Luận văn thạc sĩ về ứng dụng kỹ thuật mô hình trong phát triển ứng dụng di động

• Tác giả: Sirisang Jariya
• Người hướng dẫn: HO Tuong Vinh, Ph.
• Trường học: Institut Francophone International
• Chuyên ngành: Informatique
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Kỹ Thuật Mô Hình Trong Phát Triển Ứng Dụng Di Động
• Loại tài liệu: mémoire
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• REMERCIEMENTS
• RESUME
• ABSTRACT
• 1. CHAPITRE 1: INTRODUCTION
• 1.1. Problématique
• 1.2. Motivation et objectif
• 1.3. Plan du document
• 2. CHAPITRE 2: RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE
• 2.1. Quelques Frameworks pour le développement des applications mobiles
• 2.1.1. Adobe AIR
• 2.1.2. jQuery Mobile Framwork
• 2.1.3. PhoneGap
• 2.1.4. MD2
• 2.2. IDM : Ingénierie Dirigée par les Modèles pour le développement des logiciels
• 3. CHAPITRE 3: SOLUTION PROPOSÉE
• 3.1. Méthodologie et technique de l’approche MDA
• 3.1.1. Méthodologie de l’approche MDA
• 3.1.2. Techniques disponibles de l’approche MDA
• 3.1.2.1. Méta-modélisation
• 3.1.2.1.1. Conception de la méta-modélisation
• 3.1.2.2. Générateur de code
• 3.1.2.2.1. Conception pour le développement du générateur de code
• 4. CHAPITRE 4: IMPLÉMENTATION ET EXPÉRIMENTATION
• 4.1. Implémentation de la solution
• 4.1.1. Implémentation de langage dédié : DSL
• 4.1.2. Implémentation de générateur de code
• 4.1.2.1. Le module generateManifest
• 4.1.2.2. Le module generateView
• 4.1.2.3. Le module generateResource
• 4.1.2.4. Le module generateActivity
• 4.2. Application de la méthode proposée
• 4.2.1. Processus de développement
• 4.2.2. Application 1 : Une application simple
• 4.2.2.1. Description de l’application
• 4.2.3. Application 2 : Une application de jeu Sudoku
• 4.2.3.1. Description de l’application
• 5. CHAPITRE 5: CONCLUSION ET PERSPECTIVE
• A: Modèle PIM de l’application simple avec DSL
• B: Modèle PIM de l’application de jeu Sudoku avec DSL
• Bibliographie

I. Giới thiệu

Chương này trình bày về vấn đề nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mô hình trong phát triển ứng dụng di động. Sự gia tăng nhanh chóng trong việc sử dụng thiết bị di động đã tạo ra nhu cầu lớn cho các ứng dụng di động. Tuy nhiên, việc phát triển ứng dụng cho nhiều nền tảng khác nhau như iOS, Android, và Windows Phone gặp nhiều khó khăn. Việc phát triển riêng biệt cho từng nền tảng không chỉ tốn thời gian mà còn làm tăng chi phí. Do đó, việc áp dụng kỹ thuật mô hình trong phát triển ứng dụng di động trở nên cần thiết. Kỹ thuật này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí phát triển thông qua việc sử dụng các mô hình để hướng dẫn quá trình phát triển. Mô hình hóa giúp các nhà phát triển dễ dàng hình dung và điều chỉnh ứng dụng trước khi tiến hành lập trình thực tế.

1.1. Vấn đề

Vấn đề chính trong phát triển ứng dụng di động là sự cần thiết phải phát triển ứng dụng cho nhiều nền tảng khác nhau. Điều này dẫn đến việc lặp lại mã nguồn và tăng chi phí phát triển. Kỹ thuật mô hình có thể giúp giải quyết vấn đề này bằng cách cung cấp một cách tiếp cận tổng quát hơn, cho phép các nhà phát triển viết mã một lần và tái sử dụng cho nhiều nền tảng. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu lỗi trong quá trình phát triển. Việc áp dụng kỹ thuật mô hình cũng giúp cải thiện khả năng bảo trì và mở rộng ứng dụng trong tương lai.

II. Kỹ thuật mô hình trong phát triển ứng dụng di động

Kỹ thuật mô hình (Model Driven Engineering - MDE) là một phương pháp tiếp cận trong phát triển phần mềm, trong đó các mô hình được sử dụng như là trung tâm của quá trình phát triển. MDE cho phép các nhà phát triển tạo ra các mô hình trừu tượng của ứng dụng, từ đó tự động sinh ra mã nguồn cho các nền tảng khác nhau. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu thời gian phát triển mà còn đảm bảo rằng mã nguồn được sinh ra đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của người dùng. Việc sử dụng kỹ thuật mô hình trong phát triển ứng dụng di động giúp tối ưu hóa quy trình phát triển, giảm thiểu sự lặp lại và tăng cường khả năng tương thích giữa các nền tảng.

2.1. Lợi ích của kỹ thuật mô hình

Một trong những lợi ích lớn nhất của kỹ thuật mô hình là khả năng giảm thiểu thời gian và chi phí phát triển. Bằng cách sử dụng các mô hình để hướng dẫn quá trình phát triển, các nhà phát triển có thể nhanh chóng điều chỉnh và sửa đổi ứng dụng mà không cần phải viết lại mã nguồn từ đầu. Hơn nữa, việc sử dụng mô hình giúp tăng cường khả năng kiểm thử và đảm bảo rằng ứng dụng hoạt động đúng như mong đợi. Các mô hình cũng có thể được sử dụng để tạo ra tài liệu kỹ thuật, giúp cho việc bảo trì và phát triển trong tương lai trở nên dễ dàng hơn.

III. Ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật mô hình

Việc áp dụng kỹ thuật mô hình trong phát triển ứng dụng di động đã được chứng minh là hiệu quả trong nhiều dự án thực tế. Các công ty công nghệ lớn đã sử dụng phương pháp này để phát triển các ứng dụng đa nền tảng, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Ví dụ, một số công ty đã áp dụng kỹ thuật mô hình để phát triển các ứng dụng cho cả iOS và Android từ một mã nguồn duy nhất, điều này không chỉ giúp giảm thiểu sự lặp lại mà còn đảm bảo tính nhất quán trong trải nghiệm người dùng. Việc sử dụng kỹ thuật mô hình cũng giúp các nhà phát triển dễ dàng hơn trong việc cập nhật và bảo trì ứng dụng.

3.1. Các ví dụ thành công

Nhiều công ty đã áp dụng thành công kỹ thuật mô hình trong phát triển ứng dụng di động. Chẳng hạn, một công ty phát triển ứng dụng đã sử dụng mô hình hóa để tạo ra một ứng dụng quản lý dự án cho cả iOS và Android. Kết quả là, họ đã giảm được 30% thời gian phát triển và tăng cường khả năng tương thích giữa các nền tảng. Điều này cho thấy rằng việc áp dụng kỹ thuật mô hình không chỉ mang lại lợi ích về mặt chi phí mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh thị trường ứng dụng di động phát triển nhanh chóng với sự gia tăng sử dụng các thiết bị như smartphone, tablet và phablet, nhu cầu phát triển ứng dụng đa nền tảng ngày càng trở nên cấp thiết. Theo ước tính, số lượng người dùng thiết bị di động tăng trưởng mạnh mẽ hàng năm, kéo theo sự mở rộng không ngừng của thị trường ứng dụng di động. Tuy nhiên, việc phát triển ứng dụng cho nhiều hệ điều hành như Android, iOS, Windows Phone đòi hỏi phải xây dựng riêng biệt từng phiên bản do sự khác biệt về ngôn ngữ lập trình, thư viện và giao diện lập trình ứng dụng (API). Quá trình phát triển truyền thống gồm các bước thu thập yêu cầu, phân tích, thiết kế và lập trình thường tốn nhiều thời gian và chi phí, đồng thời dễ dẫn đến sản phẩm cuối cùng không đáp ứng đúng yêu cầu người dùng.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát và ứng dụng phương pháp Kỹ thuật hướng mô hình (Model Driven Engineering - MDE) trong phát triển ứng dụng di động nhằm giảm thiểu thời gian và chi phí phát triển, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn 2013-2014, với phạm vi áp dụng chủ yếu trên nền tảng Android, đồng thời đề xuất giải pháp hỗ trợ phát triển đa nền tảng (cross-platform) thông qua việc tự động sinh mã nguồn từ mô hình. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số về thời gian phát triển, chi phí và độ chính xác trong việc đáp ứng yêu cầu người dùng, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp phát triển ứng dụng di động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: Kỹ thuật hướng mô hình (Model Driven Engineering - MDE) và Kiến trúc hướng mô hình (Model Driven Architecture - MDA). MDE là một lĩnh vực trong kỹ thuật phần mềm, trong đó toàn bộ hoặc một phần ứng dụng được tạo ra từ các mô hình trừu tượng. MDA, do OMG đề xuất, phân tách các đặc tả chức năng của hệ thống khỏi chi tiết triển khai trên nền tảng cụ thể, thông qua các mô hình độc lập nền tảng (Platform Independent Model - PIM) và mô hình đặc thù nền tảng (Platform Specific Model - PSM). Quá trình chuyển đổi từ PIM sang PSM được thực hiện tự động bằng các quy tắc chuyển đổi mô hình.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Mô hình (Model): Đại diện trừu tượng của hệ thống, giúp hiểu và thiết kế hệ thống dễ dàng hơn.
• Mô hình độc lập nền tảng (PIM): Mô hình biểu diễn chức năng hệ thống không phụ thuộc vào nền tảng triển khai.
• Mô hình đặc thù nền tảng (PSM): Mô hình biểu diễn hệ thống với các chi tiết cụ thể của nền tảng triển khai.
• Chuyển đổi mô hình (Model Transformation): Quá trình tự động chuyển đổi mô hình từ dạng này sang dạng khác, đặc biệt từ PIM sang PSM.
• Ngôn ngữ đặc thù miền (Domain Specific Language - DSL): Ngôn ngữ lập trình được thiết kế riêng cho một lĩnh vực cụ thể, giúp mô hình hóa chính xác và hiệu quả.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các tài liệu học thuật, báo cáo kỹ thuật và các công cụ phát triển phần mềm liên quan đến MDE và MDA. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích lý thuyết: Tổng hợp và đánh giá các khung lý thuyết, mô hình và công nghệ hiện có trong lĩnh vực kỹ thuật hướng mô hình.
• Thiết kế và phát triển: Xây dựng ngôn ngữ DSL chuyên biệt cho phát triển ứng dụng di động, tập trung vào ba thành phần chính: Model (dữ liệu), View (giao diện), Control (hành vi).
• Triển khai thực nghiệm: Phát triển bộ sinh mã nguồn tự động cho nền tảng Android dựa trên mô hình PIM, sử dụng công cụ Acceleo theo chuẩn MOFM2T.
• Thời gian nghiên cứu: Thực hiện trong năm học 2013-2014, với các giai đoạn từ khảo sát lý thuyết, thiết kế DSL, phát triển bộ sinh mã, đến thử nghiệm và đánh giá.
• Phương pháp phân tích: So sánh kết quả sinh mã với mã nguồn viết thủ công, đánh giá tính đầy đủ, chính xác và khả năng tái sử dụng của mô hình.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm hai ứng dụng mẫu: một ứng dụng đơn giản và một trò chơi Sudoku, nhằm kiểm chứng khả năng áp dụng của phương pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả giảm thời gian phát triển: Việc sử dụng kỹ thuật hướng mô hình giúp giảm đáng kể thời gian phát triển ứng dụng đa nền tảng. Ví dụ, ứng dụng đơn giản được sinh mã tự động hoàn chỉnh, tương đương với mã viết thủ công, tiết kiệm khoảng 30-40% thời gian lập trình.

2. Tính tái sử dụng và dễ bảo trì: Mô hình PIM cho phép tái sử dụng cho nhiều nền tảng khác nhau. Khi thay đổi yêu cầu, chỉ cần chỉnh sửa mô hình, sau đó sinh lại mã nguồn, giảm thiểu lỗi và chi phí bảo trì.

3. Khả năng sinh mã tự động cho nền tảng Android: Bộ sinh mã dựa trên Acceleo đã tạo ra mã nguồn Android đầy đủ, bao gồm các thành phần giao diện (layout, widget) và logic điều khiển (control). Mã sinh ra có cấu trúc chuẩn, dễ hiểu và có thể biên dịch trực tiếp.

4. Hạn chế trong hỗ trợ các chức năng phức tạp: Ứng dụng trò chơi Sudoku với các logic phức tạp không thể hoàn toàn sinh mã tự động do DSL chưa hỗ trợ đầy đủ các chức năng xử lý logic nâng cao. Cần bổ sung và mở rộng DSL để đáp ứng các yêu cầu phức tạp hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả giảm thời gian và chi phí là do mô hình hóa rõ ràng và tự động hóa quá trình chuyển đổi mô hình sang mã nguồn. So với các nghiên cứu khác về phát triển đa nền tảng, phương pháp MDA kết hợp DSL cho phép giảm thiểu sự trùng lặp mã và tăng tính nhất quán giữa các nền tảng. Kết quả này phù hợp với các báo cáo ngành cho thấy kỹ thuật hướng mô hình giúp tăng năng suất phát triển phần mềm từ 20-50%.

Tuy nhiên, việc mở rộng DSL để hỗ trợ các chức năng phức tạp đòi hỏi kiến thức sâu về lập trình ứng dụng di động và thiết kế ngôn ngữ, điều này là thách thức lớn đối với các nhà phát triển. Việc trình bày dữ liệu qua các bảng so sánh giao diện và chức năng giữa mã sinh và mã thủ công giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng ngôn ngữ DSL: Phát triển thêm các thành phần và cú pháp hỗ trợ xử lý logic phức tạp, đặc biệt cho các ứng dụng trò chơi và ứng dụng có tính tương tác cao, nhằm nâng cao khả năng sinh mã tự động.

2. Phát triển bộ sinh mã cho đa nền tảng: Triển khai bộ sinh mã tương tự cho các nền tảng iOS, Windows Phone và BlackBerry, tận dụng tính tái sử dụng của mô hình PIM để mở rộng phạm vi ứng dụng.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực phát triển: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật hướng mô hình và thiết kế DSL cho đội ngũ phát triển phần mềm nhằm tăng cường khả năng áp dụng hiệu quả phương pháp này.

4. Tích hợp công cụ kiểm thử tự động: Phát triển các công cụ kiểm thử tự động dựa trên mô hình để đảm bảo chất lượng sản phẩm ngay từ giai đoạn mô hình hóa, giảm thiểu lỗi phát sinh trong quá trình sinh mã.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm, với sự phối hợp giữa các nhóm phát triển phần mềm, nhà nghiên cứu và các tổ chức đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà phát triển phần mềm di động: Giúp hiểu và áp dụng kỹ thuật hướng mô hình để tăng hiệu quả phát triển ứng dụng đa nền tảng, giảm thời gian và chi phí.

2. Nhà quản lý dự án công nghệ thông tin: Cung cấp cơ sở để đánh giá và lựa chọn phương pháp phát triển phần mềm phù hợp, tối ưu hóa nguồn lực và tiến độ dự án.

3. Giảng viên và sinh viên ngành công nghệ phần mềm: Là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng kỹ thuật hướng mô hình trong thực tế, hỗ trợ nghiên cứu và giảng dạy.

4. Các công ty phát triển công cụ hỗ trợ lập trình: Cung cấp ý tưởng và cơ sở để phát triển các công cụ sinh mã tự động, ngôn ngữ đặc thù miền và bộ công cụ phát triển phần mềm.

Mỗi nhóm đối tượng có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao năng lực chuyên môn, cải tiến quy trình làm việc và phát triển sản phẩm chất lượng cao hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. Kỹ thuật hướng mô hình (MDE) là gì và có lợi ích gì trong phát triển ứng dụng di động?
   MDE là phương pháp phát triển phần mềm dựa trên mô hình trừu tượng, giúp tự động sinh mã nguồn từ mô hình. Lợi ích chính là giảm thời gian phát triển, tăng tính nhất quán và dễ bảo trì, đặc biệt hữu ích trong phát triển đa nền tảng.

2. Tại sao chọn kiến trúc hướng mô hình (MDA) làm cơ sở cho nghiên cứu?
   MDA phân tách rõ ràng giữa mô hình chức năng và chi tiết triển khai, cho phép tái sử dụng mô hình trên nhiều nền tảng khác nhau. Đây là chuẩn được OMG công nhận, có nhiều công cụ hỗ trợ và phù hợp với phát triển ứng dụng di động đa nền tảng.

3. Ngôn ngữ đặc thù miền (DSL) đóng vai trò gì trong nghiên cứu này?
   DSL được thiết kế riêng cho lĩnh vực phát triển ứng dụng di động, giúp mô hình hóa chính xác các thành phần giao diện, dữ liệu và hành vi. DSL là cầu nối giữa yêu cầu người dùng và quá trình sinh mã tự động.

4. Bộ sinh mã tự động có thể áp dụng cho những nền tảng nào?
   Trong nghiên cứu, bộ sinh mã được phát triển cho nền tảng Android. Tuy nhiên, phương pháp và công cụ có thể mở rộng để hỗ trợ các nền tảng khác như iOS, Windows Phone với việc xây dựng các quy tắc chuyển đổi và sinh mã tương ứng.

5. Những hạn chế hiện tại của phương pháp và hướng phát triển tiếp theo?
   Hạn chế chính là DSL chưa hỗ trợ đầy đủ các chức năng phức tạp, đặc biệt trong các ứng dụng có logic xử lý cao như trò chơi. Hướng phát triển tiếp theo là mở rộng DSL, phát triển bộ sinh mã đa nền tảng và tích hợp công cụ kiểm thử tự động để nâng cao chất lượng sản phẩm.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của kỹ thuật hướng mô hình, đặc biệt là kiến trúc MDA, trong việc giảm thời gian và chi phí phát triển ứng dụng di động đa nền tảng.
• Đã thiết kế và triển khai thành công ngôn ngữ đặc thù miền (DSL) cho mô hình hóa ứng dụng di động, tập trung vào ba thành phần Model, View và Control.
• Phát triển bộ sinh mã tự động cho nền tảng Android, tạo ra mã nguồn có cấu trúc chuẩn, dễ bảo trì và tương đương với mã viết thủ công.
• Thử nghiệm với hai ứng dụng mẫu cho thấy khả năng sinh mã hiệu quả với ứng dụng đơn giản và hạn chế với ứng dụng có logic phức tạp như trò chơi Sudoku.
• Đề xuất mở rộng DSL, phát triển bộ sinh mã đa nền tảng và tích hợp công cụ kiểm thử tự động là các bước tiếp theo nhằm hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi phương pháp.

Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho phát triển ứng dụng di động hiệu quả hơn, mời các nhà nghiên cứu và phát triển phần mềm tiếp tục khai thác và ứng dụng kỹ thuật hướng mô hình trong thực tế.