Tài liệu Phân tích thiết kế phần mềm hướng đối tượng sử dụng mẫu và áp dụng cho bài toán quản lý nước ttns & vsmt nông thông thái nguyên

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Ngô Thị Thùy Vân PHÂN TÍCH THIẾT KẾ PHẦN MỀM HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG SỬ DỤNG MẪU VÀ ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ NƢỚC TẠI TTNS&VSMT NÔNG THÔN THÁI NGUYÊN CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 60. 48. 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Nguyễn Văn Vỵ Thái Nguyên - 2012 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan về toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đƣợc trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và đƣợc trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Ngô Thị Thùy Vân 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em xin đƣợc trân trọng cảm ơn và bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ, giảng viên bộ môn Công Nghệ Phần Mềm – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Trƣờng Đại học Công Nghệ ĐHQGHN. Trong toàn bộ quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, thầy đã rất tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn, định hƣớng, giảng giải cho em trong việc nghiên cứu và thực hiện hoàn thành luận văn. Em xin đƣợc cảm ơn các Giáo Sƣ, Tiến Sĩ, các thầy cô trong trƣờng đại học Công Nghệ Thông tin và Truyền thông Thái Nguyên đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong quá trình học tập, thực hành, làm bài tập, đọc và nhận xét luận văn của em, giúp em hiểu thấu đáo hơn lĩnh vực mà em đang nghiên cứu và những hạn chế cần khắc phục trong việc học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và nhất là các thành viên trong gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, động viên, cổ vũ em trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Thái Nguyên, tháng 09 năm 2012 Ngô Thị Thùy Vân 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 2 MỤC LỤC .............................................................................................................. 3 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ 7 DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ ............................................................. 8 MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 10 CHƢƠNG 1: QUY TRÌNH PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG SỬ DỤNG MẪU THIẾT KẾ ................................................................................ 12 1.1 Ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất – UML ...................................................... 12 1.2. Quy trình tổng quát phát triển phần mềm hƣớng đối tƣợng ............................ 13 1.2.1. Ca sử dụng điều khiển toàn bộ quá trình phát triển ................................... 15 1.2.2. Quá trình phát triển lấy kiến trúc làm trung tâm ....................................... 15 1.2.3. Tiến trình phát triển là quá trình lặp và tăng dần ...................................... 16 1.3 Tổng quan về mẫu thiết kế .............................................................................. 20 1.3.1. Khái niệm mẫu thiết kế (pattern) .............................................................. 20 1.3.2. Phân loại mẫu .......................................................................................... 21 1.3.3. Một số mẫu thiết kế thông dụng ............................................................... 21 1.3.3.1. Mẫu thiết kế GoF (Gang of Four) ............................................................. 21 a. Các mẫu tạo lập ............................................................................................... 21 b. Các mẫu cấu trúc ............................................................................................. 22 c. Các mẫu ứng xử ............................................................................................... 22 1.3.3.2. Mẫu gán trách nhiệm (GRASP) ............................................................... 22 a. Mẫu Expert ....................................................................................................... 23 b. Mẫu Creator...................................................................................................... 23 c. Mẫu Low Coupling (ghép nối thấp) .................................................................. 24 d. Mẫu High Cohesion (kết dính cao) ................................................................... 24 e. Mẫu Cotroller (kiểm soát) ................................................................................. 25 CHƢƠNG 2: BÀI TOÁN QUẢN LÝ NƢỚC SẠCH VÀ GIẢI PHÁP CNTT ....... 26 2.1. Trung tâm NS&VSMT và hoạt động của nó .................................................. 26 2.1.1. Sự hình thành của trung tâm NS&VSMT ................................................. 26 2.1.2. Mô hình tổ chức và hoạt động nghiệp vụ.................................................. 27 a. Ban lãnh đạo Trung tâm .................................................................................... 27 b. Phòng Hành chính ............................................................................................ 28 c. Phòng Kế hoạch – Kỹ thuật ............................................................................... 29 d. Các trạm Dịch vụ .......................................................................................... 30 2.2. Dịch vụ cung cấp nƣớc sạch và những vấn đề đặt ra ...................................... 31 2.2.1. Quy trình nghiệp vụ quản lý cung cấp nƣớc sạch ..................................... 31 5 2.2.2. Những vấn đề đặt ra ................................................................................. 33 2.2.3 Yêu cầu của hệ thống mới ......................................................................... 34 2.3 Mô tả mô hình nghiệp vụ của hệ thống ........................................................... 37 2.3.1. Các chức năng của hệ thống ..................................................................... 37 2.3.2. Các tác nhân nghiệp vụ ............................................................................ 38 2.3.3. Các đối tƣợng nghiệp vụ và các thao tác nghiệp vụ ................................. 38 a. Các đối tƣợng nghiệp vụ ................................................................................... 38 b. Các thao tác nghiệp vụ ...................................................................................... 39 2.3.4 Mô hình miền lĩnh vực ............................................................................. 40 2.3.5 Các tiến trình nghiệp vụ trong hệ thống cấp nƣớc .................................... 41 CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ BÀI TOÁN QUẢN LÝ NGUỒN NƢỚC SẠCH ................................................................................................................... 42 3.1 Phát triển mô hình ca sử dụng ........................................................................ 42 3.1.1 Biểu đồ ca sử dụng mức gộp ..................................................................... 42 3.1.2 Mô tả chức năng các ca sử dụng ................................................................ 42 3.2. Biểu đồ ca sử dụng chi tiết ............................................................................. 44 3.2.1. Biểu đồ ca sử dụng hệ con “Ký hợp đồng cấp nƣớc” ................................ 44 3.2.1.1. Tạo mới hợp đồng ................................................................................... 44 3.2.1.2 Sửa hợp đồng ............................................................................................ 45 3.2.2. Theo dõi sử dụng ..................................................................................... 46 3.2.3. Lập hóa đơn ................................................................................................ 47 3.2.4. Thu tiền sử dụng nƣớc ................................................................................ 48 3.2.5. Tra cứu .................................................................................................... 49 3.2.6. Báo cáo thống kê...................................................................................... 51 3.3. Phân tích hệ thống ......................................................................................... 52 3.3.1. Tạo mới hợp đồng .................................................................................... 52 3.3.2. Nhập chỉ số sử dụng .................................................................................... 53 3.3.3. Lập hóa đơn ................................................................................................ 54 3.3.4. Tra cứu ....................................................................................................... 55 3.4. Lựa chọn mẫu và thiết kế hệ thống ................................................................ 55 3.4.1. Tạo mới hợp đồng .................................................................................... 55 3.4.2. Nhập chỉ số sử dụng .................................................................................... 59 3.4.3. Tra cứu hợp đồng ........................................................................................ 61 3.4.4. Lập hóa đơn ............................................................................................. 62 3.4.5. Thanh toán ............................................................................................... 64 3.4.6. Biểu đồ lớp thiết kế của hệ thống ............................................................. 65 3.4.7. Thiết kế dữ liệu ....................................................................................... 67 3.4.8. Mô hình triển khai hệ thống .................................................................... 70 3.5. Giao diện ....................................................................................................... 71 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 73 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 75 6 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt UML OOSE OMT Tên đầy đủ Unified Modeling Language Object-Oriented Software Engineering Object Modeling Technique UC Use case RUP Rational Unified Process GRASP NS&VSMT General Responsibility Assignment Software Nƣớc sạch và vệ sinh môi trƣờng NM Nhà máy TT Trung tâm UBND CMTND CSDL PC GTGT Ủy ban nhân dân Chứng minh thƣ nhân dân Cơ sở dữ liệu Personal Computer Giá trị gia tăng 7 DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Số Tên bảng và hình Trang Hình 1.1 Tiến trình chung pháp triển phần mềm 9 Hình 1.2 Vòng đời của hệ thống 10 Hình 1.3 Các pha và bƣớc lặp 10 Hình 1.4 Sơ đồ tổng quát các bƣớc phân tích, thiết kế và sản phẩm theo RUP 16 Hình 2.1 Mô hình tổ chức hành chính của TT NS&VSMT Thái Nguyên 22 Hình 2.2 Biểu đồ miền lĩnh vực 37 Hình 2.3 Các tiến trình nghiệp vụ 38 Hình 3.1 Biểu đồ ca sử dụng mức gộp 39 Hình 3.2 Ca sử dụng Ký hợp đồng cấp nƣớc 41 Hình 3.3 Chi tiết ca sử dụng Theo dõi sử dụng 43 Hình 3.4 Chi tiết ca sử dụng Thu tiền sử dụng 45 Hình 3.5 Chi tiết ca sử dụng Tra cứu 46 Hình 3.6 Chi tiết ca sử dụng Báo cáo thống kê 48 Hình 3.7 Biểu đồ lớp phân tích thực thi ca sử dụng Tạo mới hợp đồng 49 Hình 3.8 Biểu đồ lớp phân tích thực thi ca sử dụng Nhập chỉ số sử dụng 50 Hình 3.9 Biểu đồ lớp phân tích thực thi ca sử dụng Lập hóa đơn 51 Hình 3.10 Biểu đồ lớp phân tích thực thi ca sử dụng Tra cứu hợp đồng 52 Hình 3.11 Biểu đồ lớp ca sử dụng Thêm mới hợp đồng 53 Hình 3.12 Biểu hoạt động ca sử dụng Thêm mới hợp đồng 54 Hình 3.13 Sơ đồ tuần tự ca sử dụng Thêm mới hợp đồng 55 Hình 3.14 Biểu đồ lớp thiết kế ca sử dụng Nhập chỉ số sử dụng 56 Hình 3.15 Sơ đồ hoạt động năng Nhập chỉ số sử dụng 57 Hình 3.16 Sơ đồ tuần tự chức năng Nhập chỉ số sử dụng 57 Hình 3.17 Biểu đồ lớp thiết kế ca sử dụng Tra cứu hợp đồng 58 Hình 3.18 Sơ đồ tuần tự ca sử dụng Tra cứu hợp đồng 59 Hình 3.19 Biểu đồ hành động Lập hóa đơn 59 Hình 3.20 Biểu đồ cộng tác ca sử dụng Lập hóa đơn 60 Hình 3.21 Biểu đồ cộng tác ca sử dụng Lập hóa đơn 60 Hình 3.22 Biểu đồ lớp thiết kế ca sử dụng Thanh toán 61 Hình 3.23 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng Thanh toán 61 Hình 3.24 Biểu đồ lớp thiết kế hệ thống quản lý nƣớc 62 8 Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ dữ liệu của hệ thống 63 Hình 3.26 Mô hình triển khai hệ thống 67 Hình 3.27 Giao diện đăng nhập 68 Hình 3.28 Thêm mới hợp đồng sử dụng nƣớc 68 Hình 3.29 Form nhập chỉ số 69 Hình 3.30 Form Tra cứu hợp đồng 69 Bảng 2.1 Các chức năng của hệ thống 34 Bảng 2.2 Các tác nhân nghiệp vụ của hệ thống 35 Bảng 3.1 Các lớp thiết kế tham gia thực thi ca sử dụng Thêm mới HĐ 53 Bảng 3.2 Các lớp thiết kế tham gia thực thi ca sử dụng Nhập chỉ số 56 Bảng 3.3 Các lớp thiết kế tham gia thực thi ca sử dụng Tra cứu HĐ 58 Bảng 3.4 Các lớp thiết kế tham gia thực thi ca sử dụng Lập hóa đơn 59 Bảng 3.5 Các lớp thiết kế tham gia thực thi ca sử dụng Thanh toán 61 9 MỞ ĐẦU Phần mềm ngày càng lớn, việc tiếp cận và phát triển phần mềm hƣớng cấu trúc gặp rất nhiều khó khăn khi tạo ra cấu trúc phần mềm với quá nhiều mô đun, khó kiểm soát, đặc biệt khi bảo trì. Cách tiếp cận hƣớng đối tƣợng cho phép xây dựng phần mềm với các đối tƣợng độc lập tƣơng đối với nhau. Việc phát triển hệ thống lớn dẫn đến phát triển các thành phần (các lớp đối tƣợng) độc lập với nhau để lắp ghép lại thành hệ thống lớn không bị giới hạn. Cách tiếp cận này không chỉ có lợi khi phát triển, mà còn đặc biệt hiệu quả khi bảo trì và sử dụng lại những thành phần độc lập này. Khi gặp một vấn đề, ngƣời thiết kế đã lựa chọn một phƣơng pháp tối ƣu, sao cho tốt nhất, phù hợp nhất, sử dụng dễ, giảm thiểu đƣợc độ phức tạp cũng nhƣ tiết kiệm công sức và thời gian cho sự phát triển lần đầu cũng nhƣ những lần sau, đặc biệt khi tái sử dụng lại chúng. Khi phát triển hệ thống hƣớng đối tƣợng, các chuyên gia đã đúc rút đƣợc kinh nghiệm và đƣa ra nhiều khuôn dạng chung về các mẫu thiết kế phần mềm. Việc áp dụng các mẫu này đáp ứng đƣợc phần nào yêu cầu khắt khe của công nghệ phần mềm hiện đại và đem lại hiệu quả lớn cả về thời gian và chi phí. Các mẫu thiết kế đƣợc các nhà thiết kế sau này coi nhƣ những từ vựng chung để tạo ra các thiết kế tốt khi sử dụng lại chúng. Tại Việt nam, vấn đề phát triển hệ thống phần mềm hƣớng đối tƣợng triển khai chƣa lâu, việc sử dụng lại mẫu thiết kế trong thiết kế còn rất hiếm. Hiểu và áp dụng các mẫu thiết kế vào quy trình phát triển phần mềm hƣớng đối tƣợng đòi hỏi có thời gian và cần nhiều thử nghiệm. Vì lý do đó mà đề tài “Phân tích, thiết kế phần mềm hướng đối tượng sử dụng mẫu và áp dụng cho bài toán quản lý nước tại trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn Thái Nguyên” đƣợc chọn làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của em. Trƣớc hết, nó góp phần giải quyết vấn đề thiết kế các hệ thống phần mềm của thực tiễn đặt ra một cách khoa học, hiệu quả. Sau nữa, đây là một cách để nâng cao trình độ trong 10 công nghệ thiết kế và tích lũy kinh nghiệm sử dụng mẫu nhằm phát huy hiệu quả của chúng. Luận văn gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1: Quy trình phát triển phần mềm hƣớng đối tƣợng sử dụng mẫu thiết kế Chƣơng 2: Bài toán quản lý nƣớc sạch và giải pháp công nghệ thông tin Chƣơng 3: Phân tích và thiết kế bài toán quản lý nguồn nƣớc sạch Cuối cùng là kết luận và tài liệu tham khảo. 11 CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG MẪU THIẾT KẾ 1.1 Ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất – UML Một mô hình (model) là một sự mô tả đơn giản hoá đối tượng của thế giới thực. Có thể xem mô hình là “hình ảnh” của đối tƣợng đƣợc nhìn nhận theo những góc nhìn nào đó. Mô hình hóa là quá trình mô tả đối tƣợng bằng những mô hình khác nhau. Phương pháp mô hình hóa là phƣơng pháp nghiên cứu đối tƣợng thông qua việc nghiên cứu các mô hình của chúng. Mô hình hoá là một phần trung tâm của tất cả các hoạt động dẫn đến việc triển khai một phần mềm tốt. Chúng ta xây dựng mô hình để truyền đạt một cấu trúc và hành vi mong muốn của hệ thống; xây dựng mô hình để làm trực quan hoá và kiểm soát đƣợc kiến trúc của hệ thống. Nhờ xây dựng mô hình mà ta hiểu rõ hơn hệ thống cần phát triển, và làm lộ ra những cơ hội để đơn giản hoá và để sử dụng lại chúng. Mặt khác, xây dựng các mô hình để chế ngự các rủi ro khi phát triển hệ thống. UML là một ngôn ngữ mô hình hoá chuẩn để giúp tạo ra các sản phẩm đặc tả khác nhau trong quá trình phát triển một hệ thống phần mềm hƣớng đối tƣợng, trong đó đặc biệt là các bản thiết kế phần mềm. Nó đƣợc hợp nhất từ nhiều thành tựu và kinh nghiệm trong việc nghiên cứu và triển khai thuộc lĩnh vực công nghệ thông tin của các nhà khoa học, những chuyên gia nghiên cứu và triển khai, trong đó nổi bật nhất là Grady Booch và Ivar Jacobson (với ObjectOriented Software Engineering - OOSE), James Rumbaugh (với Object Modeling Technique - OMT). UML thích hợp cho việc mô hình hoá các hệ thống, từ các hệ thống thông tin xí nghiệp đến các ứng dụng phân tán dựa trên Web và cả các hệ thống nhúng thời gian thực. Nó là ngôn ngữ biểu diễn đặc tả đề cập đƣợc mọi khung nhìn cần thiết cho việc phát triển và sau đó là triển khai các hệ thống nói trên. 12 UML chỉ là một ngôn ngữ và vì vậy nó cần phải là một phần của phƣơng pháp phát triển phần mềm. UML là một ngôn ngữ độc lập với quá trình phát triển, mặc dù vậy, tốt hơn cả là nó cần đƣợc sử dụng trong một tiến trình phát triển. 1.2. Quy trình tổng quát phát triển phần mềm hướng đối tượng Một quá trình phát triển phần mềm là một tập của các hoạt động cần thiết để chuyển các yêu cầu ngƣời dùng thành một hệ thống phần mềm đáp ứng đƣợc các yêu cầu đặt ra (hình 1.1.) Yêu cầu ngƣời dùng Tiến trình phát triển phần mềm Hệ thống phần mềm Hình 1.1: Tiến trình chung phát triển phần mềm Vòng đời phát triển một phần mềm thƣờng gồm các giai đoạn sau: Xác định yêu cầu hệ thống, phân tích, thiết kế, triển khai, vận hành và bảo trì hệ thống. Tiến trình phát triển phần mềm hƣớng đối tƣợng dựa trên công nghệ đối tƣợng, cụ thể là dựa trên các thành phần, tức là hệ thống phần mềm sẽ đƣợc xây dựng dựa trên các thành phần phần mềm kết nối với nhau qua các giao diện đã đƣợc xác định. Do vậy, nội dung thực hiện các giai đoạn trong tiến trình và nội dung mỗi bƣớc có một sự khác biệt nhất định so các quá trình phát triển hƣớng cấu trúc đã biết. Vòng đời phát triển phần mềm đƣợc chia thành bốn pha: sơ bộ, soạn thảo, xây dựng và chuyển đổi (hình 1.2). Trong mỗi pha lại chia thành nhiều bƣớc lặp nhỏ. Mỗi bƣớc lặp đều gồm một số công việc thực hiện chọn vẹn một sản phẩm phần mềm: lập mô hình nghiệp vụ, xác định yêu cầu, phân tích, thiết kế, triển khai và kiểm thử. Tuy nhiên, bƣớc lặp trong mỗi pha khác với bƣớc lặp ở các 13 pha khác về nội dung cũng nhƣ khối lƣợng mỗi loại công việc thực hiện. (Hình 1.3) Bắt đầu Khởi thảo Bƣớc 1 Kết thúc Thời gian Bƣớc 2 Chi tiết = = Xây dựng = = Chuyển giao = Bƣớc n1 Bƣớc n Suất phẩm thực hiện Hình 1.2: Vòng đời hệ thống Hình 1.3: Các pha và các bƣớc lặp Với mỗi bƣớc lặp, các hoạt động phát triển đƣợc thực hiện trên một phạm vi chỉ liên quan đến một số thành phần nhất định của hệ thống, và kết thúc mỗi bƣớc lặp ta nhận đƣợc một xuất phẩm mới của hệ thống mà sẵn sàng để phân 14 phối và thực hiện đƣợc. Nó bao gồm các mã nguồn đƣợc viết dƣới dạng các thành phần mà có thể đƣợc biên dịch và thực thi, cùng với các hƣớng dẫn sử dụng và nhiều phụ phẩm khác. Tuy nhiên, các xuất phẩm này còn chƣa phải là sản phẩm cuối cùng; vì sản phẩm cuối cùng phải là sản phẩm hoàn thiện thỏa mãn đƣợc yêu cầu của tất cả mọi ngƣời sẽ làm việc với nó. Quá trình phát triển phần mềm hƣớng đối tƣợng có thể sử dụng các công cụ khác nhau. Quá trình này có ba đặc trƣng sau : – Ca sử dụng điều khiển quá trình phát triển – Lấy kiến trúc làm trung tâm – Tiến trình phát triển là quá trình lặp và tăng dần 1.2.1. Ca sử dụng điều khiển toàn bộ quá trình phát triển Một hệ thống phần mềm đƣợc tạo ra là để phục vụ ngƣời dùng. Thuật ngữ ngƣời dùng ở đây bao gồm cả ngƣời dùng hệ thống hay các hệ thống ngoài khác tƣơng tác với hệ thống mà chúng ta xây dựng. Một ca sử dụng (use case) là một phần chức năng của hệ thống cung cấp cho ngƣời dùng để đem lại một kết quả nào đó khi sử dụng nó. Các ca sử dụng dùng để nắm bắt các yêu cầu chức năng. Tập hợp tất cả các ca sử dụng lập thành mô hình ca sử dụng mô tả chức năng đầy đủ của hệ thống. Mô hình này sẽ thay thế cho đặc tả chức năng hệ thống bằng phƣơng pháp truyền thống. Một đặc tả chức năng thƣờng trả lời câu hỏi: hệ thống đƣợc dự kiến sẽ làm gì? Nhƣng đối với ca sử dụng thì câu hỏi lại là: hệ thống dự kiến sẽ làm đƣợc gì cho mỗi ngƣời sử dụng nó? Vì vậy, tất cả các bƣớc của quá trình phát triển đều lấy các ca sử dụng làm cái định hƣớng, chỉ dẫn và kiểm tra. 1.2.2. Quá trình phát triển lấy kiến trúc làm trung tâm Vai trò của kiến trúc hệ thống phần mềm giống một khung nền dựa trên đó phần mềm đƣợc xây dựng và phát triển đến hoàn thiện. Khái niệm kiến trúc phần mềm chứa đựng những khía cạnh tĩnh và động, có ý nghĩa quyết định đối 15 với chất lƣợng một hệ thống. Nó đƣợc phát triển dựa theo yêu cầu của tổ chức, theo cảm nhận của ngƣời dùng và các tổ chức có liên quan khác. Mặt khác, nó cũng chịu ảnh hƣởng của rất nhiều nhân tố khác, chẳng hạn nhƣ phần nền của hệ thống, các khối xây dựng dùng lại đƣợc có sẵn, các cân nhắc về điều kiện triển khai, các hệ thống có sẵn trong môi trƣờng tƣơng tác với nó, và cả các yêu cầu phi chức năng (ví dụ nhƣ tính thể hiện, độ tin cậy). Kiến trúc là một cái nhìn tổng thể về những đặc điểm quan trọng nhất của hệ thống phần mềm khi tạm bỏ qua các chi tiết. Mọi sản phẩm phần mềm đều bao gồm chức năng và hình thức thể hiện. Hai yếu tố này phải cân bằng với nhau để đem lại kết quả tốt nhất. Chức năng tƣơng ứng với các ca sử dụng và hình thức thể hiện tƣơng ứng với kiến trúc của nó. Do đó việc lựa chọn các ca sử dụng để phát triển đƣợc định hƣớng theo kiến trúc và phải phù hợp với kiến trúc. Nói cách khác, kiến trúc phải cung cấp chỗ dựa và cũng là các ràng buộc chung cho việc thực hiện các ca sử dụng ngay từ khi bắt đầu tiến trình phát triển hệ thống và cho đến cả trong tƣơng lai. Để có đƣợc một mẫu cho kiến trúc, nhà kiến trúc phải có hiểu biết chung về các chức năng chính, đó là các ca sử dụng chính yếu. Thƣờng thì các ca sử dụng này chỉ chiếm từ 5-10% tổng số các ca sử dụng. Chúng là các ca sử dụng mang ý nghĩa nhất, tạo nên các chức năng cốt yếu của hệ thống và thƣờng ít thay đổi trong quá trình phát triển. 1.2.3. Tiến trình phát triển là quá trình lặp và tăng dần Việc phát triển một phần mềm nói chung đòi hỏi một số lớn công việc và có thể diễn ra trong một khoảng thời gian.Việc chia nhỏ toàn bộ công việc thành các phần nhỏ hoặc các dự án con là yêu cầu thiết thực. Mỗi dự án con là một bƣớc lặp và tạo nên một sự tăng trƣởng. Điều này dễ dàng thực hiện đƣợc khi phát triển phần mềm hƣớng đối tƣợng vì nó đƣợc cấu thành từ các thành phần độc lập ghép nối lại với nhau. Để đạt hiệu quả nhất, các bƣớc lặp phải đƣợc điều 16 khiển, tức là chúng phải đƣợc lựa chọn và tiến hành theo một cách có kế hoạch từ trƣớc. Lựa chọn cái gì cần triển khai trong một bƣớc lặp dựa trên hai yếu tố sau. Thứ nhất, bƣớc lặp phải liên quan tới một nhóm các ca sử dụng cho phép mở rộng tính khả dụng của hệ thống trong khi phát triển. Thứ hai, bƣớc lặp phải giải quyết những rủi ro quan trọng nhất, tức là hạn chế rủi ro đến mức tối đa có thể. Mỗi bƣớc lặp tiếp đƣợc xây dựng trên cơ sở các xuất phẩm (sản phẩm thiết kế) từ trạng thái mà nó vừa kết thúc ở bƣớc lặp trƣớc. Bởi vì là một dự án con, nên từ các ca sử dụng đã dùng, nó tiếp tục mở rộng việc thực hiện các công việc phân tích, thiết kế, cài đặt, và kiểm thử đối với các chức năng còn lại đƣợc nắm bắt trong các ca sử dụng tiếp theo để đƣa chúng về dạng các mã nguồn thực thi đƣợc. Tuy nhiên, trong một vài bƣớc ban đầu, ngƣời phát triển có thể chỉ thay thế một thiết kế còn sơ bộ bằng một thiết kế khác chi tiết hơn, phức tạp hơn, vì vậy có thể chƣa tạo ra sự tăng trƣởng của xuất phẩm. Nhƣng ở các bƣớc sau, một sự tăng trƣởng của xuất phẩm nói chung là tất nhiên và cần thiết. Trong mỗi bƣớc lặp, ngƣời thiết kế xác định các ca sử dụng liên quan, tạo lập một thiết kế dựa trên kiến trúc đã chọn, triển khai thiết kế dƣới dạng các thành phần, và kiểm tra mức độ tƣơng ứng giữa các thành phần và các ca sử dụng. Nếu một bƣớc lặp thỏa mãn đƣợc các mục đích của nó thì có thể chuyển sang bƣớc lặp tiếp theo. Nếu không, ngƣời thiết kế sẽ phải xem lại và thử một cách tiếp cận mới. Một dự án gọi là thành công nếu đƣợc tiến hành mà không trệch hƣớng nhiều so với kế hoạch đã đƣợc định ra. Tối thiểu hóa đƣợc các vấn đề còn chƣa đƣợc nhận thức chính là một trong các mục tiêu của việc giảm rủi ro. Một quá trình lặp có điều khiển sẽ mang lại rất nhiều lợi ích, đặc biệt giải quyết đƣợc những vấn đề liên quan đến các rủi ro. 17 Những khái niệm – ca sử dụng điều khiển tiến trình, tập trung vào kiến trúc, lặp và tăng dần - có mức độ quan trọng nhƣ nhau. Kiến trúc cung cấp cấu trúc mà theo đó chỉ dẫn công việc trong các bƣớc lặp. Trong khi đó ca sử dụng xác định mục tiêu và định hƣớng công việc cho mỗi vòng lặp. Thiếu một trong ba khái niệm này sẽ làm giảm nghiêm trọng giá trị của quá trình phát triển. Chính quá trình lặp làm dễ dàng cho hoạt động quản lý và giảm sự phức tạp của quá trình phát triển, nhờ vậy mà giảm bớt những rủi ro. 18 Hình 1.4: Sơ đồ tổng quát các bƣớc phân tích, thiết kế và sản phẩm theo RUP 19 1.3 Tổng quan về mẫu thiết kế 1.3.1. Khái niệm mẫu thiết kế (pattern) Theo định nghĩa của Christopher Alexander: “Một mẫu mô tả một vấn đề xảy ra lặp đi lặp lại và mô tả phần cốt lõi của giải pháp cho vấn đề đó, chúng ta có thể sử dụng lại giải pháp đã có hàng triệu lần”. Nói chung, một mẫu mô tả một vấn đề thƣờng xảy ra trong phát triển phần mềm và mô tả giải pháp cho vấn đề đó theo cách có thể dùng lại đƣợc. Các mẫu là phƣơng tiện truyền bá tri thức và kinh nghiệm, truyền từ những ngƣời giàu kinh nghiệm đến những ngƣời thiếu kinh nghiệm. Hầu hết các mẫu đƣợc xây dựng để hỗ trợ chỉ cho tiếp cận hƣớng đối tƣợng Thông thƣờng một mẫu đƣợc thể hiện với 4 yếu tố chính: − Tên mẫu: cụm từ ngắn, cho phép tham chiếu đến mẫu − Vấn đề: mô tả khi nào áp dụng mẫu, giải thích vấn đề và khung cảnh. − Giải pháp cho vấn đề: mô tả các yếu tố tạo nên thiết kế, các mối quan hệ giữa chúng, các trách nhiệm và sự cộng tác giữa chúng. Giải pháp không mô tả thiết kế hoặc triển khai cụ thể, vì một mẫu có thể đƣợc áp dụng trong nhiều tình huống khác nhau. Mẫu chỉ cung cấp bản mô tả trừu tƣợng về một vấn đề thiết kế và việc sắp xếp các yếu tố ở mức chung nhất để giải quyết nó. − Kết quả: là các kết quả của việc áp dụng mẫu. Vì chúng ta luôn phải trả giá cho việc áp dụng mẫu nên trƣớc đó chúng ta cần xác định chi phí bỏ ra cũng nhƣ kết quả thu về để có thể quyết định lựa chọn mẫu phù hợp và áp dụng nó. Ví dụ: Tên mẫu: Vấn đề: Giải pháp Creator Ai có trách nhiệm tạo ra một thể hiện mới của một lớp? Lớp B có trách nhiệm tạo ra một thể hiện mới của lớp A nếu một trong các điều kiện dƣới đây thỏa mãn: B là một tập hợp các đối tƣợng A (B và A có mối quan hệ 20 aggregate) B chứa các đối tƣợng A (B và A có mối quan hệ contain) B lƣu lại các thể hiện của các đối tƣợng A B sử dụng các đối tƣợng A B có dữ liệu khởi tạo mà đƣợc truyền tới A khi nó đƣợc tạo. Bảng 1.1: Ví dụ về mẫu thiết kế 1.3.2. Phân loại mẫu Các mẫu đƣợc phân loại theo nhiều cách khác nhau, một trong số đó là cách phân loại theo các giai đoạn phát triển phần mềm:  Mẫu phân tích  Mẫu thiết kế  Mẫu triển khai Trong nghiên cứu này chỉ tập trung vào các mẫu thiết kế. 1.3.3. Một số mẫu thiết kế thông dụng 1.3.3.1. Mẫu thiết kế GoF (Gang of Four) Các mẫu GoF đƣợc xem là các mẫu nền tảng cho các nhà khoa học làm cơ sở để đề xuất ra những mẫu thiết kế hữu ích cho ngành công nghiệp phát triển phần mềm gồm 3 nhóm: Các mẫu tạo lập (Creational patterns), các mẫu cấu trúc (Structural patterns) và các mẫu ứng xử (Behavioural patterns). a. Các mẫu tạo lập Các mẫu thiết kế thuộc nhóm này nhằm tổng quát hóa quá trình thực thi của một tiến trình công việc nào đó. Chúng giúp một hệ thống độc lập với việc tạo, thực hiện và biểu diễn các đối tƣợng của nó. Các mẫu tạo lập dạng lớp (class creational patterns) sử dụng tính kế thừa để yêu cầu lớp khác thực hiện công việc theo từng tiêu chuNn hay tình huống cụ thể. Trong khi các mẫu tạo lập dạng đối tƣợng (object creational patterns) sẽ ủy nhiệm công việc đến các đối tƣợng khác. Nhóm này bao gồm các mẫu: Factory Method, Abstract Factory, Builder, Prototype, Singleton.