and results presented in this dissertation are authentic and (to the best of my knowledge) have not previously been published in any academic publications by other authors Le Minh Duc Abstract An important software engineering methodology that has emerged over the past twenty years is model-based software development At the heart of this methodology lies two complementary methods: model-driven software engineering (MDSE) and domain-driven design (DDD) While the aim of MDSE is ambitiously broad, DDD’s goal is more modest and direct but not less important – to apply model-based engineering techniques to tackle the complexity inherent in the domain requirements The state-of-the-art DDD method includes a set of principles for constructing a domain model that is feasible for implementation in a target programming language However, this method lacks the solutions needed to address the following important design questions facing a technical team when applying DDD in object oriented programming language (OOPL) platforms: (i) what constitues an essentially expressive domain model and (ii) how to effectively construct a software from this model The dissertation aims to address these limitations by using annotation-based domain-specific language (aDSL), which is internal to OOPL, to not only express an essential and unified domain model but generatively construct modular software from this model First, we propose an aDSL, named domain class specification language (DCSL), which consists in a set of annotations that express the essential structural constraints and the essential behaviour of a domain class We carefully select the design features from a number of authoritative software and system engineering resources and reason that they form a minimum design space of the domain class Second, we propose a unified domain (UD) modelling approach, which uses DCSL to express both the structural and behavioural modelling elements We choose UML activity diagram language for behavioural modelling and discuss how the domain-specific constructs of this language are expressed in DCSL To demonstrate the applicability of the approach we define the UD modelling patterns for tackling the design problems posed by five core UML activity flows Third, we propose a 4-property characterisation for the software that are constructed directly from the domain model These properties are defined based on a conceptual layered software model that includes the domain model at the core, an intermediate module layer surrounding this core and an outer software layer Fourth, we propose a second aDSL, named module configuration class language (MCCL), that is used for designing module configuration classes (MCCs) in a module-based software architecture An MCC provides an explicit class-based definition of a set of module configurations of a given class of software modules The MCCs can easily be reused to create different variants of the same module class, without having to change the module class design Fifth, we develop a set of software tools for DCSL, MCCL and the generators associated with these aDSLs We implement these tools as components in a software framework, named jDomainApp, which we have developed in our research To evaluate the contributions, we first demonstrate the practicality of our method by applying it to a relatively complex, real-world software construction case study, concerning organisational process management We then evaluate DCSL as a design specification language and evaluate the effectiveness of using MCCL in module-based software construction We focus the latter evaluation on module generativity We contend that our contributions help make the DDD method more concrete and more complete for software development On the one hand, the method becomes more concrete with solutions that help effectively apply the method in OOPL platforms On the other hand, the method is more complete with solutions for the design aspects that were not originally included Tóm tắt Trong vòng hai thập kỷ gần đây, phương pháp luận phát triển phần mềm dựa mơ hình lên phương pháp luận quan trọng kỹ nghệ phần mềm Ở trung tâm phương pháp luận có hai phương pháp có tính bổ trợ là: kỹ nghệ phần mềm hướng mơ hình (model-driven software engineering (MDSE)) thiết kế hướng miền (domain-driven design (DDD)) Trong MDSE mang mục tiêu rộng tham vọng mục tiêu DDD lại khiêm tốn thực tế hơn, tập trung vào cách áp dụng kỹ thuật kỹ nghệ dựa mô hình để giải phức tạp vốn có yêu cầu miền Phương pháp DDD bao gồm tập nguyên lý để xây dựng mô hình miền dạng khả thi cho triển khai viết mã ngơn ngữ lập trình đích Tuy nhiên phương pháp thiếu giải pháp cần thiết giúp giải đáp hai câu hỏi quan trọng mà người phát triển phần mềm thường gặp phải áp dụng DDD vào tảng ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng (object oriented programming language (OOPL)): (i) thành phần cấu tạo nên mơ hình miền có mức độ diễn đạt thiết yếu? (ii) xây dựng cách hiệu phần mềm từ mơ hình miền nào? Luận án đặt mục đích khắc phục hạn chế DDD cách sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt miền dựa ghi (annotation-based domain-specific language (aDSL)), phát triển OOPL, để không biểu diễn mơ hình miền hợp thiết yếu mà cịn để xây dựng phần mềm có tính mơ-đun từ mơ hình miền Thứ nhất, luận án đề xuất aDSL, tên ngôn ngữ đặc tả lớp miền (domain class specification language (DCSL)), bao gồm tập ghi để biểu diễn ràng buộc cấu trúc thiết yếu hành vi thiết yếu lớp miền Tác giả cẩn thận lựa chọn đặc trưng thiết kế từ số nguồn tài liệu học thuật có uy tín kỹ nghệ phần mềm kỹ nghệ hệ thống lập luận đặc trưng tạo thành không gian thiết kế tối giản cho lớp miền Thứ hai, luận án đề xuất phương thức tiếp cận mơ hình hóa miền hợp nhất, sử dụng DCSL để biểu diễn thành phần mơ hình hóa cấu trúc hành vi Luận án chọn ngôn ngữ biểu đồ hoạt động UML cho mơ hình hóa hành vi trình bày cách biểu diễn đặc trưng chuyên biệt trạng thái ngôn ngữ DCSL Để chứng tỏ tính thực tiễn cách tiếp cận, luận án định nghĩa tập mẫu mơ hình hóa miền hợp cho toán thiết kế liên quan trực tiếp đến năm luồng hoạt động UML Thứ ba, luận án đề xuất mô tả đặc điểm gồm bốn tính chất cho phần mềm xây dựng trực tiếp từ mơ hình miền Bốn tính chất định nghĩa dựa mơ hình khái niệm phần mềm dạng phân lớp, bao gồm mơ hình miền lớp lõi, lớp mô-đun trực tiếp bao quanh lớp lõi lớp phần mềm Thứ tư, luận án đề xuất aDSL thứ hai, tên ngơn ngữ lớp cấu hình mơ-đun (module configuration class language (MCCL)), dùng để thiết kế lớp cấu hình mơ-đun (module configuration classes (MCCs)) kiến trúc phần mềm dựa mô-đun Mỗi MCC cung cấp định nghĩa dạng lớp cho tập cấu hình mơ-đun lớp mơ-đun Các MCC dễ dàng sử dụng lại để tạo biến thể lớp mô-đun mà không cần sửa thiết kế bên mô-đun Thứ năm, luận án phát triển công cụ dành cho DCSL, MCCL sinh mã ngôn ngữ này, dạng thành phần phần mềm khung, tên JDOMAINAPP Để đánh giá kết trên, luận án trước hết trình diễn tính thực tiễn phương pháp cách áp dụng vào trường hợp nghiên cứu tương đối phức tạp phát triển phần mềm, liên quan đến quản lý quy trình tổ chức Tiếp theo, luận án đánh giá DCSL từ khía cạnh ngơn ngữ đặc tả đánh giá hiệu việc sử dụng MCCL xây dựng mô-đun phần mềm cách tự động Chúng tơi cho rằng, đóng góp luận án giúp phương pháp DDD trở nên cụ thể đầy đủ Một mặt, phương pháp trở nên cụ thể với giải pháp giúp áp dụng cách hiệu vào tảng OOPL Mặt khác, phương pháp trở nên đầy đủ với giải pháp cho khía cạnh thiết kế chưa xem xét tới Acknowledgement I would first like to thank my supervisors, Assoc Prof Nguyen Viet Ha and Dr Dang Duc Hanh, for their instructions and guidance throughout my research and the development of this dissertation I would also like to thank all the teachers at the Faculty of Information Technology (University of Engineering and Technology, Hanoi) for the very kind support that I have received throughout my research study at the department I am deeply grateful for my home university (Hanoi University) for providing the PhD studentship and a gracious teaching arrangement, that has enabled me to have the time to complete the required course works and research I am also very grateful for the financial support that I have additionally received from the MOET’s 911 fund and the NAFOSTED project (grant number 102.03-2015.25), led by Assoc Prof Nguyen Viet Ha I would also like to thank all of my colleagues and fellow PhD students for the many meaningful and entertaining discussions Last but not least, I wish to thank my family for the sacrifices that they have made and for all the love and encouragement that they have given me during my PhD study ... uses a mathematics-based formalism The second approach is translational, which translates the language into another language whose semantics is known The third approach is pragmatic, which uses a. .. of taking the object-relational mapping and applying it to the domain model In particular, it handles how an entity is stored in an underlying database and how to manage access to this database... run-time state when a mogram is executed As a general modelling approach, there are a variety of meta-modelling languages that can be applied A de facto language is Unifield Modelling Language (UML)