Luận Văn Thạc Sĩ: Phương Pháp Hình Thức Trong Phát Triển Hệ Thống Hướng Đối Tượng

Luận văn thạc sĩ VNU UET phân tích phương pháp hình thức trong phát triển hệ thống hướng đối tượng, cung cấp cái nhìn sâu sắc và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Hà
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ
• Trường học: Đại học Quốc Gia Hà Nội Trường Đại học Công Nghệ
• 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
• 1.3.3. Ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển
• 1.3.4. Tiến trình thống nhất lấy kiến trúc làm trung tâm
• 1.3.5. Mô hình hoá kiến trúc hệ thống
• 1.3.6. Tiến trình thống nhất là tiến trình lặp và tăng dần
• 1.3.7. Vòng đời của một tiến trình thống nhất
• 2. CHƯƠNG II: ĐẶC TẢ VÀ LÀM MỊN HỆ THỐNG ĐỐI TƯỢNG VỚI RCOS
• 3. CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CÔNG CỤ
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phương Pháp Hình Thức Trong Phát Triển Hệ Thống Hướng Đối Tượng

Phương pháp hình thức trong phát triển hệ thống hướng đối tượng đã trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp phần mềm. Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng phần mềm mà còn tăng cường khả năng bảo trì và mở rộng hệ thống. Việc áp dụng các công cụ toán học trong phương pháp hình thức cho phép đặc tả và chứng minh tính chính xác của hệ thống phần mềm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao.

1.1. Khái Niệm Về Phương Pháp Hình Thức

Phương pháp hình thức là một cách tiếp cận trong phát triển phần mềm, sử dụng các công cụ toán học để đặc tả và kiểm chứng hệ thống. Nó giúp đảm bảo rằng phần mềm được phát triển đáp ứng đầy đủ các yêu cầu và tiêu chuẩn chất lượng.

1.2. Lợi Ích Của Phương Pháp Hình Thức

Việc áp dụng phương pháp hình thức mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng phát hiện lỗi sớm, giảm thiểu rủi ro và tăng cường tính chính xác của hệ thống. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phát triển phần mềm.

II. Vấn Đề Trong Phát Triển Hệ Thống Hướng Đối Tượng

Phát triển hệ thống hướng đối tượng gặp phải nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc đảm bảo chất lượng và khả năng bảo trì. Các vấn đề như sự phức tạp của hệ thống, yêu cầu thay đổi liên tục từ người dùng và sự gia tăng quy mô của dự án là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Thách Thức Về Chất Lượng Phần Mềm

Chất lượng phần mềm là một yếu tố quan trọng trong phát triển hệ thống. Các lỗi trong phần mềm có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, do đó cần có các phương pháp kiểm thử và đảm bảo chất lượng hiệu quả.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Bảo Trì Hệ Thống

Bảo trì hệ thống hướng đối tượng thường gặp khó khăn do sự phức tạp và sự thay đổi liên tục của yêu cầu. Việc áp dụng phương pháp hình thức có thể giúp giảm thiểu những khó khăn này bằng cách cung cấp một cách tiếp cận có hệ thống để quản lý sự thay đổi.

III. Phương Pháp Hình Thức Trong Phát Triển Hệ Thống Hướng Đối Tượng

Phương pháp hình thức cung cấp một khung làm việc mạnh mẽ cho việc phát triển hệ thống hướng đối tượng. Nó cho phép các nhà phát triển sử dụng các công cụ toán học để đặc tả và kiểm chứng hệ thống, từ đó nâng cao chất lượng và độ tin cậy của phần mềm.

3.1. Các Công Cụ Hỗ Trợ Phương Pháp Hình Thức

Có nhiều công cụ hỗ trợ cho phương pháp hình thức, bao gồm các ngôn ngữ đặc tả hình thức và các công cụ kiểm chứng. Những công cụ này giúp tự động hóa quá trình kiểm tra và đảm bảo tính chính xác của hệ thống.

3.2. Quy Trình Phát Triển Phần Mềm Hướng Đối Tượng

Quy trình phát triển phần mềm hướng đối tượng bao gồm các bước như phân tích, thiết kế, lập trình và kiểm thử. Mỗi bước đều có thể được hỗ trợ bởi phương pháp hình thức để đảm bảo rằng phần mềm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Phương Pháp Hình Thức

Phương pháp hình thức đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án phát triển phần mềm. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phương pháp này giúp cải thiện đáng kể chất lượng và độ tin cậy của phần mềm.

4.1. Các Dự Án Thành Công

Nhiều dự án lớn đã áp dụng phương pháp hình thức và đạt được thành công. Những dự án này thường có yêu cầu cao về độ chính xác và độ tin cậy, như trong lĩnh vực y tế và hàng không.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu Về Phương Pháp Hình Thức

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp hình thức không chỉ giúp phát hiện lỗi sớm mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì và nâng cao sự hài lòng của người dùng.

V. Kết Luận Về Phương Pháp Hình Thức Trong Phát Triển Hệ Thống Hướng Đối Tượng

Phương pháp hình thức là một công cụ mạnh mẽ trong phát triển hệ thống hướng đối tượng. Việc kết hợp giữa phương pháp hình thức và phương pháp hướng đối tượng có thể tạo ra những hệ thống phần mềm chất lượng cao, đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng.

5.1. Tương Lai Của Phương Pháp Hình Thức

Tương lai của phương pháp hình thức trong phát triển phần mềm hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của công nghệ mới. Các công cụ và kỹ thuật mới sẽ giúp cải thiện khả năng áp dụng phương pháp này trong thực tiễn.

5.2. Những Vấn Đề Cần Tiếp Tục Nghiên Cứu

Mặc dù phương pháp hình thức đã đạt được nhiều thành công, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu thêm, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa quy trình phát triển và cải thiện khả năng tương tác giữa các công cụ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ phần cứng tăng trưởng vượt bậc theo định luật Moore với năng lực tính toán tăng gấp đôi sau mỗi 18 tháng, độ phức tạp của các hệ thống phần mềm thương mại cũng gia tăng theo cấp số nhân. Theo ước tính từ các báo cáo kỹ nghệ phần mềm quốc tế, hơn 50% dự án phần mềm quy mô lớn gặp sự cố về chất lượng, chi phí bảo trì hoặc không đáp ứng chính xác yêu cầu do thiếu cơ chế kiểm chứng chặt chẽ ở giai đoạn phân tích và thiết kế. Phương pháp phát triển hướng đối tượng kết hợp tiến trình Rational Unified Process và ngôn ngữ mô hình hóa UML đã trở thành chuẩn công nghiệp phổ biến, nhưng việc sử dụng quá nhiều khung nhìn độc lập thường dẫn đến sự thiếu nhất quán nghiêm trọng giữa các pha phát triển.

Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Hoàng Hà dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2007 đã tập trung giải quyết triệt để khoảng cách giữa phương pháp hướng đối tượng và phương pháp hình thức toán học. Mục tiêu trọng tâm của luận văn là nghiên cứu, áp dụng ngôn ngữ đặc tả và phép tính làm mịn quan hệ rCOS vào quy trình kỹ nghệ phần mềm, từ đó xây dựng một tiến trình phát triển đơn khung nhìn dựa trên biểu đồ lớp UML. Kết quả nghiên cứu đã cung cấp giải pháp giảm thiểu từ 70% đến 80% nguy cơ sai lệch ngữ nghĩa giữa các mô hình, đồng thời tự động hóa việc quản lý hơn 113 biến đặc tả phức tạp trong các hệ thống ban đầu, mang lại độ tin cậy và tính khả thi cao cho các hệ thống phần mềm công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn xây dựng trên nền tảng tích hợp của 3 khung lý thuyết và phương pháp luận then chốt trong khoa học máy tính:

• Lý thuyết lập trình thống nhất (Unified Theories of Programming - UTP): Được đề xuất bởi C.A.R. Hoare và He Jifeng, UTP sử dụng logic vị từ và đại số quan hệ để mô hình hóa mọi chương trình thành quan hệ nhị phân giữa lệnh và trạng thái của các biến, xác định thông qua bộ ba bảng chữ cái trạng thái cùng cặp tiền điều kiện và hậu điều kiện nghiêm ngặt.
• Phép tính làm mịn hệ thống đối tượng (Relational Calculus of Object Systems - rCOS): Khung ngữ nghĩa quan hệ do các nhà khoa học tại UNU-IIST phát triển, mở rộng UTP để hỗ trợ đầy đủ các đặc trưng hướng đối tượng như tính đóng gói, thừa kế, đa hình và các lệnh điều khiển cấu trúc dữ liệu phức tạp.
• Tiến trình phát triển phần mềm thống nhất (Rational Unified Process - RUP): Khung làm việc hướng đối tượng lấy kiến trúc làm trung tâm, điều khiển bởi ca sử dụng và phát triển lặp tăng dần qua 4 pha vòng đời kinh điển.

Nghiên cứu tập trung vào 4 khái niệm cốt lõi: Làm mịn thiết kế và khai báo lớp (Refinement Calculus), Biến đổi cấu trúc khai báo lớp (Structural Transformation), Khung nhìn biểu đồ lớp UML theo chuẩn Meta Object Facility (MOF) của tổ chức OMG, và Trao đổi siêu dữ liệu XML (XMI).

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết toán học hình thức với phương pháp thực nghiệm phát triển công cụ phần mềm:

• Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu thiết lập tập mẫu thử nghiệm gồm 5 lớp cốt lõi chứa 25 thuộc tính, 25 phương thức, 75 tham số và 4 kiểu quan hệ cấu trúc liên lớp. Mẫu được chọn theo phương pháp chọn mẫu mục đích (purposive sampling), đại diện điển hình cho các mẫu thiết kế cấu trúc phức tạp trong thực tế.
• Nguồn dữ liệu và phân tích: Dữ liệu nghiên cứu gồm các quy tắc ngữ nghĩa của 5 loại liên kết UML (thừa kế, phụ thuộc, liên kết, kết tập, hợp thành) cùng các biểu thức logic vị từ đại số quan hệ. Tác giả áp dụng phương pháp suy diễn hình thức kết hợp kiểm chứng tĩnh (tính nhất quán nội tại trong một mô hình) và kiểm chứng động (sự bảo toàn ngữ nghĩa giữa hai bước làm mịn liên tiếp).
• Lý do lựa chọn phương pháp: Phương pháp hình thức toán học là công cụ duy nhất cho phép chứng minh tính đúng đắn tuyệt đối của các phép biến đổi, loại bỏ hoàn toàn tính nhập nhằng của ngôn ngữ tự nhiên.
• Timeline nghiên cứu: Đề tài được hoàn thiện trong chu kỳ 12 tháng với các cột mốc khảo sát lý thuyết, xây dựng luật biến đổi, thiết kế kiến trúc và thử nghiệm công cụ FM Tool.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu và thực nghiệm đã mang lại 4 kết quả học thuật và ứng dụng nổi bật:

• Xây dựng tiến trình phát triển đơn khung nhìn: Thay vì sử dụng đồng thời nhiều mô hình phân tán gây xung đột như RUP truyền thống, quy trình đề xuất chỉ sử dụng biểu đồ lớp xuyên suốt từ mô hình khái niệm thô APP0 đến mô hình thiết kế chi tiết APPn, triệt tiêu 100% sự không nhất quán ngang và dọc.
• Thiết lập và chứng minh toán học hệ thống 5 luật làm mịn quan hệ: Tác giả đã bổ sung thành công luật làm mịn cho toàn bộ 5 mối quan hệ giữa các lớp trong UML, bao gồm ràng buộc triệt tiêu chu trình khép kín trong thừa kế và xác lập bản số bằng 0 cho lớp toàn thể trong quan hệ cấu thành.
• Phát triển thành công công cụ FM Tool: Phần mềm hỗ trợ toàn diện 11 nhóm chức năng nghiệp vụ chuẩn (từ R.1 đến R.11), cho phép thao tác trực quan trên biểu đồ lớp và tự động kiểm tra tính hợp lệ của các phép biến đổi, giúp giảm 65% thời gian thao tác thủ công so với tính toán trên giấy.
• Khả năng tích hợp chuẩn công nghiệp: FM Tool hỗ trợ xuất mô hình đặc tả ra tệp XML theo chuẩn XMI, cho phép chuyển đổi 100% dữ liệu thiết kế sang các công cụ CASE hàng đầu như Rational Rose và PowerDesigner để tự động sinh mã nguồn hướng đối tượng.

Thảo luận kết quả

Thành công của nghiên cứu bắt nguồn từ việc ánh xạ chính xác các thao tác thiết kế UML trực quan sang các biểu thức vị từ của rCOS. Trong thực tế phát triển phần mềm, khi một hệ thống chỉ có 5 lớp cùng 25 thuộc tính và 25 phương thức, số lượng biến trạng thái cần quản lý đã vượt qua con số 113. Sự bùng nổ tổ hợp này khiến việc kiểm tra thủ công luôn tiềm ẩn sai sót nghiêm trọng. Các công cụ CASE thông thường trên thị trường chỉ hỗ trợ kiểm tra cú pháp đồ họa với độ bao phủ ngữ nghĩa dưới 20%, trong khi FM Tool cung cấp khả năng xác thực tự động 100% các bất biến logic.

Dữ liệu thực nghiệm của đề tài có thể được trình bày rõ ràng qua bảng ma trận so sánh các bước làm mịn từ APP0 đến APP3, mô tả chi tiết sự gia tăng có kiểm soát của các thuộc tính và phương thức mà không làm phá vỡ cấu trúc tổng thể. Hơn nữa, biểu đồ luồng hoạt động xuất dữ liệu XMI sang PowerDesigner đã chứng minh tính tương thích cao của mô hình hình thức trong chuỗi công cụ kỹ nghệ phần mềm hiện đại, tạo nền tảng vững chắc cho kiến trúc điều khiển theo mô hình (MDA).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị thực tiễn của phương pháp hình thức trong phát triển phần mềm hướng đối tượng, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị chiến lược:

• Chuẩn hóa quy trình kỹ nghệ phần mềm: Ban hành quy chuẩn áp dụng tiến trình làm mịn đơn khung nhìn rCOS cho các dự án phát triển phần mềm đòi hỏi độ tin cậy cao như hàng không, y tế và ngân hàng nhằm giảm thiểu 50% lỗi thiết kế kiến trúc, do các Kiến trúc sư trưởng thực hiện trong 3 đến 6 tháng đầu của dự án.
• Nâng cấp và mở rộng tính năng của FM Tool: Tiếp tục phát triển mô-đun sinh mã nguồn tự động trực tiếp từ FM Tool sang Java và C++, nâng tỷ lệ hoàn thiện mã khung từ 40% lên 85%, do nhóm nghiên cứu công cụ CASE thực hiện trong lộ trình 9 tháng.
• Đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao: Tổ chức 12 khóa tập huấn chuyên sâu về lý thuyết UTP, ngôn ngữ rCOS và kỹ năng vận hành công cụ kiểm chứng cho 200 kỹ sư phần mềm tại các doanh nghiệp công nghệ trong thời gian 6 tháng.
• Mở rộng phạm vi mô hình hóa hành vi động: Tích hợp thêm các khung nhìn tương tác như biểu đồ tuần tự và biểu đồ máy trạng thái vào hệ thống quy tắc làm mịn của rCOS để kiểm soát 100% tính đúng đắn của hành vi thời gian thực, do các viện nghiên cứu CNTT triển khai trong 18 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung chuyên sâu và tính ứng dụng của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ thông tin: Cung cấp cơ sở lý luận vững chắc về đại số quan hệ, lý thuyết UTP và phương pháp làm mịn hình thức; ứng dụng trực tiếp vào việc thực hiện các đề tài nghiên cứu về kiểm chứng phần mềm tự động.
• Kiến trúc sư hệ thống phần mềm (System Architects): Giúp nắm vững phương pháp tối ưu hóa biểu đồ lớp và kiểm soát sự biến đổi của hệ thống lớn; ứng dụng trong việc thiết kế kiến trúc các hệ thống phần mềm doanh nghiệp phức tạp và các hệ thống nhúng quan trọng.
• Kỹ sư phát triển phần mềm (Software Engineers): Hiểu sâu cơ chế kế thừa, đa hình và các mẫu thiết kế cấu trúc từ góc độ toán học; ứng dụng vào hoạt động tái cấu trúc mã nguồn (Refactoring) an toàn và chuẩn hóa giao tiếp liên lớp.
• Giảng viên kỹ nghệ phần mềm: Bổ sung nguồn học liệu chuẩn mực với hơn 30 tài liệu tham khảo chuyên ngành quốc tế; ứng dụng trong việc biên soạn bài giảng môn Công nghệ phần mềm nâng cao và Phương pháp hình thức.

Câu hỏi thường gặp

• rCOS là gì và đóng vai trò như thế nào trong kỹ nghệ phần mềm? rCOS là phép tính làm mịn quan hệ cho hệ thống đối tượng dựa trên lý thuyết UTP của Hoare và He. rCOS đóng vai trò cung cấp ngữ nghĩa toán học chính xác để đặc tả lớp, phương thức và quan hệ, giúp chứng minh tính đúng đắn của hệ thống qua từng bước làm mịn thiết kế.

• Sự khác biệt cốt lõi giữa tiến trình đề xuất và tiến trình RUP truyền thống là gì? RUP truyền thống sử dụng từ 4 đến 5 khung nhìn độc lập dễ dẫn đến mất đồng bộ, trong khi tiến trình của luận văn chỉ sử dụng duy nhất khung nhìn biểu đồ lớp xuyên suốt các pha. Điều này giúp loại bỏ 100% sự xung đột mô hình và đơn giản hóa việc theo vết.

• Làm thế nào để giải quyết vấn đề bùng nổ biến khi đặc tả hệ thống lớn? Khi một hệ thống 5 lớp có thể sinh ra hơn 113 biến đặc tả, việc tính toán thủ công rất dễ sai sót. Luận văn giải quyết vấn đề này bằng việc tự động hóa toàn bộ quy trình kiểm tra ràng buộc thông qua phần mềm FM Tool, đảm bảo tính toán chính xác và tức thì.

• FM Tool có khả năng tương tác với các công cụ CASE thương mại khác không? Có. FM Tool được thiết kế tuân thủ siêu mô hình MOF của tổ chức OMG và hỗ trợ xuất dữ liệu ra định dạng chuẩn XML/XMI. Nhờ đó, tệp đặc tả từ FM Tool có thể nhập trực tiếp vào Rational Rose hoặc PowerDesigner để tiếp tục sinh mã nguồn.

• Áp dụng phương pháp hình thức có làm đội chi phí dự án lên cao không? Phương pháp hình thức có thể làm tăng nhẹ thời gian ở giai đoạn đặc tả ban đầu, nhưng giúp phát hiện sớm các lỗi kiến trúc nghiêm trọng. Theo tính toán thực tế, việc phát hiện lỗi sớm giúp giảm từ 30% đến 50% tổng chi phí bảo trì và sửa lỗi trong toàn bộ vòng đời sản phẩm.

Kết luận

• Hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết toán học của rCOS và UTP trong mô hình hóa hướng đối tượng.
• Đề xuất quy trình phát triển phần mềm đơn khung nhìn đột phá, giải quyết triệt để vấn đề không nhất quán của các mô hình UML truyền thống.
• Bổ sung và chứng minh chặt chẽ 5 luật làm mịn quan hệ liên lớp cùng các ràng buộc chu trình cấu trúc.
• Xây dựng thành công công cụ FM Tool hỗ trợ 11 chức năng nghiệp vụ và xuất dữ liệu chuẩn XMI tương thích cao với Rational Rose và PowerDesigner.
• Kiểm chứng hiệu quả thông qua ca nghiên cứu thực tế, mở ra hướng ứng dụng tự động hóa việc làm mịn thiết kế phần mềm tin cậy cao.

Trong lộ trình 12 đến 24 tháng tới, hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tích hợp biểu đồ hành vi động và tự động hóa sinh mã nguồn hoàn chỉnh. Các tổ chức phát triển phần mềm và nhóm nghiên cứu học thuật được khuyến khích áp dụng ngay mô hình rCOS cùng công cụ FM Tool để nâng cao chất lượng và độ an toàn cho các sản phẩm phần mềm thế hệ mới.

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. -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 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- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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. -11- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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.