Luận án chuyển đổi mô hình và sinh mã phát triển ứng dụng web của Trần Đình Diễn - ĐH Bách khoa Hà Nội

Tài liệu chuyên sâu Kỹ Thuật Chuyển Đổi Mô Hình và Sinh Mã Trong Phát Triển Ứng Dụng Web, phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc

• Tác giả: Trần Đình Diễn
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Quyết Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm
• Đề tài: Các Kỹ Thuật Chuyển Đổi Mô Hình và Sinh Mã Trong Phát Triển Ứng Dụng Web
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM HƯỚNG MÔ HÌNH
• 1.1. Kiến trúc MDA
• 1.2. Chuyển đổi mô hình trong MDA
• 1.3. Chuyển đổi từ CIM sang PIM
• 1.4. Chuyển đổi từ PIM sang PSM
• 1.5. Chuyển đổi từ PSM sang code
• 1.6. Ngôn ngữ chuyển đổi mô hình
• 1.7. Ngôn ngữ ATL
• 1.8. Ngôn ngữ QVT
• 1.9. Các chuẩn của OMG cho MDA
• 1.10. MOF – Meta Object Facility
• 1.11. UML – Unified modeling Language
• 1.12. Kỹ thuật web hướng mô hình
• 1.13. Web Software Architecture (WebSA)
• 1.14. OOWS - Object-Oriented Web Solution
• 1.15. Hypertext Modeling Method of MIDAS (MIDAS-HM3)
• 1.16. Các nghiên cứu liên quan và nhiệm vụ trong luận án
• 1.17. Tiểu kết chương
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH (CIM TO PIM) THEO PHƯƠNG PHÁP UWE CHO PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG WEB
• 2.1. Các mô hình trong UWE
• 2.2. Chuyển đổi mô hình trong UWE
• 2.3. Chuyển đổi từ mô hình yêu cầu sang mô hình nội dung
• 2.4. Chuyển đổi từ mô hình yêu cầu, nội dung sang mô hình điều hướng
• 2.5. Chuyển đổi sang mô hình xử lý
• 2.6. Chuyển đổi từ mô hình điều hướng, xử lý sang mô hình trình bày
• 2.7. Phát triển quy tắc chuyển đổi mô hình tích hợp ràng buộc OCL
• 2.8. Giới thiệu phương pháp. Tích hợp OCL trong mô hình xử lý
• 2.9. Tích hợp OCL trong mô hình trình bày
• 2.10. Kết quả và thảo luận. Phát triển quy tắc chuyển đổi mô hình với ATL
• 2.11. Siêu mô hình yêu cầu
• 2.12. Siêu mô hình: content, navigation, process, presentation
• 2.13. Các quy tắc ATL
• 2.14. Kết quả và thảo luận. Tiểu kết chương
• 3. CHƯƠNG 3: SINH MÃ TỰ ĐỘNG CHO ỨNG DỤNG WEB HƯỚNG MÔ HÌNH
• 3.1. Kỹ thuật sinh mã trong phát triển ứng dụng web hướng mô hình
• 3.2. Sinh mã dựa trên thuật toán theo kiến trúc MVC. Xây dựng quy tắc sinh mã
• 3.3. Xây dựng giải thuật sinh code tự động
• 3.4. Thử nghiệm và đánh giá
• 3.5. Sinh mã sử dụng ngôn ngữ ATL
• 3.6. Chuyển đổi mô hình PIM sang PSM theo kiến trúc MVC
• 3.7. Tạo phần Model
• 3.8. Tạo thành phần Controller
• 3.9. Tạo thành phần View. Cấu trúc mô hình PSM theo kiến trúc MVC
• 3.10. Thành phần model
• 3.11. Thành phần Controler
• 3.12. Thành phần View
• 3.13. Xây dựng quy tắc chuyển đổi từ PSM sang mã nguồn
• 3.14. Sinh code từ mô hình java
• 3.15. Sinh code từ mô hình JSP
• 3.16. Thử nghiệm sinh mã cho ứng dụng web benhthuysan. Công cụ sinh mã CODEGER-UWE
• 3.17. Phát triển ứng dụng benhthuysan. Kết quả và thảo luận. Tiểu kết chương
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Kỹ Thuật Chuyển Đổi Mô Hình và Sinh Mã

Kỹ thuật chuyển đổi mô hình và sinh mã trong phát triển ứng dụng web là một lĩnh vực quan trọng trong công nghiệp phần mềm hiện đại. Chuyển đổi mô hình cho phép các nhà phát triển tạo ra các ứng dụng phức tạp một cách hiệu quả hơn bằng cách sử dụng các mô hình trừu tượng. Việc áp dụng kỹ thuật lập trình hướng mô hình giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nền tảng công nghệ cụ thể, từ đó nâng cao khả năng tương thích và khả năng bảo trì của ứng dụng. Sinh mã tự động là một phần không thể thiếu trong quy trình này, giúp tiết kiệm thời gian và giảm thiểu lỗi do con người gây ra. Theo nghiên cứu, việc áp dụng các phương pháp này có thể tăng tốc độ phát triển ứng dụng từ 3 đến 10 lần, đồng thời giảm thiểu chi phí bảo trì.

1.1. Tầm quan trọng của phát triển ứng dụng web

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển nhanh chóng, việc phát triển ứng dụng web trở thành một yếu tố quyết định cho sự thành công của nhiều doanh nghiệp. Công nghệ web không chỉ giúp kết nối người dùng mà còn tạo ra các cơ hội kinh doanh mới. Việc áp dụng framework web và các công nghệ hiện đại trong phát triển ứng dụng web giúp tối ưu hóa hiệu suất và trải nghiệm người dùng. Hơn nữa, việc sử dụng các mô hình trong phát triển ứng dụng web giúp đảm bảo tính nhất quán và khả năng mở rộng của hệ thống.

II. Quy trình phát triển ứng dụng web hướng mô hình

Quy trình phát triển ứng dụng web hướng mô hình bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc xác định yêu cầu đến việc sinh mã cuối cùng. Quy trình phát triển phần mềm thường bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình hóa dữ liệu và xác định các yêu cầu của người dùng. Sau đó, các mô hình này được chuyển đổi thành các mô hình cụ thể hơn như PIM (Platform Independent Model) và PSM (Platform Specific Model). Việc chuyển đổi này không chỉ giúp đảm bảo tính nhất quán giữa các mô hình mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc sinh mã tự động. Các công cụ như ATL (ATLAS Transformation Language) được sử dụng để thực hiện các quy tắc chuyển đổi này, giúp tự động hóa quy trình và giảm thiểu công sức của lập trình viên.

2.1. Các mô hình trong quy trình phát triển

Trong quy trình phát triển ứng dụng web, các mô hình như mô hình yêu cầu, mô hình nội dung, mô hình điều hướng, mô hình xử lý, và mô hình trình bày đóng vai trò quan trọng. Mỗi mô hình này phục vụ một mục đích cụ thể và giúp đảm bảo rằng tất cả các khía cạnh của ứng dụng đều được xem xét. Việc sử dụng các mô hình này không chỉ giúp lập trình viên dễ dàng hơn trong việc hiểu và phát triển ứng dụng mà còn giúp đảm bảo rằng ứng dụng cuối cùng đáp ứng được các yêu cầu của người dùng.

III. Kỹ thuật sinh mã tự động

Kỹ thuật sinh mã tự động là một phần quan trọng trong phát triển ứng dụng web hướng mô hình. Sinh mã giúp tự động hóa quá trình chuyển đổi từ mô hình sang mã nguồn, giảm thiểu sự can thiệp của con người và tăng cường hiệu suất làm việc. Các quy tắc sinh mã được xây dựng dựa trên các mô hình đã được xác định trước đó, cho phép tạo ra mã nguồn một cách nhanh chóng và chính xác. Việc áp dụng các ngôn ngữ như ATL trong quy trình này giúp đảm bảo rằng mã nguồn được sinh ra không chỉ chính xác mà còn dễ bảo trì và mở rộng trong tương lai.

3.1. Ứng dụng của sinh mã tự động

Sinh mã tự động không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu lỗi do con người gây ra. Các ứng dụng web phức tạp thường yêu cầu nhiều thành phần khác nhau, và việc sử dụng sinh mã tự động giúp đảm bảo rằng tất cả các thành phần này được tích hợp một cách mạch lạc. Hơn nữa, việc sử dụng các công cụ như CODEGER-UWE cho phép lập trình viên dễ dàng tạo ra mã nguồn cho các ứng dụng web mà không cần phải viết mã thủ công, từ đó nâng cao hiệu quả làm việc và giảm thiểu chi phí phát triển.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Phát triển phần mềm hướng mô hình (Model-Driven Software Development - MDSD) và Kỹ thuật hướng mô hình (Model-Driven Engineering - MDE) là phương pháp tiếp cận sử dụng mô hình làm trọng tâm trong toàn bộ vòng đời phát triển hệ thống phần mềm. Phương pháp này giải quyết các thách thức của phương thức phát triển phần mềm truyền thống như sự phụ thuộc vào nền tảng công nghệ, chi phí điều chỉnh mã nguồn thủ công, tính khả chuyển và khả năng tương tác khi xuất hiện các nền tảng công nghệ mới. Các nghiên cứu thực nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật phần mềm đã chỉ ra rằng việc áp dụng sinh mã tự động từ mô hình giúp tăng tốc độ phát triển tổng thể từ 3 đến 10 lần, giảm thiểu sai sót do thao tác của con người, rút ngắn thời gian xây dựng ứng dụng web và tiết kiệm chi phí bảo trì hệ thống.

Trong số các phương pháp phát triển ứng dụng web hướng mô hình dựa trên Kiến trúc hướng mô hình (Model Driven Architecture - MDA) của Tổ chức Quản lý Đối tượng (OMG), phương pháp Kỹ thuật Web dựa trên UML (UML-based Web Engineering - UWE) do nhóm nghiên cứu tại Đại học LMU (Đức) đề xuất cung cấp quy trình và công cụ mô hình hóa toàn diện dựa trên phần mở rộng của ngôn ngữ UML 2.0. Tuy nhiên, qua quá trình tổng hợp và phân tích tài liệu chuyên ngành, luận án xác định hai khoảng trống nghiên cứu chính tồn tại trong phương pháp UWE:

1. Quá trình chuyển đổi từ mô hình yêu cầu (Requirements Model) ở mức Mô hình độc lập tính toán (Computation Independent Model - CIM) sang các mô hình ở mức Mô hình độc lập nền tảng (Platform Independent Model - PIM) gồm mô hình nội dung (Content Model), mô hình điều hướng (Navigation Model), mô hình xử lý (Process Model) và mô hình trình bày (Presentation Model) vẫn đòi hỏi sự can thiệp và điều chỉnh thủ công của nhà thiết kế. Điều này làm tăng thời gian, chi phí và gây khó khăn trong việc duy trì tính nhất quán cũng như cập nhật đồng bộ giữa các mô hình khi có thay đổi yêu cầu.
2. Các công trình công bố trước đây chủ yếu tập trung vào giai đoạn phân tích và mô hình hóa; khâu sinh mã nguồn tự động còn nhiều hạn chế, phần lớn chỉ dừng lại ở việc sinh ra khung mã nguồn (code skeletons) để lập trình viên tự viết mã bổ sung, chưa hỗ trợ sinh mã hoàn chỉnh theo các kiến trúc chuẩn như MVC (Model - View - Controller).

Nhằm giải quyết các hạn chế trên, luận án tiến hành nghiên cứu đề tài: "Các kỹ thuật chuyển đổi mô hình và sinh mã trong phát triển ứng dụng web hướng mô hình", chuyên ngành Kỹ thuật phần mềm (Mã số: 9480103), thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS. Huỳnh Quyết Thắng và PGS. Cao Tuấn Dũng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

• Mục tiêu chung: Nghiên cứu kỹ thuật phát triển phần mềm hướng mô hình cho các ứng dụng web, nhằm phát triển bộ quy tắc chuyển đổi mô hình sang mô hình (model-to-model) và mô hình sang mã nguồn (model-to-code) theo phương pháp UWE, cụ thể hóa các quy tắc chuyển đổi bằng việc xây dựng công cụ hỗ trợ phát triển ứng dụng web theo kiến trúc MVC.
• Mục tiêu cụ thể 1: Tiếp cận kỹ thuật MDE, phát triển bộ quy tắc chuyển đổi từ mô hình mức CIM sang PIM, sang PSM (Platform Specific Model) và sang mã nguồn cho phát triển ứng dụng web hướng mô hình theo phương pháp UWE.
• Mục tiêu cụ thể 2: Trên cơ sở các quy tắc đã phát triển, xây dựng công cụ sinh mã tự động cho ứng dụng web và thực nghiệm vào bài toán thực tế phát triển ứng dụng web Chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan).

Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án:

1. Tổng hợp, phân tích các kỹ thuật phát triển phần mềm hướng mô hình và kỹ thuật phát triển ứng dụng web hướng mô hình như UWE, WebML, WebSA.
2. Phát triển các quy tắc chuyển đổi mô hình từ CIM sang PIM tích hợp ràng buộc OCL (Object Constraint Language) và ngôn ngữ ATL (ATLAS Transformation Language).
3. Phát triển các quy tắc và giải thuật sinh mã với ngôn ngữ ATL cho phát triển ứng dụng web hướng mô hình theo phương pháp UWE theo kiến trúc MVC.
4. Xây dựng công cụ sinh mã tự động CODEGER-UWE cho ứng dụng web theo kiến trúc MVC.
5. Thực nghiệm và đánh giá tính khả thi, hiệu quả của các đề xuất thông qua việc áp dụng vào các bài toán mẫu điển hình (MusicPortal, AddressBook) và ứng dụng thực tế Chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Vấn đề chuyển đổi mô hình và kỹ thuật sinh mã tự động cho phát triển ứng dụng web theo phương pháp UWE.
• Phạm vi lý thuyết: Các kiến thức lý thuyết về MDA, siêu mô hình (metamodel) theo chuẩn MOF của OMG, ngôn ngữ UML 2.0, UML Profile, ngôn ngữ ràng buộc OCL, ngôn ngữ chuyển đổi mô hình ATL (cú pháp, máy ảo ATL VM, bộ biên dịch ACG), và các mô hình thành phần trong UWE (Requirements, Content, Navigation, Process, Presentation).
• Phạm vi thực nghiệm: Xây dựng các quy tắc chuyển đổi mô hình và sinh mã tự động hướng tới kiến trúc MVC với công nghệ Java và JSP; thực nghiệm kiểm chứng trên bài toán thực tế về chẩn đoán bệnh thủy sản tại Việt Nam.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong bức tranh tổng thể về Kỹ thuật Web hướng mô hình (Model-Driven Web Engineering - MDWE), các phương pháp tiếp cận được đề xuất nhằm thu hẹp khoảng cách giữa mô hình thiết kế mức cao và mã nguồn cài đặt mức thấp. Luận án đã tổng hợp và phân tích các phương pháp kỹ thuật web hướng mô hình điển hình:

• WebSA (Web Software Architecture): Tiếp cận dựa trên MDA gồm 4 giai đoạn (Phân tích, Thiết kế độc lập nền tảng PIM, Thiết kế nền tảng cụ thể PSM và Mã chương trình). WebSA phân chia các mô hình thành hai khung nhìn chính: Khung nhìn chức năng (Web Functional Viewpoint) và Khung nhìn kiến trúc (Web Architectural Viewpoint), tích hợp các mô hình từ phương pháp UWE và OO-H.
• WebML (Web Markup Language): Phương pháp được hỗ trợ bởi công cụ thương mại WebRatio. WebML sử dụng ký hiệu riêng và định nghĩa cấu trúc tài liệu thông qua DTD (Document Type Definition) thay vì siêu mô hình tuân thủ chuẩn MOF. WebML sử dụng ngôn ngữ XSLT (Extensible Stylesheet Language Transformation) để chuyển đổi mô hình sang mã nguồn Java/JSP, tuy nhiên XSLT bị đánh giá là khó phát triển các chuyển đổi phức tạp và dễ phát sinh lỗi.
• OOWS (Object-Oriented Web Solution): Là sự mở rộng của phương pháp OO-H, bổ sung ba mô hình tại mức PIM gồm mô hình người dùng, mô hình điều hướng và mô hình trình bày, hỗ trợ sinh mã thông qua công cụ OlivaNova.
• MIDAS-HM3 (Hypertext Modeling Method of MIDAS): Phương pháp phát triển web nhanh dựa trên MDA, phân chia hệ thống theo ba khía cạnh (siêu văn bản, nội dung và hành vi) bằng cách sử dụng các hồ sơ UML mở rộng, tuy nhiên chưa tập trung giải quyết các khía cạnh kiến trúc phần mềm.
• UWE (UML-based Web Engineering): Phương pháp tiếp cận do Đại học LMU phát triển, có ưu điểm là toàn bộ các mô hình đều là phần mở rộng trực tiếp của UML thông qua cơ chế UML Profile, cho phép tái sử dụng các công cụ thiết kế UML chuẩn. UWE phân chia thiết kế web thành 5 mô hình chuyên biệt: Requirements, Content, Navigation, Process và Presentation.

Phương pháp MDWE	Cơ chế siêu mô hình	Ngôn ngữ / Công cụ chuyển đổi	Công cụ hỗ trợ	Mức độ sinh mã
UWE	UML Profile / MOF Metamodel	ATL, QVT	ArgoUWE, MagicUWE, UWE4JSF	Khung mã nguồn / Bán tự động
WebSA	MOF Metamodel	Mẫu chuyển đổi PIM-PIM, PIM-PSM	WebSA Toolset	Mã nguồn theo nền tảng
WebML	XML DTD (không dùng MOF)	XSLT	WebRatio	Java / JSP
OOWS	OO-H Profile	Quy tắc nội bộ OlivaNova	OlivaNova	Mã nguồn ứng dụng
MIDAS-HM3	UML Profile	Quy tắc khai báo	MIDAS CASE Tool	Mô hình sang mô hình

Về tình hình nghiên cứu MDA và chuyển đổi mô hình trên thế giới:

• Theo tổng kết của các tác giả khảo sát giai đoạn 2008–2018 trên 2.145 bài báo, có 50 nghiên cứu chính về MDA tập trung vào 5 lĩnh vực: ứng dụng di động, mô phỏng/xác minh, bảo mật, kỹ thuật web và phát triển giao diện người dùng (GUI). Hầu hết các công trình chỉ khai thác mức mô hình PIM và PSM, bỏ qua mức CIM.
• Năm 2019, Kahani và cộng sự đã thống kê 60 công cụ chuyển đổi mô hình, trong đó có 31 công cụ hỗ trợ chuyển đổi từ mô hình sang mã nguồn.
• Marianne Busch và Nora Koch phát triển công cụ MagicUWE (plugin cho MagicDraw) hỗ trợ thiết kế bán tự động theo cấu hình UWE, tuy nhiên vẫn yêu cầu vẽ lại thủ công nhiều thành phần và chỉ dừng lại ở chuyển đổi mô hình sang mô hình (model-to-model), chưa hỗ trợ chuyển đổi sang mã nguồn (model-to-code).
• Nhóm tác giả Miguel Ángel, García de Dios phát triển công cụ ActionUWE chuyển đổi mô hình UWE sang ActionGUI, sau đó sinh mã bán tự động dạng khung chương trình.
• Imane Essebaa, Chantit Salima và Mohammed Ramdani phát triển công cụ MoDAr-WA sử dụng các quy tắc QVT để chuyển đổi từ CIM sang PIM, PIM sang PSM và dùng Acceleo để tạo mã MVC từ PSM, tuy nhiên nghiên cứu phụ thuộc vào công cụ Acceleo có sẵn mà không xây dựng công cụ sinh mã chuyên biệt.
• Mostapha Melouka, Yassine Rhazali, Hadi Youssef đề xuất giải pháp chuyển đổi bán tự động từ CIM sang PIM và PSM bằng ATL kết hợp chuẩn IFML của OMG cho giao diện người dùng.
• Một số nghiên cứu khác sử dụng ATL để chuyển đổi mô hình quy trình nghiệp vụ BPMN sang sơ đồ lớp UML (như bài toán quản lý bệnh nhân COVID-19 qua bộ chuyển đổi MM1ToME2.atl), hoặc áp dụng MDA cho MVC thuần túy bằng UML chuẩn mà không tích hợp phương pháp UWE.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về phát triển phần mềm hướng mô hình cho ứng dụng web còn rất hạn chế, chủ yếu dừng ở mức tổng hợp lý thuyết trong các khóa luận hoặc đề tài quy mô nhỏ. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: thiết lập quy trình chuyển đổi tự động từ CIM sang PIM có tích hợp ngôn ngữ ràng buộc OCL trong UWE, xây dựng bộ giải thuật và phát triển công cụ CODEGER-UWE sinh mã nguồn Java/JSP theo kiến trúc MVC hoàn chỉnh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các chuẩn công nghệ

Luận án xây dựng trên nền tảng các tiêu chuẩn công nghệ của OMG và các kỹ thuật chuyển đổi mô hình:

1. Kiến trúc MDA (Model-Driven Architecture):

   • Computation Independent Model (CIM): Mô hình độc lập tính toán, thể hiện yêu cầu nghiệp vụ và môi trường thực thi của hệ thống dưới góc nhìn người dùng/chuyên gia nghiệp vụ mà không chứa chi tiết kỹ thuật phần mềm.
   • Platform Independent Model (PIM): Mô hình độc lập nền tảng, mô tả cấu trúc, hành vi và chức năng của hệ thống mà không phụ thuộc vào công nghệ triển khai cụ thể.
   • Platform Specific Model (PSM): Mô hình nền tảng cụ thể, kết hợp đặc tả PIM với chi tiết kỹ thuật của một nền tảng thực thi (như Java, .NET).
   • Code Model (CM): Mã nguồn thực thi được sinh ra từ PSM hoặc trực tiếp từ PIM thông qua kỹ thuật Model-to-Text (M2T).

2. Các chuẩn của OMG:

   • MOF (Meta Object Facility): Ngôn ngữ định nghĩa siêu mô hình ở mức M3, cung cấp công cụ và khái niệm nền tảng để đặc tả các siêu mô hình mức M2 (như siêu mô hình UML, CWM).
   • UML 2.0 và UML Profile: Cung cấp ký pháp mô hình hóa hướng đối tượng và cơ chế mở rộng miền thông qua stereotype (<<...>>) và tagged values.
   • OCL (Object Constraint Language): Ngôn ngữ khai báo đặc tả các ràng buộc bất biến (invariants), tiền điều kiện (preconditions) và hậu điều kiện (postconditions) trên các phần tử mô hình UML.
   • QVT (Query/View/Transformation): Chuẩn chuyển đổi mô hình của OMG gồm 3 ngôn ngữ: Relations, Core, Operational Mappings và cơ chế Black Box.
   • CWM (Common Warehouse Metamodel): Chuẩn siêu mô hình tích hợp dữ liệu và kho dữ liệu.

3. Ngôn ngữ chuyển đổi mô hình ATL (ATLAS Transformation Language):

   • Cấu trúc đơn vị ATL: Gồm ATL Module (chứa Header, phần Import thư viện, Helpers đóng vai trò như các phương thức bổ trợ, và Rules định nghĩa ánh xạ), ATL Query (truy vấn tính toán các giá trị nguyên thủy) và ATL Library (thư viện tái sử dụng).
   • Phân loại quy tắc (Rules): Matched Rules (quy tắc khai báo ánh xạ phần tử nguồn sang phần tử đích) và Called Rules (quy tắc mệnh lệnh được gọi tường minh khi cần khởi tạo phức tạp).
   • Chế độ thực thi: Chế độ Normal (mặc định) và chế độ Refining (tinh chỉnh mô hình).
   • Kiến trúc hệ thống ATL: Bao gồm Core (các giao diện IModel, IReferenceModel, ModelFactory, ILauncher), Trình phân tích cú pháp (Parser TCS), Trình biên dịch (Compiler ACG/ATP tạo mã byte code ASM), và Máy ảo thực thi (ATL VM gồm phiên bản Regular VM và EMF-specific VM thao tác trực tiếp trên Ecore/EObject API của Eclipse Modeling Framework).

+-------------------------------------------------------------------------+
|                              Kiến trúc ATL                              |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  [Đơn vị ATL]  -->  [Parser (TCS)]  -->  [Compiler (ACG)]  -->  [ASM File] |
|                                                                    |     |
|                                                                    v     |
|  [Mô hình nguồn (MMa)] ====> [Máy ảo ATL VM (EMF-specific)] ====> [Mô hình đích (MMb)]
+-------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp hai phương pháp nghiên cứu chính:

• Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập, phân tích và hệ thống hóa các cơ sở lý luận về MDE, MDA, các chuẩn OMG, các phương pháp kỹ thuật web MDWE (UWE, WebSA, WebML, OOWS, MIDAS-HM3) và ngôn ngữ chuyển đổi ATL. Từng bước hình thành bộ quy tắc hình thức chuyển đổi mô hình và sinh mã.
• Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Cài đặt bộ quy tắc chuyển đổi trên môi trường Eclipse/EMF và ngôn ngữ ATL; xây dựng công cụ CODEGER-UWE; kiểm chứng tính khả thi và độ chính xác của các quy tắc trên các bài toán chuẩn (MusicPortal, AddressBook) và áp dụng triển khai vào bài toán thực tế hệ thống Chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Phát triển phần mềm hướng mô hình

Chương 1 trình bày tổng quan về nền tảng lý luận của phát triển phần mềm hướng mô hình và kiến trúc MDA:

1. Kiến trúc MDA và cơ chế chuyển đổi:

   • Phân tích chi tiết ba mức trừu tượng hóa: CIM, PIM và PSM.
   • Phân loại hai dạng chuyển đổi mô hình cốt lõi: Chuyển đổi mô hình sang mô hình (Model-to-Model - M2M) và Chuyển đổi mô hình sang mã nguồn (Model-to-Text / Model-to-Code - M2T).
   • Làm rõ các kỹ thuật biến đổi trong MDA: biến đổi dựa trên đánh dấu mô hình (model marks), biến đổi dựa trên ánh xạ siêu mô hình (metamodel mapping), biến đổi sử dụng mẫu thiết kế (design patterns), mô hình kết hợp, và sử dụng thông tin bổ sung.
   • Chuyển đổi từ PSM sang mã nguồn theo chuẩn MOF M2T dựa trên phương pháp tiếp cận mẫu (template-based) với các vị trí giữ chỗ (placeholders) và biểu thức truy vấn.

2. Ngôn ngữ chuyển đổi mô hình:

   • Giới thiệu chi tiết ngôn ngữ ATL: cú pháp mô đun, header, helpers, quy tắc khai báo matched rules và quy tắc mệnh lệnh called rules; cơ chế truy vấn ATL Query và thư viện ATL Library; kiến trúc phân lớp của ATL gồm Core, Parser, Compiler và máy ảo ATL VM (Regular VM và EMF-specific VM).
   • Giới thiệu ngôn ngữ chuẩn QVT của OMG gồm ba thành phần: ngôn ngữ Relations (khai báo cấp cao), ngôn ngữ Core (tối giản, làm nền tảng ngữ nghĩa), ngôn ngữ Operational Mappings (bổ sung cấu trúc mệnh lệnh và OCL), cùng cơ chế Hộp đen (Black Box).

3. Các chuẩn của OMG cho MDA:

   • Trình bày đặc tả MOF (M2/M3), ngôn ngữ UML 2.0, cơ chế mở rộng UML Profile (stereotype và tagged value), ngôn ngữ đặc tả ràng buộc OCL, và siêu mô hình Common Warehouse Metamodel (CWM).

4. Kỹ thuật Web hướng mô hình (MDWE):

   • Phân tích, so sánh quy trình, ưu điểm và hạn chế của các phương pháp WebSA, WebML (cùng công cụ WebRatio và ngôn ngữ XSLT), OOWS (cùng công cụ OlivaNova), MIDAS-HM3 và phương pháp UWE.

5. Phân tích các nghiên cứu liên quan:

   • Tổng kết các công trình quốc tế và trong nước, phân tích các hạn chế của MagicUWE, ActionUWE, MoDAr-WA, từ đó xác lập 5 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của luận án.

---

Chương 2: Kỹ thuật chuyển đổi mô hình (CIM to PIM) theo phương pháp UWE cho phát triển ứng dụng Web

Chương 2 tập trung xây dựng cơ sở hình thức và bộ quy tắc chuyển đổi từ mức CIM sang PIM theo phương pháp UWE:

1. Hệ thống các siêu mô hình trong UWE:
   • Mô hình yêu cầu (Requirements Model): Sử dụng Use Case Diagram mở rộng với các stereotype <<Navigation>> (duyệt, xem, tìm kiếm), <<webprocess>> (xử lý nghiệp vụ), <<personalized>> (thích nghi cá nhân hóa).
   • Mô hình nội dung (Content Model): Sử dụng Class Diagram chuẩn mô tả cấu trúc thực thể, thuộc tính và liên kết dữ liệu.
   • Mô hình điều hướng (Navigation Model): Đặc tả không gian điều hướng qua các lớp điều hướng (NavigationClass), lớp xử lý (ProcessClass), liên kết điều hướng (NavigationLink), liên kết xử lý (ProcessLink), các menu và các phần tử truy cập nguyên thủy (Index, GuidedTour, Query).
   • Mô hình xử lý (Process Model): Gồm mô hình cấu trúc xử lý (processClass, processLink) và mô hình luồng xử lý thể hiện bằng Activity Diagram với các hành động người dùng (<<UserAction>>).
   • Mô hình trình bày (Presentation Model): Trừu tượng hóa giao diện người dùng thành các phần tử đồ họa (input form, text, button, collection).

                      [CIM: Mô hình yêu cầu (Use Case, Activity)]
                                         |
                       (Quy tắc chuyển đổi ATL + OCL)
                                         |
     +-------------------+---------------+-------------------+-------------------+
     |                   |                                   |                   |
     v                   v                                   v                   v
[Mô hình Nội dung] [Mô hình Điều hướng]            [Mô hình Xử lý]    [Mô hình Trình bày]
  (Content Model)    (Navigation Model)              (Process Model)    (Presentation Model)

2. Xây dựng quy tắc chuyển đổi tự động CIM sang PIM bằng ATL:

   • Chuyển đổi từ mô hình yêu cầu sang mô hình nội dung (Requirements2Content): Sử dụng quy tắc ContentClass2ContentClassWithOperations kết hợp hàm giải quyết tạm thời thisModule.resolveTemp và quy tắc SimpleProcess2Operation (sử dụng các hàm xử lý chuỗi regexReplaceAll, firstToLower và type2ReturnParameter).
   • Chuyển đổi từ mô hình yêu cầu và nội dung sang mô hình điều hướng (RequirementsAndContent2Navigation).
   • Chuyển đổi sang mô hình xử lý (Process Model).
   • Chuyển đổi từ mô hình điều hướng và xử lý sang mô hình trình bày (NavigationAndProcess to Presentation).

3. Tích hợp ràng buộc OCL trong quy tắc chuyển đổi:

   • Phát triển cơ chế chuyển đổi các ràng buộc bất biến (invariants), tiền điều kiện (preconditions) và hậu điều kiện (postconditions) từ biểu đồ hoạt động và ca sử dụng của CIM vào mô hình xử lý và mô hình trình bày PIM, đảm bảo tính toàn vẹn ngữ nghĩa của ứng dụng web.

4. Thực nghiệm chuyển đổi:

   • Áp dụng kiểm chứng trên hai hệ thống mẫu: Cổng thông tin âm nhạc MusicPortal (với quy trình mua album BuyAlbum) và ứng dụng sổ địa chỉ AddressBook. Kết quả chuyển đổi tự động sang 4 mô hình PIM được tổng hợp qua các bảng số liệu chi tiết.

---

Chương 3: Sinh mã tự động cho ứng dụng web hướng mô hình

Chương 3 giải quyết giai đoạn chuyển đổi từ PIM sang PSM và sinh mã nguồn thực thi theo kiến trúc MVC:

1. Xây dựng 4 giải thuật sinh mã cốt lõi:

   • CM2M (Content Model to Model): Chuyển đổi các lớp nội dung trong Content Model thành các lớp thực thể dữ liệu (Java Model classes / JavaBeans).
   • PRES2V (Presentation Model to View): Chuyển đổi các phần tử giao diện trong Presentation Model thành các trang hiển thị JSP (Java Server Pages).
   • NM2C (Navigation Model to Controller): Chuyển đổi các liên kết và luồng điều hướng trong Navigation Model thành các bộ điều khiển điều hướng (Navigation Controllers).
   • PROM2C (Process Model to Controller): Chuyển đổi các lớp xử lý và luồng hoạt động trong Process Model thành các lớp dịch vụ nghiệp vụ (Process Controllers / Services).

2. Chuyển đổi PIM sang PSM và sinh mã với ATL:

   • Thiết lập cấu trúc mô hình PSM theo chuẩn MVC: Thành phần Model (Java classes, thuộc tính, getter/setter), thành phần Service/Controller (các phương thức xử lý yêu cầu và điều hướng), thành phần View (cấu trúc thẻ JSP, form nhập liệu, bảng dữ liệu).
   • Xây dựng tập hợp các truy vấn ATL (ATL Queries) để xuất trực tiếp các phần tử của mô hình PSM thành tệp mã nguồn Java (.java) và tệp giao diện JSP (.jsp).

Thành phần MVC	Mô hình nguồn PIM	Giải thuật áp dụng	Mô hình trung gian PSM	Mã nguồn đích sinh ra
Model	Content Model	CM2M	Java Model Structure	Lớp thực thể Java (.java)
Controller	Navigation Model & Process Model	NM2C, PROM2C	Java Controller & Service Structure	Servlet / Controller Java (.java)
View	Presentation Model	PRES2V	JSP Model Structure	Giao diện web JSP (.jsp)

3. Phát triển công cụ CODEGER-UWE:

   • Tác giả tích hợp và phát triển công cụ CODEGER-UWE hoạt động phối hợp với môi trường MagicDraw và Eclipse Modeling Framework.
   • Giao diện công cụ tiếp nhận đầu vào là các mô hình UWE (hoặc mô hình CIM), thực thi tự động chuỗi quy tắc ATL và các giải thuật sinh mã để tạo ra toàn bộ cấu trúc dự án web MVC.

4. Thực nghiệm trên ứng dụng web Chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan):

   • Đầu vào hệ thống: Biểu đồ Use Case và biểu đồ Activity của nghiệp vụ chẩn đoán bệnh thủy sản.
   • Tiến trình thực hiện: Chuyển đổi CIM sang 4 mô hình PIM (Content, Navigation, Process, Presentation) -> Chuyển đổi PIM sang mô hình PSM MVC -> Kích hoạt công cụ CODEGER-UWE sinh mã tự động.
   • Kết quả: Hệ thống sinh ra toàn bộ mã nguồn Java (Model, Controller, Service) và các trang JSP (giao diện tra cứu, chẩn đoán, quản lý bệnh thủy sản). Kết quả đánh giá thực nghiệm cho thấy mã nguồn sinh tự động đáp ứng chính xác cấu trúc thiết kế, giảm thiểu tối đa việc phải viết mã thủ công.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Tất cả các kết quả nghiên cứu của luận án đã được công bố qua 8 công trình khoa học (từ CT1 đến CT8) trên các tạp chí và kỷ yếu hội thảo chuyên ngành. Các đóng góp mới của luận án bao gồm:

1. Về mặt lý luận và phương pháp chuyển đổi mô hình (CIM to PIM):

   • Tổng hợp, hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về phát triển phần mềm hướng mô hình và kỹ thuật web hướng mô hình (UWE, WebML, WebSA, OOWS, MIDAS-HM3).
   • Xây dựng và bổ sung bộ quy tắc chuyển đổi mô hình hoàn chỉnh từ mức CIM sang PIM theo phương pháp UWE bằng ngôn ngữ ATL, bao gồm chuyển đổi từ biểu đồ Use Case và Activity Diagram sang 4 mô hình UWE (Content, Navigation, Process, Presentation).
   • Đề xuất giải pháp tích hợp các ràng buộc OCL (bất biến, tiền điều kiện, hậu điều kiện) vào quy tắc chuyển đổi mô hình xử lý và trình bày, đảm bảo tính toàn vẹn ngữ nghĩa xuyên suốt quá trình chuyển đổi.
   • (Công bố liên quan: CT1, CT2, CT3, CT7).

2. Về mặt kỹ thuật sinh mã và phát triển công cụ (PIM to PSM to Code):

   • Đề xuất phương pháp sinh mã tự động cho ứng dụng web hướng mô hình theo kiến trúc MVC, xây dựng 4 giải thuật chuyển đổi hình thức: CM2M, PRES2V, NM2C và PROM2C.
   • Thiết lập các quy tắc chuyển đổi từ PIM sang PSM và từ PSM sang mã nguồn Java/JSP bằng ngôn ngữ ATL.
   • Phát triển thành công công cụ phần mềm CODEGER-UWE hỗ trợ tự động hóa toàn bộ quy trình sinh mã cho ứng dụng web theo kiến trúc MVC.
   • (Công bố liên quan: CT4, CT5).

3. Về mặt ứng dụng thực tiễn:

   • Ứng dụng thành công toàn bộ phương pháp, bộ quy tắc chuyển đổi và công cụ CODEGER-UWE vào phát triển ứng dụng web thực tế: Hệ thống Chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan).
   • Kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của giải pháp trong việc rút ngắn thời gian phát triển, giảm bớt sự can thiệp thủ công của lập trình viên và nâng cao chất lượng mã nguồn.
   • (Công bố liên quan: CT6, CT8).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất:

• Luận án khuyến nghị các đơn vị phát triển phần mềm web áp dụng quy trình phát triển hướng mô hình dựa trên UWE và ngôn ngữ ATL để chuẩn hóa tài liệu thiết kế từ mức yêu cầu nghiệp vụ (CIM), giảm thiểu chi phí bảo trì và chuyển đổi nền tảng khi công nghệ thay đổi.
• Đề xuất ứng dụng công cụ CODEGER-UWE vào quy trình sản xuất phần mềm theo kiến trúc MVC nhằm tăng năng suất lao động và giảm thiểu lỗi do con người trong khâu lập trình cài đặt.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ theo nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong văn bản luận án:

• Hạn chế:

  • Mục tiêu thay thế hoàn toàn 100% việc lập trình bằng mô hình hóa vẫn là thách thức chung của lĩnh vực MDE; các quy tắc chuyển đổi và sinh mã hiện tại tập trung giải quyết các thành phần cấu trúc, luồng điều hướng, giao diện và các xử lý nghiệp vụ chuẩn, trong khi các thuật toán tính toán nghiệp vụ chuyên sâu đặc thù vẫn có thể cần sự tinh chỉnh bổ sung.
  • Công cụ CODEGER-UWE và bộ quy tắc chuyển đổi PIM sang PSM trong luận án hiện tại mới tập trung hỗ trợ nền tảng công nghệ Java (JavaBeans, Servlets/Controllers) và giao diện JSP theo kiến trúc MVC truyền thống.
  • Phạm vi thực nghiệm thực tế mới được triển khai tập trung trên bài toán chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan) cùng hai ca nghiên cứu kiểm chứng (MusicPortal và AddressBook).

• Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiếp tục hoàn thiện và mở rộng bộ quy tắc chuyển đổi mô hình để hỗ trợ sinh mã tự động cho các nền tảng và framework phát triển web hiện đại khác (như Spring MVC, Java Server Faces - JSF, các nền tảng phía client như Angular, React, hoặc kiến trúc Microservices).
  • Nghiên cứu mở rộng khả năng kiểm tra, xác thực mô hình và tự động hóa việc đồng bộ hóa hai chiều (round-trip engineering) khi có sự thay đổi mã nguồn quay ngược trở lại mô hình.
  • Mở rộng phạm vi thử nghiệm công cụ CODEGER-UWE trên nhiều lĩnh vực ứng dụng nghiệp vụ phức tạp khác trong thực tế.

---

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo khoa học và thực tiễn cho nhiều nhóm đối tượng:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật phần mềm:

  • Là tài liệu tham khảo có hệ thống về Kỹ thuật hướng mô hình (MDE), Kiến trúc MDA của OMG, các chuẩn siêu mô hình MOF, UML Profile, OCL, QVT và ngôn ngữ chuyển đổi ATL.
  • Cung cấp cơ sở hình thức chi tiết về việc xây dựng siêu mô hình và định nghĩa quy tắc biến đổi mô hình (CIM to PIM) theo phương pháp UWE.
  • Cung cấp phương pháp luận nghiên cứu kết hợp giữa mô hình hóa lý thuyết và thực nghiệm phần mềm.

• Đối với kỹ sư phần mềm, kiến trúc sư hệ thống và các doanh nghiệp phát triển ứng dụng web:

  • Cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể (4 giải thuật CM2M, PRES2V, NM2C, PROM2C) để tự động hóa khâu sinh mã MVC từ các mô hình thiết kế UML/UWE.
  • Cung cấp tài liệu hướng dẫn thiết kế mô hình web theo 5 góc nhìn chuẩn của UWE (Requirements, Content, Navigation, Process, Presentation).
  • Cung cấp công cụ CODEGER-UWE làm giải pháp phần mềm hỗ trợ rút ngắn thời gian lập trình và chuẩn hóa cấu trúc mã nguồn dự án.

• Các phần đáng tham khảo chuyên sâu trong luận án:

  • Mục 1.2 và 1.3 (Chương 1): Đặc tả kỹ thuật về ngôn ngữ ATL (cú pháp, máy ảo, helpers, rules) và các chuẩn OMG (MOF, OCL, QVT).
  • Mục 2.2, 2.3 và 2.4 (Chương 2): Cú pháp và quy tắc ATL chi tiết chuyển đổi từ CIM sang 4 mô hình PIM UWE có tích hợp ràng buộc OCL.
  • Mục 3.2 và 3.3 (Chương 3): Thuật toán và các truy vấn ATL chuyển đổi PIM sang PSM và mã nguồn Java/JSP theo kiến trúc MVC.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án giải quyết những hạn chế cốt lõi nào của phương pháp UWE trong các nghiên cứu trước đây? Luận án giải quyết hai hạn chế lớn: Thứ nhất, tự động hóa quy trình chuyển đổi từ mô hình yêu cầu (CIM) sang các mô hình PIM (Content, Navigation, Process, Presentation) bằng ngôn ngữ ATL có tích hợp ràng buộc OCL, thay vì phải vẽ và điều chỉnh thủ công như các công cụ trước (như MagicUWE). Thứ hai, khắc phục việc chỉ sinh mã khung (skeletons) bằng cách xây dựng giải thuật và công cụ CODEGER-UWE sinh mã nguồn hoàn chỉnh theo kiến trúc MVC.

2. Quá trình chuyển đổi từ CIM sang PIM trong luận án sử dụng các mô hình đầu vào và đầu ra nào? Mô hình đầu vào ở mức CIM gồm Biểu đồ ca sử dụng (Use Case Diagram với các khuôn mẫu <<Navigation>>, <<webprocess>>, <<personalized>>) và Biểu đồ hoạt động (Activity Diagram với khuôn mẫu <<UserAction>>). Mô hình đầu ra ở mức PIM gồm 4 mô hình UWE: Mô hình nội dung (Content Model), Mô hình điều hướng (Navigation Model), Mô hình xử lý (Process Model) và Mô hình trình bày (Presentation Model).

3. Bốn giải thuật sinh mã MVC được xây dựng trong Chương 3 gồm những giải thuật nào và thực hiện chức năng gì? Bốn giải thuật gồm:

• CM2M: Chuyển đổi Content Model thành các lớp thực thể dữ liệu (Java Model / JavaBeans).
• PRES2V: Chuyển đổi Presentation Model thành giao diện trang web (JSP View).
• NM2C: Chuyển đổi Navigation Model thành bộ điều khiển điều hướng (Navigation Controller).
• PROM2C: Chuyển đổi Process Model thành các lớp xử lý dịch vụ nghiệp vụ (Process Controller / Service).

4. Công cụ CODEGER-UWE được phát triển dựa trên những nền tảng công nghệ nào? Công cụ CODEGER-UWE được xây dựng trên môi trường Eclipse Modeling Framework (EMF), phối hợp với công cụ mô hình hóa MagicDraw, sử dụng ngôn ngữ chuyển đổi mô hình ATL (với bộ biên dịch ACG và máy ảo ATL VM) để thực thi các quy tắc chuyển đổi mô hình và sinh mã nguồn Java/JSP theo kiến trúc MVC.

5. Kết quả nghiên cứu của luận án được kiểm chứng thực tế qua những bài toán nào? Luận án tiến hành kiểm chứng qua hai bài toán mẫu chuẩn thường dùng trong nghiên cứu MDWE là cổng thông tin âm nhạc MusicPortal (quy trình mua album BuyAlbum) và ứng dụng quản lý danh bạ AddressBook, sau đó áp dụng triển khai thực tế vào hệ thống web Chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan).

---

Kết luận

Luận án "Các kỹ thuật chuyển đổi mô hình và sinh mã trong phát triển ứng dụng web hướng mô hình" của tác giả Trần Đình Diễn đã giải quyết trọn vẹn vấn đề tự động hóa chuyển đổi mô hình và sinh mã nguồn trong kỹ thuật web hướng mô hình theo phương pháp UWE. Tác giả đã xây dựng thành công bộ quy tắc chuyển đổi từ mức CIM sang PIM tích hợp ràng buộc OCL bằng ngôn ngữ ATL, đồng thời phát triển 4 giải thuật chuyển đổi PIM sang PSM theo kiến trúc MVC. Công cụ CODEGER-UWE được phát triển trong luận án đã chứng minh tính hiệu quả và khả thi khi áp dụng thành công vào việc xây dựng ứng dụng web thực tế Chẩn đoán bệnh thủy sản (benhthuysan), đóng góp thiết thực cho sự phát triển của chuyên ngành Kỹ thuật phần mềm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, tác giả cũng trình bày tình hình các nghiên cứu liên quan, phân tích cụ thể điểm mạnh và điểm cần cải tiến của các nghiên cứu và dẫn tới lý do của đề tài luận án. Kiến trúc MDA MDA (Model Driven Architecture) được định nghĩa bởi OMG [18, 19]: “MDA là một cách tiếp cận đặc tả hệ thống công nghệ thông tin, nó phân tách các đặc tả chức năng và các đặc tả thực thi”. Một mô hình trong MDA, là một đặc tả hình thức của chức năng và cấu trúc, cũng như hành vi ứng xử của một ứng dụng hay một hệ thống phần mềm. Tổng quan về MDA [18] Kiến trúc hướng mô hình (MDA) là kỹ thuật mới cho sự phát triển sản phẩm phần mềm.

Kỹ thuật này giải quyết được sự phức tạp của nền tảng công nghệ khác nhau, bằng việc sử dụng các mô hình (models) như là tác nhân chính trong toàn bộ vòng đời phát triển ứng dụng, giảm sự phụ thuộc vào nền tảng công nghệ [20]. Khi có nền tảng mới ra đời, thì ứng dụng mới sẽ được chuyển đổi tự động từ các mô hình để tương thích với nền tảng mới. Do đó, MDA đang trở thành một phương pháp tiếp cận được chấp nhận rộng rãi, để phát triển các ứng dụng phức tạp và ngày càng dành được nhiều sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu, cũng như giới công nghiệp phần mềm. Các ứng dụng Web, bao gồm nhiều thành phần khác nhau, có thể được cung cấp bởi những nhà phát triển khác nhau với nền tảng công nghệ khác nhau, nên việc sử dụng các kỹ thuật phát triển hướng mô hình cho các ứng dụng Web đặc biệt hữu ích [1, 15, 16].

Các kỹ thuật này đã khắc phục được nhiều hạn chế mà các quá trình phát 6 luan an triển phần mềm trước đó chưa giải quyết được, giảm chi phí thực hiện dự án phần mềm, tăng năng suất thực hiện dự án một cách trực tiếp hoặc thông qua giảm khối lượng công việc làm lại [21]. MDA là một cách tiếp cận mô hình hoá trực quan, trong suốt quy trình tìm hiểu, phân tích, thiết kế, thực thi một hệ thống phần mềm. MDA phân chia các mô hình đặc tả hệ thống từ mức độ trừu tượng hóa cao, cho đến mức chi tiết và cung cấp các quy tắc chuyển đổi, cho phép chuyển đổi giữa các mô hình.2 thể hiện tiến trình phát triển phần mềm theo MDA [19, 22-25]. Tiến trình MDA [22] − Computation Independent Model (CIM) – Mô hình độc lập tính toán CIM không hiển thị chi tiết về kiến trúc của hệ thống [26], CIM đại diện cho tiến trình nghiệp vụ của tổ chức sẽ được xây dựng.

Mô hình CIM tập trung vào sự đặc tả hệ thống bằng các thuật ngữ gần gũi với người làm nghiệp vụ, được xác định bởi sự kết hợp làm việc giữa người phân tích nghiệp vụ và những người làm nghiệp vụ sẽ sử dụng hệ thống. Chính vì vậy, mô hình CIM còn được gọi là mô hình phạm vi hay mô hình nghiệp vụ. CIM chỉ miêu tả môi trường mà hệ thống thực thi và nó hỗ trợ chúng ta hình dung ra được hệ thống đích, mà chúng ta muốn từ các yêu cầu ban đầu [22]. CIM cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thu hẹp khoảng cách giữa người sử dụng và các chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế, phát triển hệ thống [1].

Trong phát triển phần mềm sử dụng hướng tiếp cận MDA, thì các yêu cầu cụ thể trong CIM có mối liên hệ chặt chẽ với cấu trúc PIM và PSM [22]. − Platform Independent Model (PIM) – Mô hình độc lập nền PIM là một khung nhìn của hệ thống từ một điểm nhìn độc lập với nền công nghệ [1, 20]. Mô hình độc lập nền chỉ chú trọng vào các thao tác của hệ thống, ẩn đi chi tiết cụ thể về nền công nghệ. Tức là ta không quan tâm đến công nghệ nào sẽ được sử dụng để phát triển hệ thống.

Một PIM cần thể hiện được sự không phụ thuộc nền công nghệ và nó thích hợp cho việc sử dụng, với nhiều nền công nghệ khác nhau hoặc tương tự nhau. − Platform Specific Model (PSM) – Mô hình nền cụ thể PSM là một khung nhìn của hệ thống từ góc độ của một nền công nghệ cụ thể nào đó. PSM chứa những gì được thể hiện trong PIM [27], với các chi tiết cụ thể của một nền công nghệ sẽ được sử dụng để phát triển phần mềm như Java,. Hình 7 luan an 1.3 trình bày một cách tổng quan về sự phân loại các mô hình chính của MDA theo trật tự từ mức độ trừu tượng hóa đến cụ thể hoá.

Trừu tượng hóa CIM: Mô hình độc lập với thao tác tính toán PIM: Mô hình độc MDA lập nền công nghệ PSM: Mô hình theo nền công nghệ cụ thể Cụ thể hóa Hình 1. Sự phân loại các mô hình chính trong MDA 1. Chuyển đổi mô hình trong MDA Chuyển đổi mô hình là trung tâm của kỹ thuật phần mềm hướng mô hình [28, 29]. Sự chuyển đổi mô hình trong MDA là việc sử dụng một cơ chế nào đó, để biến đổi các mô hình ở mức trừu tượng hoá cao, thành các mô hình ở mức cụ thể và chi tiết hơn dựa trên sự định nghĩa các quy tắc chuyển đổi.

Đó là sự chuyển từ CIM sang PIM, từ PIM sang PSM, và từ PSM có thể chuyển thành mã chương trình cụ thể thực thi hệ thống [30].4 mô phỏng sự chuyển đổi giữa các mô hình trong MDA. Chuyển đổi mô hình trong MDA[31] Theo [32] chuyển đổi mô hình là trung tâm của MDA, có 2 loại chuyển đổi mô hình thường gặp trong MDA: Chuyển đổi mô hình tới mô hình, và chuyển đổi mô hình tới mã nguồn. Chuyển đổi mô hình tới mô hình: Chuyển đổi thông tin từ một mô hình hay nhiều mô hình tới một mô hình khác, hay một tập các mô hình. Một ví dụ về chuyển đổi mô hình tới mô hình là chuyển đổi một tập các lớp thực thể, thành một lược đồ cơ sở dữ liệu tương ứng.

Chuyển đổi mô hình tới mã nguồn là một chuyển đổi thông dụng đối với những người đã dùng các công cụ mô hình hóa UML có khả năng sinh mã. Các chuyển đổi này, chuyển đổi một thành phần của mô hình sang một đoạn mã nguồn. Chuyển đổi 8 luan an mô hình tới mã nguồn có thể được phát triển cho gần như bất kỳ dạng ngôn ngữ lập trình nào. Chuyển đổi từ CIM sang PIM Mô hình Độc lập tính toán (CIM), có nghĩa là mô hình này không chứa bất kỳ thông tin nào về hệ thống phần mềm.

Mô hình CIM được trình bày bởi các mô hình quy trình nghiệp vụ, được cho là đại diện cho thế giới thực. Chuyển đổi từ CIM sang PIM, là chuyển đổi đầu tiên trong MDA và nó rất quan trọng trong việc thiết kế phần mềm chất lượng cao. Đầu tiên, sử dụng sơ đồ hoạt động UML để xử lý các tác vụ của người sử dụng. Sơ đồ hoạt động này được chỉ rõ trong các yêu cầu hệ thống.

Các thành phần hệ thống được suy luận từ mô hình yêu cầu và một bộ các nguyên mẫu, giúp các thành phần hệ thống tạo ra PIM. Mô hình chuyển từ CIM sang PIM [20] 1. Chuyển đổi từ PIM sang PSM Theo vết mô hình Hình 1. Đánh dấu mô hình [31] Hình 1.6 miêu tả chi tiết một trong những cách mà một chuyển đổi có thể được thực hiện.

Một nền công nghệ cụ thể được lựa chọn. Ánh xạ cho nền công nghệ này sẵn có và được chuẩn bị. Ánh xạ này bao gồm một bộ thiết bị đánh dấu. Các dấu được 9 luan an sử dụng nhằm đánh dấu các yếu tố mô hình để hướng dẫn cho quá trình biến đổi mô hình.

Việc sử dụng ánh xạ sẽ làm cho PIM đánh dấu được biến đổi xa hơn nhằm tạo ra PSM. Quá trình biến đổi siêu mô hình – Metamodel Hình 1. Quá trình biến đổi Metalmodel [31] Mô hình được chuẩn bị bằng cách sử dụng một ngôn ngữ độc lập với nền công nghệ được xác định bởi một metamodel. Một nền công nghệ cụ thể được lựa chọn.

Đặc tả mô hình chuyển đổi nền tảng này hiện có sẵn hoặc được chuẩn bị. Sự chuyển đổi đặc tả này dưới dạng ánh xạ giữa các metamodel. Ánh xạ chỉ dẫn sự chuyển đổi của PIM tạo ra PSM. Quá trình biến đổi mô hình Hình 1.

Quá trình biến đổi mô hình [31] Mô hình được chuẩn bị bằng cách sử dụng các kiểu độc lập nền công nghệ trong mô hình. Các kiểu có thể là phần của một khung phần mềm. Các yếu tố trong PIM là các kiểu phụ của dạng độc lập nền công nghệ. Một nền công nghệ cụ thể được lựa chọn.

Dạng biến đổi đặc tả nền công nghệ này sẵn có hoặc được chuẩn bị sẵn. Sự 10 luan an biến đổi này là ánh xạ giữa các kiểu độc lập nền tảng và các kiểu phụ thuộc nền tảng. Các yếu tố trong PSM là kiểu phụ của các kiểu đặc tả nền tảng. Cách tiếp cận này khác hẳn với ánh xạ metamodel, chủ yếu bằng các kiểu đặc tả trong một mô hình mà được sử dụng cho ánh xạ, thay thế cho các khái niệm đặc tả bởi mô hình metamodel.

Ứng dụng mẫu Mở rộng các phương pháp tiếp cận ánh xạ siêu mô hình và mô hình bao gồm các mẫu cùng với các kiểu hay các khái niệm ngôn ngữ mô hình. Ứng dụng mẫu [31] Hình 1. Một cách khác để sử dụng các mẫu [31] Hình 1.10 chỉ ra một cách khác để sử dụng các mẫu: Khi các tên của nền tảng cụ thể đánh dấu, có nghĩa là, tên của các mẫu thiết kế quy định cho một nền tảng. Mô hình kết hợp Có một số cách tiếp cận MDA dựa vào các mô hình kết hợp.

11 luan an Hình 1. Mô hình kết hợp [31] Ngoài các kiểu độc lập nền tảng, mô hình chung có thể cung cấp các mẫu. Cả hai kiểu và mẫu này có thể được ánh xạ tới các mẫu và các kiểu đặc tả nền tảng. Phương pháp tiếp cận ánh xạ mô hình metamodel có thể sử dụng các mẫu cùng một cách.11 mở rộng mô hình MDA theo một cách khác, nhằm miêu tả chi tiết một trong những cách chuyển đổi khác có thể được thực hiện.

Thông tin bổ sung Ngoài những PIM và các nền tảng cụ thể đánh dấu, thông tin bổ sung có thể được cung cấp để hướng dẫn việc chuyển đổi. Thông tin bổ sung sẽ thường xuyên dựa trên các kiến thức thực tế của nhà thiết kế. Bổ sung thông tin để chuyển sang PSM [31] Hình vẽ mở rộng mẫu MDA đơn giản nhằm chỉ ra cách sử dụng của thông tin bổ sung Hình 1.