Software Baseado em Componentes

O que são componentes?

Uma afirmação feita no final dos anos 90:
- "The advent of component software may be the most important new development in the software industry since the introduction of high-level programming languages."
Uau! Talvez seja exagero, mas, no mínimo, temos que investigar isso!

Qual é o problema?

Duas classes (sem trocadilho!) de problemas
- Pressões do negócio
- Pressões tecnológicas

Pressões do negócio

Steve Jobs fala: "Few companies have the luxury of reinventing themselves when they compete on Internet time"
- "Internet time" é um novo conceito e significa que as empresas devem implementar novos sistemas muito rapidamente
Muitos sistemas de empresas devem migrar para Internet/Intranet/Extranet
Novos tipos de sistemas devem ser desenvolvidos para usar a tecnologia como business advantage, dando um diferencial nos negócios
Muitos sistemas devem mudar devido a mudanças nos negócios
- Fusões e aquisições
Resultado: tem muito mais software a fazer, muito mais rapidamente
- Mas há pressões para manter custos de IT (Information Technology) baixos

Pressões tecnológicas

Evolução tecnológica força mudanças de sistemas
- Muitas empresas acabam de fazer a transição para cliente/servidor e agora a palavra de ordem é "client/server is dead!"
- Sistemas devem migrar para arquiteturas distribuídas N-tier
  - Para ter escala
  - Para ter acesso Internet mas com acesso a sistemas legados
    - Não podemos jogar o legado fora
  - Para juntar sistemas operando em plataformas diferentes
- Poxa! Que saco! Mudar de novo! Com que tipo de tecnologia de desenvolvimento?
O desenvolvimento de software ficou muito mais complexo nos últimos anos
- Motivos acima
- Usuários querem funcionalidade mais sofisticada
Problemas de complexidade
- O desenvolvimento de muitos grandes sistemas tem fracassado recentemente
Resumindo: fazer sistemas de produção customizados do zero in-house:
- é muito caro
- demora muito tempo
- não produz boa qualidade

O que queremos?

O que grandes empresas, com grandes problemas de desenvolvimento de sistemas, querem?
Melhor flexibilidade
- Possibilitando satisfazer novos requisitos do negócio (=funcionalidade) rapidamente
Melhor adaptabilidade
- Possibilitando customizar uma aplicação para vários usuários, usando várias alternativas de delivery dos serviços da alicação com impacto mínimo ao núcleo da aplicação
Melhor manutenabilidade
- Possibilitando atualizar uma aplicação mas minimizando o impacto da maioria das mudanças
Melhor reusabilidade
- Possibilitando rapidamente montar aplicações únicas e dinâmicas
Melhor aproveitamento do legado
- Possibilitando reusar a funcionalidade de sistemas legados em novas aplicações
Melhor interoperabilidade
- Possibilitando integrar 2 aplicações executando em plataformas diferentes
Melhor escalabilidade
- Possibilitando distribuir e configurar a execução da aplicação para satisfazer vários volumes de transação
Menor tempo de desenvolvimento
- Possibilitando viver em "Internet time" e com baixo orçamento
Melhor robustez
- Possibilitando ter soluções com menos defeitos
Menor risco
- Possibilitando tudo que falamos acima e ainda não se arriscar a ter projetos fracassados
Resumindo: tudo que ISO 9126 caracteriza como "qualidade de software"
- Funcionalidade, Manutenabilidade, Usabilidade, Eficiência, Confiabilidade, Portabilidade
- E mais algumas coisinhas ...

Orientação a Objetos não está resolvendo?

Muitos grandes projetos baseados em OO estão fracassando recentemente
Aparentemente, OO não está à altura
OO é apenas uma enabling technology
- Benefícios não são automáticos mas dependem do uso correto da tecnologia
Precisamos descobrir o que acrescentar a OO para melhorar as coisas
Onde OO peca?
- OO (sozinho) não produz software reutilizável automaticamente
- OO (sozinho) não tem boa escalabilidade
- OO (sozinho) não provê boa encapsulação (esconder informação)
Isto pode ser visto com o resultado do uso de OO sem disciplina
- Hyperspaghetti Objects (ver figua abaixo)

comp1.gif (3102 bytes)

Ocorre mais quando software cresce em tamanho
- Um objeto pode referenciar qualquer outro
- Referências demais não permitem arrancar um objeto e reutilizá-lo sozinho
- Manutenção difícil, causando instabilidade
- Tirar bugs introduz novos bugs
Resultado: o programa está muito complexo e não gerenciável

Onde OO peca mais?
- OO (sozinho) não permite a construção de sistemas verdadeiramente extensíveis
  - Para ser verdadeiramente extensível, um sistema deve permitir a adição tardia de uma extensão sem necessitar de uma verificação global de integridade
  - Em outras palavras, para adicionar algo, somos obrigados a passar por compilação e/ou link edição, testes de integração, etc.
  - Queremos fazer mais ou menos como num sistema operacional
    - Aplicações estendem o SO mas não precisamos de um teste total de sistema
    - Temos problemas de instalação e configuração, apenas
- O uso de herança em OO cria um acoplamento muito forte entre os pedaços
  - Por este motivo, a extensão de uma classe usando herança (de implementação) requer frequentemente que se tenha o código fonte da classe sendo estendida
  - Muitos fornecedores de bibliotecas OO fornecem código fonte por este motivo

Então como fazer?

Precisamos de novos approaches
Exemplos
- Frameworks
- Components
Cuidado! Houve promessas de Nirvana antes!
- Mas hoje (1999), as pessoas ainda estão entusiasmadas
Aqui, examinaremos Desenvolvimento de Software Baseado em Componentes
Idéias básicas
- Vamos examinar mercados bem sucedidos para ver o que eles fazem diferente do que é feito no mercado de software
- Como mercados maduros dão boa relação qualidade/preço?
- Mercado industrial ensina que a manufatura (carros, p. ex.) não tem muitos dos problemas da construção de software
  - Porque a manufatura usa Componentes Pré-Fabricados
- Pense em carros, bicicletas, hardware (com circuitos integrados)
- Porque usar componentes é bom?
  - A empresa não tem que fazer tudo
  - Ela se concentra no que ela é boa
  - Ela compra componentes de outros especialistas
  - É a boa e velha "terceirização"
  - Desta forma, pode-se focar melhor apenas no que falta
Resultado:
- Componentes reutilizáveis
- Compre, não construa porque deve ser mais barato
- Pare de escrever aplicações do zero cada vez que inicia um projeto
- Muda a ênfase da programação (construção) para a composição (montagem)
  - Como usar bloquinhos Lego
Veremos definições do que é um Componente adiante
- Pense numa aplicação que lê o preço de ações de um newsfeed e que pode ser "ligado" a uma planilha; Este componente faz alguns cálculos e passa os resultados para um banco de dados
- Outro exemplo conhecido: pequenos componentes como "Controls VBX" do Visual Basic (ou OCX, ou ActiveX)

Precisamos de uma forma simples de dinamicamente conectar os componentes entre si mas não em tempo de compilação ou link-edição
- Quero usar uma ferramenta visual para
  - Configurar os componentes
  - Interconectar os componentes (estabelecer associações)
- Estou "programando" sem codificar
- Também chamado de
  - Attribute programming
  - Visual programming
  - Interactive programming
  - Rapid Application Development (RAD)
Isso leva ao conceito de "design time" (ou Assembly Time)
- E, na realidade, a um novo processo de desenvolvimento
Isso já está sendo feito há um certo tempo com Controls em VB e Delphi
- Mas componentes vão muito mais longe!
Como Component-Based Development (CBD) ajuda a obter as qualidades de software da ISO 9126?

Funcionalidade	Uso de componentes pré-existentes permite entregar mais funcionalidade em menos tempo
Manutenabilidade	A estrutura modular de uma solução baseada em componentes permite a substituição de componentes individuais
Usabilidade	Substituição de componentes em tempo de execução permite boa customização. Uso de componentes padronizados uniformiza a interface GUI.
Eficiência	Componentes podem mudar de plataforma para ganhar mais desempenho. A escalabilidade é maior com o uso de componentes atuando em paralelo para tratar a maior carga de informação
Confiabilidade	Componentes reutilizáveis já foram testado em outros contextos e são portanto mais robustos
Portabilidade	A especificação de um componente independe da plataforma. Reimplementar um componente para outra plataforma não deve afetar a arquitetura ou solução final.

Espera-se que a migração das aplicações para o uso de componentes ocorrerá na seguinte sequência:
- Em computadores clientes executando código "off-the-shelf", principalmente na interfaces gráficas
  - Como VB/Delphi, hoje
- Em software customizado que executa em clientes
  - Vimos isso acontecer com applets, ActiveX em aplicações que executam em rede
- Em software de servidor, que é mais estável do que software cliente
  - É o que está acontecendo agora (1999)

O que são Componentes?

Vamos agora detalhar as idéias
Muitas definições foram oferecidas ao longo dos últimos anos (ver aqui)
Apesar da confusão nas definições, podemos enxergar algo em comum
Vamos iniciar com a definição mais geral de D'Souza
- Componente geral: "Um pacote coerente de artefatos de software que pode ser desenvolvido independentemente e entregue como unidade e que pode ser composto, sem mudança, com outros componentes para construir algo maior."
Baseados nesta definição, todas as coisas que seguem poderiam ser consideradas "componentes", pelo menos em espírito:
- Arrastar um widget de GUI, tal como uma list box, e conectar as listas a uma fonte apropriada de dados do domínio do problema
- Usar a mesma template de lista em C++ para implementar várias classes do domínio do problema através da especialização do parâmetro do template:

    class Pedido {
        private: List<ItemDePedido> itens;
    };

Usar os seguintes produtos off-the-shelf (produtos prontos): um pacote de calendário, um processador de textos e uma planilha, e montar esses componentes heterogêneos usando scripts que resolver um problema particular do domínio do problema.
Usar um framework de classes, usando, por exemplo, componentes do pacote Swing da linguagem Java, para construir uma interface com o usuário para muitas aplicações e conectar os componentes gráficos a seus objetos de domínio de problema.
Usar um framework de alocação de recursos que modelar problemas variando da alocação de salas para seminários até o escalonamento de tempo de máquina para a produção de lotes de peças numa fábrica
Usar construções pré-definidas de uma linguagem de programação numa infinidade de contextos:

    for(...; ...; ...) {
        ...
    }

Usando essa definição, um componente pode incluir:
- Código executável
- Código fonte
- Projetos (designs)
- Especificações
- Testes
- Documentação
- etc.

Mas nós queremos falar apenas de componentes de implementação
Definição de D'Souza, mais uma vez:
- Componente de implementação: "Um pacote coerente de implementação de software que (a) pode ser desenvolvido independentemente e entregue como unidade; (b) tem interfaces explícitas e bem definidas para os serviços que oferece; (c) tem interfaces explícitas e bem definidas para os serviços que requer; e (d) podem ser composto com outros componentes, talvez após a customização de algumas propriedades mas sem modificar os componentes em si."
Examinando esta definição (e as outras), podemos ver o que componentes têm de diferente comparados a bibliotecas ou outros artefatos de software
1. Construção de aplicações por montagem
- Essa é a diferença principal!
- Um componente deve permitir que todo (ou quase) o trabalho seja feito pela composição de pedaços existentes
- Isso significa que, no processo de desenvolvimento, novas etapas podem surgir
  - Design time (ou assembly time) para juntar componentes e montar aplicações
- A definição "oficial" da conferência sobre componentes em 1996 fala de "composição por terceiros". Por que isso é importante?
  - Um "terceiro" é alguém que não tem acesso a detalhes de construção e não possui o código fonte
  - Portanto, componentes podem ser modificados ao incluí-los na aplicação, mas sem ter código fonte
    - Componentes maximizam assim o "information hiding"
  - A modificação pode ser de atributos, por exemplo ("Attribute programming")
  - A modificação (configuração) do componente usa frequentemente uma ferramenta visual ("Visual Programming")
2. Um componente explicita suas interfaces
- Para ser plugável em vários contextos ("Plug-Replaceable"), temos que usar interfaces padronizadas
- Uma interface é um contrato que especifica a funcionalidade do componente
- Um componente tem duas interfaces:
  - Dos servicos que ele oferece (export interface)
  - Dos serviços que ele requer de outros componentes (import interface)
    - Esta interface explicita as "dependências de contexto"
    - O componente não pode depender do contexto onde ele vai atuar a não ser através dessa interface
- As linguagens de programação têm se concentrado apenas em especificar as interfaces de serviços oferecidos e não de serviços usados pelos componentes
- Se juntarmos um pequeno grupo de objetos funcionando conjuntamente e isolá-los com uma interface de componente, a complexidade (o acoplamento) vai diminuir, reduzindo a chance de Objetos Hyperspaghetti
- Para permitir que o ambiente (frequentemente visual) de composição funcione, as interfaces devem ser auto-descritivas
  - Deve ser possível descobrí-las em tempo de execução, sem ter tido conhecimento algum do componente antes
  - Isso afeta as opções de binding (detalhes adiante)
3. Um componente é uma unidade de empacotamento (packaging), entrega (delivery), implantação (deployment), e carga (loading)
- Unidade de empacotamento
  - Inclui tudo dentro dele: a especificação de suas interfaces, legível em tempo de execução, implementação, imagens, outros recursos, ...
- Unidade de entrega
  - Um componente não é entregue parcialmente quando vendido. Ele é entregue num formato que é independente de outros componentes com os quais ele venha a ser composto
- Unidade de implantação
  - Um componente não é implantado parcialmente
  - Durante a implantação, seus atributos podem ser alterados (configurados)
  - Também significa que é a unidade de troca na manutenção (a aplicação inteira não é trocada)
- Unidade de carga
  - Na aplicação final um componente é carregado por inteiro

De que consiste um componente, tipicamente?
- Várias classes (código binário)
- Definições de interfaces, usando algum mecanismo utilizável em tempo de execução
- Possivelmente alguns objetos (factories para criar objetos)
- "Recursos" (podem ser arquivos de dados contendo formulários, strings, parâmetros, imagens, etc.) que são usados para configurar o componente
  - Alguns desses recursos podem ser mudados em tempo de execução

Componentes versus Objetos

As diferenças geram controvérsia
É mais adequado pensar que um componente é equivalente a uma classe
- A instanciação de um componente não gera outro componente mas um "objeto" criado a partir de um protótipo (o componente)
Em termos de linguagem OO, um componente pode conter vários objetos
- Componentes têm granularidade maior, frequentemente
Componentes frequentemente tratam de sua persistência
- Objetos não fazem isso
Objetos não são empacotados como componentes
- Componentes são sujeitos à composição em tempo de design
Se o componente obedece à suas interface, ele pode ser implementado em qualquer linguagem (mesmo sem ser OO!) e rodar em qualquer plataforma
- Objetos são manipulados com linguagens OO apenas

Categorias de Componentes

Podemos classificar componentes sob várias dimensões
Escopo
- Componentes de Especificação (diagramas, documentos)
- Componentes de Implementação (classes, ...)
Objetivo
- Domínio (voltado ao problema)
- Tecnologia (para o suporte, infra-estrutura)
Abstração
- Geral (aplicação em muitos domínios: horizontal)
- Específico (aplicação em um único ou poucos domínios: vertical)
Granularidade
- Fina (um widget GUI)
- Grossa (shopping-cart, agencia bancaria, contas a receber)
  - As oportunidades de reuso podem ser menores mas tais componentes são cruciais para melhorar a produtividade no desenvolvimento
Localização
- Cliente
- Servidor (Middle tier)
Serviços providos
- Gerência de configuração e de propriedades
- Notificação de eventos
- Acesso a metadados e introspecção
- Persistência
- Controle de transação e concorrência
- Segurança
- Licenciamento
- Controle de versão
- Auto-testes
- Auto-instalável

comp-1 programa próxima