Luận văn thạc sĩ: Phương pháp hình thức trong phát triển hệ thống hướng đối tượng

Khám phá luận văn thạc sĩ về phương pháp hình thức trong phát triển hệ thống hướng đối tượng, ứng dụng và lợi ích trong công nghệ thông tin.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Hà
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Phương Pháp Hình Thức Trong Việc Phát Triển Hệ Thống Hướng Đối Tượng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng
• 1.2. Các ưu điểm của phương pháp hướng đối tượng
• 1.3. Tiến trình thống nhất
• 1.3.1. Khái niệm về tiến trình thống nhất
• 1.3.2. Các đặc trưng của tiến trình thống nhất
• 1.3.2.1. Ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển
• 1.3.2.2. Tiến trình thống nhất lấy kiến trúc làm trung tâm
• 1.3.2.3. Tiến trình thống nhất là tiến trình lặp và tăng dần
• 1.3.3. Một tiến trình tích hợp
• 1.4. Ngôn ngữ hình thức trong phát triển phần mềm
• 1.5. Mục tiêu của việc áp dụng phương pháp hình thức
• 1.6. Ưu điểm của phương pháp hình thức
• 1.7. Ngôn ngữ đặc tả hình thức
• 1.8. Mục tiêu và nội dung của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC TẢ VÀ LÀM MỊN HỆ THỐNG ĐỐI TƯỢNG VỚI RCOS
• 2.1. rCOS – Một phép làm mịn hệ thống đối tượng
• 2.2. UTP – cơ sở của rCOS
• 2.3. Đặc tả hệ thống đối tượng bằng rCOS
• 2.4. Lý thuyết làm mịn hệ thống đối tượng
• 2.5. Một tiến trình phát triển đặc tả hệ thống hướng đối tượng
• 2.6. Các bước của tiến trình
• 2.7. Kết chương
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG CỤ
• 3.1. Phân tích hệ thống
• 3.2. Xác định yêu cầu
• 3.3. Phát triển biểu đồ miền lĩnh vực
• 3.4. Xây dựng các mô hình ca sử dụng
• 3.5. Phát triển các biểu đồ lớp khái niệm
• 3.6. Thiết kế hệ thống
• 3.7. Biểu đồ lớp thiết kế
• 3.8. Biểu diễn thông tin đặc tả hệ thống
• 3.9. Cài đặt thử nghiệm
• 3.10. Môi trường và công cụ
• 3.11. Công cụ FM Tool
• 3.12. Tiến hành một case study với FM Tool
• 3.13. Khởi tạo hệ thống
• 3.14. Bổ sung các thuộc tính
• 3.15. Bổ sung các phương thức
• 3.16. Chuyển đặc tả sang công cụ CASE khác
• 3.17. Hai hướng sử dụng FM Tool
• 3.18. Kết luận chương
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Trong bối cảnh phát triển phần mềm hiện đại, hệ thống hướng đối tượng đã trở thành một phương pháp phổ biến nhờ vào khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp. Phát triển phần mềm theo phương pháp này không chỉ giúp tăng cường tính tái sử dụng mà còn nâng cao khả năng bảo trì và mở rộng hệ thống. Phương pháp hình thức được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của phần mềm. Việc kết hợp giữa hai phương pháp này tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc phát triển phần mềm chất lượng cao. Theo đó, nguyên tắc lập trình hướng đối tượng như tính đóng gói, kế thừa và đa hình đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các mô hình phần mềm hiệu quả.

1.1. Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng

Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng (OOP) đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả cho việc xây dựng các hệ thống phần mềm phức tạp. OOP cho phép các nhà phát triển ánh xạ các đối tượng trong bài toán vào các đối tượng phần mềm, từ đó tạo ra các mô hình dễ hiểu và gần gũi với người dùng. Lập trình hướng đối tượng không chỉ giúp giảm thiểu mã nguồn mà còn tăng cường khả năng tái sử dụng thông qua kỹ thuật thừa kế. Điều này giúp cho việc phát triển phần mềm trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn, đồng thời đảm bảo rằng các hệ thống phần mềm có thể đáp ứng nhanh chóng với các yêu cầu thay đổi từ người dùng.

II. Tiến trình thống nhất

Tiến trình thống nhất (RUP) là một khung làm việc quan trọng trong phát triển phần mềm, giúp tổ chức các hoạt động từ phân tích đến thiết kế và cài đặt. RUP dựa trên các thành phần và sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất (UML) để thiết kế hệ thống. Tiến trình phát triển phần mềm này có ba đặc trưng cơ bản: ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển, kiến trúc làm trung tâm và tính lặp lại trong phát triển. Mô hình ca sử dụng không chỉ giúp nắm bắt yêu cầu mà còn điều khiển các hoạt động thiết kế và kiểm thử, đảm bảo rằng phần mềm phát triển đáp ứng đúng nhu cầu của người dùng.

2.1. Các đặc trưng của tiến trình thống nhất

RUP có ba đặc trưng chính: ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển, kiến trúc làm trung tâm và tính lặp lại trong phát triển. Ca sử dụng giúp xác định các yêu cầu chức năng của hệ thống, từ đó điều khiển các hoạt động phát triển. Kiến trúc hệ thống phần mềm được xây dựng dựa trên các yêu cầu của người dùng và các ca sử dụng, đảm bảo rằng phần mềm phát triển có thể mở rộng và bảo trì dễ dàng. Tính lặp lại trong phát triển cho phép các nhà phát triển điều chỉnh và cải tiến phần mềm qua từng bước lặp, từ đó giảm thiểu rủi ro và nâng cao chất lượng sản phẩm.

III. Ngôn ngữ hình thức trong phát triển phần mềm

Ngôn ngữ hình thức đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển phần mềm, đặc biệt là trong các hệ thống yêu cầu tính chính xác cao. Việc áp dụng phương pháp hình thức giúp đảm bảo rằng các đặc tả hệ thống được chứng minh và kiểm chứng một cách chính xác. Mô hình hóa hệ thống bằng ngôn ngữ hình thức không chỉ giúp phát hiện lỗi sớm mà còn tạo ra các tài liệu rõ ràng cho quá trình phát triển. Sự kết hợp giữa ngôn ngữ hình thức và phương pháp hướng đối tượng tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc phát triển phần mềm chất lượng cao.

3.1. Lợi ích của ngôn ngữ hình thức

Ngôn ngữ hình thức cung cấp một cách tiếp cận chính xác để mô tả và kiểm chứng các hệ thống phần mềm. Việc sử dụng ngôn ngữ hình thức giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình phát triển, đồng thời đảm bảo rằng các yêu cầu của người dùng được đáp ứng một cách chính xác. Kiểm thử phần mềm trở nên hiệu quả hơn khi có sự hỗ trợ của ngôn ngữ hình thức, giúp phát hiện lỗi và cải thiện chất lượng sản phẩm. Sự kết hợp giữa ngôn ngữ hình thức và hệ thống hướng đối tượng không chỉ nâng cao tính chính xác mà còn tạo ra các sản phẩm phần mềm đáng tin cậy.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển phần mềm ngày càng phức tạp và quy mô lớn, việc đảm bảo chất lượng, tính tin cậy, khả năng mở rộng và bảo trì trở thành thách thức lớn đối với ngành công nghiệp phần mềm. Theo định luật Moore, năng lực xử lý của phần cứng tăng gấp đôi sau khoảng 18 tháng, đặt ra yêu cầu phần mềm phải tận dụng hiệu quả tiềm năng này. Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng (Object-Oriented Software Development) đã trở thành xu thế chủ đạo từ những năm 1990, nhờ khả năng mô hình hóa gần gũi với thực tế và hỗ trợ tái sử dụng mã nguồn. Tuy nhiên, việc phát triển phần mềm hướng đối tượng vẫn gặp khó khăn trong việc đảm bảo tính chính xác và nhất quán của hệ thống khi quy mô tăng lên.

Phương pháp hình thức (Formal Methods) với cơ sở toán học cung cấp công cụ đặc tả, chứng minh và kiểm chứng tính đúng đắn của phần mềm, đặc biệt hữu ích cho các hệ thống đòi hỏi độ tin cậy cao. Luận văn tập trung nghiên cứu sự kết hợp giữa phương pháp hình thức và phát triển phần mềm hướng đối tượng, nhằm xây dựng một tiến trình phát triển phần mềm dựa trên một khung nhìn duy nhất — biểu đồ lớp (class diagram) — và áp dụng ngôn ngữ hình thức rCOS (refinement Calculus of Object System) để làm mịn đặc tả hệ thống.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là: (1) nghiên cứu và áp dụng ngôn ngữ hình thức rCOS vào đặc tả hệ thống hướng đối tượng; (2) xây dựng các luật làm mịn đặc tả hệ thống đảm bảo tính đúng đắn; (3) phát triển công cụ hỗ trợ tự động hóa tiến trình phát triển phần mềm dựa trên biểu đồ lớp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lĩnh vực Công nghệ Phần mềm, với các ví dụ minh họa và thử nghiệm tại một số hệ thống phần mềm mẫu. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng phần mềm, giảm thiểu lỗi và chi phí phát triển, đồng thời tăng tính nhất quán và khả năng bảo trì của hệ thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng (Object-Oriented Development): Bao gồm ba nguyên tắc cơ bản là tính đóng gói, tính kế thừa và đa hình. Phương pháp này sử dụng các mô hình UML như biểu đồ lớp, biểu đồ ca sử dụng để phân tích, thiết kế và lập trình hệ thống. Tiến trình thống nhất Rational Unified Process (RUP) được áp dụng làm khung phát triển, với đặc trưng ca sử dụng điều khiển tiến trình, lấy kiến trúc làm trung tâm và phát triển lặp, tăng dần.

2. Phương pháp hình thức và ngôn ngữ rCOS: rCOS là một ngôn ngữ đặc tả hình thức dựa trên lý thuyết lập trình thống nhất (UTP) của Hoare và He, dùng đại số quan hệ để mô hình hóa và làm mịn hệ thống đối tượng. rCOS hỗ trợ đặc tả cấu trúc lớp, thuộc tính, phương thức và các phép biến đổi làm mịn đặc tả hệ thống, đảm bảo tính đúng đắn qua các luật làm mịn đã được chứng minh.

Các khái niệm chính bao gồm: khai báo lớp (class declaration), thuộc tính (attribute), phương thức (operation), các loại quan hệ giữa lớp (thừa kế, phụ thuộc, liên kết, kết tập, cấu thành), phép biến đổi làm mịn (refinement), và các thuật toán bổ sung lớp, thuộc tính, phương thức, quan hệ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Tài liệu học thuật về phương pháp hình thức, rCOS, UML, RUP; các nghiên cứu liên quan trong lĩnh vực phát triển phần mềm hướng đối tượng; dữ liệu thực nghiệm từ các hệ thống mẫu được đặc tả và làm mịn bằng công cụ phát triển.

• Phương pháp phân tích: Phân tích lý thuyết về ngôn ngữ rCOS và các luật làm mịn; xây dựng thuật toán biến đổi đặc tả hệ thống; phát triển công cụ hỗ trợ dựa trên kiến trúc 4 lớp của MOF và biểu đồ lớp UML; thử nghiệm công cụ trên các case study để đánh giá tính đúng đắn và hiệu quả.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian một năm học, bao gồm các giai đoạn: khảo sát tài liệu và xây dựng khung lý thuyết (3 tháng), phát triển thuật toán và luật làm mịn (4 tháng), xây dựng công cụ và thử nghiệm (4 tháng), tổng hợp kết quả và hoàn thiện luận văn (1 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xây dựng thành công tiến trình phát triển phần mềm dựa trên một khung nhìn duy nhất: Thay vì sử dụng nhiều mô hình UML khác nhau như trong RUP, nghiên cứu đề xuất sử dụng biểu đồ lớp làm khung nhìn duy nhất để phát triển phần mềm từ mô hình khởi tạo đến thiết kế cuối cùng. Điều này giúp giảm thiểu sự không nhất quán giữa các mô hình và tăng tính đồng bộ trong quá trình phát triển.

2. Phát triển các luật làm mịn đặc tả hệ thống bằng ngôn ngữ rCOS: Các luật bổ sung lớp, thuộc tính, phương thức và quan hệ giữa các lớp được xây dựng và chứng minh tính đúng đắn. Ví dụ, luật bổ sung thuộc tính cho lớp cho phép mở rộng mô hình khái niệm thô thành mô hình thiết kế chi tiết, với các ràng buộc đảm bảo không vi phạm tính nhất quán. Các phép biến đổi này được chứng minh qua các định nghĩa làm mịn thiết kế và làm mịn hệ thống, đảm bảo rằng hệ thống sau biến đổi là làm mịn của hệ thống trước đó.

3. Xây dựng công cụ FM Tool hỗ trợ tự động hóa tiến trình phát triển: Công cụ này cho phép người dùng thao tác trực quan với biểu đồ lớp UML, thực hiện các phép biến đổi làm mịn theo luật đã định, đồng thời kiểm tra các ràng buộc và cảnh báo các thao tác không hợp lệ. Công cụ hỗ trợ quản lý tệp đặc tả, xuất nhập dữ liệu theo chuẩn XMI, tương tác với các công cụ CASE khác như Rational Rose, Power Designer. Trong thử nghiệm với hệ thống mẫu gồm 5 lớp, mỗi lớp có 5 thuộc tính và 5 phương thức, công cụ đã giảm thiểu đáng kể thời gian và sai sót so với thao tác thủ công.

4. Đảm bảo tính nhất quán và đồng bộ trong quá trình làm mịn: Qua việc áp dụng các luật làm mịn và kiểm chứng tính đúng đắn ở hai mức tĩnh (trong một đặc tả) và động (giữa hai bước biến đổi), hệ thống đặc tả cuối cùng đạt được tính nhất quán cao, giảm thiểu lỗi phát sinh do không đồng bộ giữa các mô hình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của nghiên cứu nằm ở việc kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp hình thức và phát triển phần mềm hướng đối tượng, tận dụng ưu điểm của cả hai. Việc sử dụng rCOS làm ngôn ngữ đặc tả hình thức giúp mô hình hóa chính xác cấu trúc và hành vi hệ thống, đồng thời cung cấp cơ sở toán học để chứng minh tính đúng đắn của các phép biến đổi. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào nhiều khung nhìn UML, việc sử dụng một khung nhìn duy nhất giúp giảm thiểu sự phức tạp và rủi ro không nhất quán.

Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo ngành về việc áp dụng phương pháp hình thức trong phát triển phần mềm có độ tin cậy cao, đặc biệt trong các lĩnh vực như tài chính, hàng không và y tế. Việc phát triển công cụ FM Tool là bước tiến quan trọng, giúp tự động hóa và hỗ trợ người phát triển phần mềm, giảm thiểu sai sót và tăng năng suất.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện số lượng lớp, thuộc tính, phương thức trước và sau các bước làm mịn, biểu đồ thời gian thực hiện thủ công so với sử dụng công cụ, cũng như bảng tổng hợp các chức năng công cụ và các ràng buộc được kiểm tra.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi công cụ FM Tool trong các dự án phát triển phần mềm hướng đối tượng quy mô vừa và lớn: Động từ hành động là "áp dụng", mục tiêu là giảm thiểu lỗi phát sinh và tăng tính nhất quán đặc tả, thời gian thực hiện trong vòng 6-12 tháng, chủ thể thực hiện là các tổ chức phát triển phần mềm và nhóm kỹ sư phần mềm.

2. Đào tạo và nâng cao nhận thức về phương pháp hình thức và rCOS cho các nhà phát triển phần mềm: Động từ hành động là "tổ chức", mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn và áp dụng hiệu quả phương pháp hình thức, thời gian 3-6 tháng, chủ thể là các trường đại học, trung tâm đào tạo và doanh nghiệp công nghệ.

3. Mở rộng nghiên cứu và phát triển các luật làm mịn bổ sung cho các khía cạnh phức tạp hơn của hệ thống như đa kế thừa, mẫu thiết kế (design patterns): Động từ hành động là "nghiên cứu", mục tiêu hoàn thiện tiến trình phát triển phần mềm, thời gian 12-18 tháng, chủ thể là các nhóm nghiên cứu và viện công nghệ.

4. Tích hợp công cụ FM Tool với các công cụ CASE phổ biến khác để tạo thành hệ sinh thái phát triển phần mềm toàn diện: Động từ hành động là "phát triển", mục tiêu tăng khả năng tương tác và tự động hóa, thời gian 6-12 tháng, chủ thể là các nhà phát triển công cụ và doanh nghiệp phần mềm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà phát triển phần mềm và kỹ sư phần mềm: Có thể áp dụng các phương pháp và công cụ trong luận văn để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu lỗi và tăng hiệu quả phát triển.

2. Nhà quản lý dự án phần mềm: Sử dụng tiến trình phát triển dựa trên một khung nhìn duy nhất giúp quản lý tiến độ, kiểm soát rủi ro và đảm bảo tính nhất quán trong dự án.

3. Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Công nghệ Phần mềm: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu về phương pháp hình thức, phát triển phần mềm hướng đối tượng và công cụ hỗ trợ.

4. Nhà nghiên cứu trong lĩnh vực phát triển phần mềm và phương pháp hình thức: Cung cấp cơ sở lý thuyết, thuật toán và công cụ thử nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về làm mịn đặc tả hệ thống và tự động hóa tiến trình phát triển.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp hình thức là gì và tại sao cần áp dụng trong phát triển phần mềm?
   Phương pháp hình thức là kỹ thuật dựa trên toán học để đặc tả, phát triển và kiểm chứng phần mềm. Nó giúp loại bỏ sự nhập nhằng, tăng tính chính xác và phát hiện lỗi sớm, đặc biệt quan trọng với các hệ thống đòi hỏi độ tin cậy cao như tài chính, y tế.

2. rCOS có ưu điểm gì so với các ngôn ngữ đặc tả hình thức khác?
   rCOS hỗ trợ mô hình hóa hệ thống hướng đối tượng và hướng thành phần, kết hợp lý thuyết lập trình thống nhất (UTP) để làm mịn đặc tả qua các phép biến đổi đã được chứng minh tính đúng đắn, giúp đảm bảo tính nhất quán và chính xác trong phát triển phần mềm.

3. Tiến trình phát triển phần mềm dựa trên một khung nhìn duy nhất có lợi ích gì?
   Việc sử dụng một khung nhìn duy nhất (biểu đồ lớp) giúp giảm thiểu sự không nhất quán giữa các mô hình, đơn giản hóa quản lý tiến trình, đồng thời dễ dàng kiểm soát và làm mịn đặc tả hệ thống qua các bước biến đổi.

4. Công cụ FM Tool hỗ trợ những chức năng gì?
   FM Tool hỗ trợ quản lý tệp đặc tả hệ thống, thêm/xóa lớp, thuộc tính, phương thức, thay đổi đặc trưng và quan hệ giữa các lớp, kiểm tra ràng buộc và cảnh báo thao tác không hợp lệ, đồng thời xuất nhập dữ liệu theo chuẩn XMI để tương tác với các công cụ CASE khác.

5. Làm thế nào để đảm bảo tính đúng đắn của các phép biến đổi trong tiến trình làm mịn?
   Tính đúng đắn được đảm bảo qua các luật làm mịn đã được chứng minh toán học trong rCOS, kiểm chứng ở hai mức: tĩnh (trong một đặc tả) và động (giữa hai bước biến đổi liên tiếp), giúp hệ thống đặc tả cuối cùng luôn là làm mịn của hệ thống ban đầu.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công tiến trình phát triển phần mềm hướng đối tượng dựa trên một khung nhìn duy nhất, sử dụng biểu đồ lớp làm trung tâm.
• Áp dụng ngôn ngữ hình thức rCOS để đặc tả và làm mịn hệ thống, với các luật biến đổi đã được chứng minh tính đúng đắn.
• Phát triển công cụ FM Tool hỗ trợ tự động hóa tiến trình, giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả phát triển phần mềm.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng phần mềm, giảm chi phí và thời gian phát triển, đồng thời tăng tính nhất quán và khả năng bảo trì hệ thống.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm mở rộng luật làm mịn, tích hợp công cụ với hệ sinh thái CASE và đào tạo ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp phần mềm.

Áp dụng công cụ và tiến trình nghiên cứu trong các dự án thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng để hoàn thiện phương pháp và công cụ hỗ trợ phát triển phần mềm hướng đối tượng chất lượng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG I. Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng Một trong những thách thức đối với ngành công nghiệp phần mềm là làm thế nào phát triển các phần mềm với chất lượng cao, nhanh chóng và dễ bảo trì trong khi các hệ thống ngày càng lớn và phức tạp [30]. Điều đó xuất phát từ những nguyên nhân sau: - Nhu cầu của người dùng đối với phần mềm ngày một cao do sự phát triển như vũ bão của internet và do yêu cầu tin học hóa các lĩnh vực của cuộc sống. - Năng lực xử lý của phần cứng tăng nhanh (theo định luật Moore: Năng lực của máy tính tăng gấp đôi sau 18 tháng) đặt ra yêu cầu làm thế nào để các hệ thống phần mềm có thể tận dụng tiềm năng đó.

Vào những năm 70 của thế kỷ trước cuộc “khủng hoảng phần mềm” đã diễn ra và đã đặt ra cho việc phát triển phần mềm nhiều yêu cầu và thách thức [28]. Từ đó đã có nhiều nhiều lý thuyết, phương pháp luận và kỹ thuật được nghiên cứu, đề xuất và việc phát triển phần mềm dần trở thành một ngành công nghiệp. Từ sau năm 1990 phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng ra đời và nhanh chóng đóng một vai trò quan trọng. Phương pháp hướng đối tượng ngày càng mạnh mẽ và trở nên phổ biến cho việc xây dựng các hệ thống phần mềm lớn và phức tạp.

Cùng với sự ra đời và phát triển của các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng phương pháp mới này đã dần trở thành xu thế trong công nghệ phần mềm. Đặc biệt khi ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất UML được tổ chức OMG công nhận là chuẩn công nghiệp, lúc này các công cụ CASE đã hỗ trợ hầu hết các giai đoạn phát triển phần mềm hướng đối tượng thì phương pháp hướng đối tượng đã gần như hoàn thiện và tỏ rõ ưu thế so với các phương pháp khác. Khái niệm Xây dựng hệ thống phần mềm theo phương pháp hướng đối tượng bao gồm các công việc: phân tích, thiết kế và lập trình hướng đối tượng. Phương pháp này dựa trên 3 nguyên tắc cơ bản: tính đóng gói, tính kế thừa và đa hình.

Phân tích hướng đối tượng (OOA) là hoạt động điều tra, nghiên cứu hệ thống nhằm tìm hiểu kỹ bài toán, tìm ra các đối tượng để xây dựng các module của hệ thống phần mềm, phân tách bài toán thành các phần nhỏ hơn, xây dựng mô hình logic mô tả chức năng của toàn hệ thống. Nhiệm vụ của thiết kế hướng đối tượng (OOD) là mô hình hóa các đối tượng của bài toán thành các đối tượng phần mềm, xây dựng mô hình kiến trúc và mô hình tính toán cho hệ thống. Kiến trúc trong OOD nhấn mạnh đến việc định nghĩa các đối tượng phần mềm và tương tác giữa chúng. Lập trình hướng đối tượng (OOP) cho phép chúng ta kết hợp những tri thức bao quát về các quá trình với các khái niệm trừu tượng được sử dụng trong máy tính.

Cụ thể hơn nhiệm vụ giai đoạn này là chuyển các đặc tả hệ thống đối tượng từ bản thiết kế thành chương trình mã máy bằng các công cụ và ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng. Các ưu điểm của phương pháp hướng đối tượng Các phương pháp hướng đối tượng nói chung và lập trình hướng đối tượng nói riêng cho phép chúng ta giải quyết được nhiều vấn đề gây khó khăn, trở ngại cho quá trình phát triển phần mềm. Ngoài những khía cạnh đã phân tích ở trên, những ưu điểm chính của phương pháp hướng đối tượng là: - Giúp cho nhà phát triển có tư duy ánh xạ các đối tượng bài toán vào phần mềm, nhờ đó hệ thống trở nên trong sáng dễ hiểu và gần gũi với người dùng. - Những đối tượng được thiết kế tốt trong những hệ thống hướng đối tượng là cơ sở để kết hợp các đơn thể được sử dụng lại thành hệ lớn hơn, tạo ra những hệ thống chất lượng ở mức cao hơn.

-8- z - Lập trình hướng đối tượng, đặc biệt là kỹ thuật thừa kế cho phép loại bỏ những đoạn mã chung, làm tăng tính tái sử dụng. - Quy ước truyền thông điệp giữa các đối tượng đảm bảo cho việc mô tả các giao diện giữa các đơn thể bên trong hệ thống và các hệ thống bên ngoài trở nên dễ dàng hơn. Điều đó cũng đảm bảo cho việc phân chia công việc trong dự án có cơ sở tự nhiên và dễ hiểu hơn. - Nguyên lý che dấu thông tin hỗ trợ cho việc xây dựng các hệ thống thông tin an toàn.

Nguyên lý thiết kế dựa chính vào dữ liệu rất phù hợp với ngữ nghĩa của mô hình trong cài đặt. - Định hướng đối tượng cung cấp cho chúng ta những công cụ hỗ trợ để giải quyết được độ phức tạp của bài toán. Tiến trình thống nhất I. Khái niệm về tiến trình thống nhất Một tiến trình phát triển phần mềm là một tập các hoạt động cần thiết để chuyển yêu cầu người sử dụng thành một hệ thống phần mềm đáp ứng được các yêu cầu đặt ra [6](hình 1).

Tiến trình phát triển phần mềm Tiến trình thống nhất (RUP – Rational Unified Process) là tiến trình phát triển phần mềm do Rational Software phát triển và bảo trì. Đó là một khung làm việc chung mà có thể được chuyên biệt hoá cho mỗi lớp lớn của các hệ thống phần mềm, cho các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, các kiểu tổ chức khác nhau, các cấp độ hoàn thiện khác nhau và các qui mô dự án khác nhau. -9- z Tiến trình thống nhất dựa trên các thành phần, điều đó có nghĩa là hệ thống phần mềm được xây dựng dựa trên các thành phần phần mềm kết nối với nhau thông qua giao diện đã được định nghĩa trước. Tiến trình thống nhất sử dụng ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất UML để thiết kế các hệ thống phần mềm.

RUP giúp sử dụng hiệu quả UML và trên thực tế UML là một phần tích hợp của RUP. Hiện nay RUP được rất nhiều công cụ hỗ trợ tự động trên phần lớn tiến trình. Các đặc trưng của tiến trình thống nhất RUP có 3 đặc trưng cơ bản: [6], [21]: - Ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển. - RUP lấy kiến trúc làm trung tâm.

- Là tiến trình lặp và tăng dần. Phần sau đây sẽ trình bày chi tiết hơn từng đặc trưng trên. Ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển Một hệ thống phần mềm được tạo ra là để phục vụ người dùng, thuật ngữ người dùng ở đây bao gồm cả người dùng hệ thống hay các hệ thống khác tương tác sử dụng dịch vụ hệ thống mà chúng ta xây dựng. Một ca sử dụng (use case) là một phần chức năng hệ thống cung cấp cho người dùng để đem lại 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 đầy đủ chức năng của hệ thống (hình 2). Mô hình này sẽ thay thế cho các đặc tả chức năng hệ thống bằng phương pháp truyền thống. Một đặc tả chức năng thường trả lời câu hỏi: hệ thống được dự kiến sẽ là gì? Nhưng đối với ca sử dụng thì câu hỏi lại là: hệ thống dự kiến sẽ làm được gì cho mỗi người sử dụng? -10- z Ca sử dụng không phải chỉ là một công cụ để đặc tả các yêu cầu của hệ thống, nó còn điều khiển các tiến trình thiết kế, cài đặt và kiểm thử theo ngữ nghĩa như sau: Trước hết ca sử dụng phản ánh yêu cầu của hệ thống cần phải thực hiện để đem lại dịch vụ cho những người sử dụng và kết quả là những giá trị gia tăng mà họ nhận được.

Dựa trên mô hình ca sử dụng, người phát triển tạo ra một loạt các mô hình phân tích, thiết kế và cài đặt nhằm vào việc ca sử dụng ở những mức khác nhau (từ mức khái niệm đến mức logic và phương tiện vật lý) và xem xét để sao cho mỗi mô hình này phù hợp với việc thực hiện mô hình ca sử dụng xây dựng được. Ca sử dụng điều khiển các hoạt động phát triển. Những người kiểm tra sẽ kiểm tra các cài đặt để đảm bảo rằng các thành phần của mô hình cài đặt đã được cài đặt đúng các ca sử dụng. Do vậy, ta nói rằng ca sử dụng điều khiển quá trình phát triển, điều đó có nghĩa là quá trình phát triển tuân theo các luồng công việc được điều khiển bởi ca sử dụng.

Tiến trình thống nhất lấy kiến trúc làm trung tâm Vai trò của kiến trúc hệ thống phần mềm giống như khung nền, dựa trên đó phần mềm được xây dựng và phát triển đến hoàn thiện. Khái niệm kiến trúc phần mềm chứa đựng các khía cạnh tĩnh và động có ý nghĩa nhất đối với hệ thống. Nó được phát triển dựa theo yêu cầu của tổ chức, theo cảm nhận của người dùng và các tổ chức có - liên quan khác được phản ánh qua các ca sử dụng. Mặt khác, nó cũng chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố, chẳng hạn như môi trường nền của hệ thống, các khối xây dựng dùng lại có sẵn, các điều cân nhắc triển khai và các yêu cầu phi chức năng (như tính thể hiện, độ tin cậy.

Kiến trúc là một khung nhìn thiết kế tổng thể về những đặc điểm quan trọng nhất của hệ thống và tạm bỏ qua các chi tiết. Vậy ca sử dụng và kiến trúc có quan hệ với nhau như thế nào? Mọi sản phẩm 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 tương ứng với các ca sử dụng và hình thức thể hiện tương ứng với kiến trúc.

Do đó việc lựa chọn các ca sử dụng để phát triển được định hướng theo kiến trúc và phù hợp với kiến trúc. Nói cách khác, kiến trúc phải cung cấp chỗ dựa cho việc thực hiện các ca sử dụng ngay từ khi bắt đầu tiến trình hệ thống và cả trong tương lai. Trên thực tế, cả kiến trúc và ca sử dụng đều phát triển song song. Kiến trúc của hệ thống là thành phần quan trọng nhất, được sử dụng để quản lý các khung nhìn khác, để điều khiển phát triển hệ thống tăng dần và lặp lại trong suốt chu kỳ sống của hệ thống phần mềm.

Kiến trúc là tập các quyết định về: - Tổ chức của hệ thống phần mềm. - Lựa chọn các phần tử cấu trúc và giao diện cho hệ thống. - Hành vi của chúng thể hiện trong hợp tác giữa các phần tử.