【TopSE修了制作発表資料】段階的詳細化をサポートするUML開発環境

2008年3月4日

日本電気株式会社 海津 智宏

■ SystemDirectorは、NECの商標です。■ UMLはObject Management Group Inc. の商標または登録商標です。■ Eclipse は米国およびその他の国におけるEclipse Foundation, Inc. の商標もしくは登録商標です。■ その他記載されている会社名、製品名は、各社の商標または登録商標です。

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目次

• 背景と目的• 修了製作テーマ• 検証の例• 考察

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目次

• 背景と目的• 修了製作テーマ• 検証の例• 考察

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背景

ソフトウェアに求められる機能の複雑化・多様化

モジュール化による、追跡容易性・再利用性・変更容

易性・拡張性の向上

形式手法による、品質の向上・手戻り工数の削減

•J2EE、Strutsなど多くの実装技術が存在し、広く利用されている。•KobrAなどのコンポーネントベース開発方法論が提案されている。

•形式的な設計記述・仕様記述が困難、現場への適用は限定的

設計から実装を追跡できない

変更が困難

拡張が困難

再現性の低いバグが発生

作業工数不足

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目的

• モジュール化を意識した設計から設計記述・仕様記述を自動生成する。

• 設計を網羅的に検証することで、開発方法論などで決められた枠組みからある程度外れていても、設計の問題点を発見できるようにする。

モジュール化を前提とした開発方法に形式手法を適用することで、品質の向上・手戻り工数の削減を目指す

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目次

• 背景と目的• 修了製作テーマ• 検証の例• 考察

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修了製作概要

段階的詳細化をサポートするUML開発環境

要求獲得ユースケース

モデル作成

実装

UMLモデル

ソースコード

UMLモデルリファインメント

詳細化の検証

詳細化の検証

UML

詳細化時の間違いを発見して

警告するコンポーネントの分割による段階的詳細化を前提とする

標準記法のUMLを使用

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コンポーネントの分割による段階的詳細化

コンポーネント

コンポーネント

コンポーネント コンポーネント

コンポーネント

コンポーネント コンポーネント

コンポーネント コンポーネント

全ての機能を実現する単一のコンポーネントから始め、詳細化の各段階で機能ごとにコンポーネントを分割する。

※ Fraunhofer IESE で提案されている KobrA 開発方法論を参考にしています。

詳細化詳細化

全ての機能を単一のコンポーネントで実現

全ての機能の窓口となる

機能のまとまりごとにコンポーネントを作成

より細かい単位のコンポーネントや、実装上必要となるコンポーネントを追加

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検証の内容

getList

list

getItem

item

A B

getList

list

getItem

item

A B C

getList2list

getItem2item

コンポーネント A, B 間に流れるメッセージは変わっていない

詳細化の各段階で記述するシーケンス図を入力とし、詳細化前に設計したメッセージ送受信が詳細化後の設計でも実現されていることを検証する。

詳細化前のシーケンス図 詳細化後のシーケンス図

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Eclipse

SystemDirectorApplication Modeler

修了製作の実装方式

変換ツール

変換ツール

CSP

CSP

詳細化の検証

FDR2

UML記述

UML記述にSystemDirector Application Modelerを、詳細化の検証にFDR2を利用。UMLから検証用言語への変換ツールをEclipse環境上に独自実装。

SystemDirector Application Modeler：NECの提供するUML作成ツールEclipse：Eclipse Foundationの提供する統合開発環境CSP：並行プロセス間のメッセージ送受信を形式的に記述する言語FDR2：Formal Systemsの提供するCSP検証ツール

シーケンス図シーケンス図シーケンス図

シーケンス図シーケンス図シーケンス図

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変換の例

getList

list

getItem

item

A B

A = getList → list→ getItem → item → A

B = getList → list → B□getItem → item → B

シーケンス図

CSP ※実際よりも簡略化しています

コンポーネントごとに、送受信するメッセージの順序をCSPで表現する。

コンポーネント A は getList → list → getItem → item の順に送受信

コンポーネント B は getList → list もしくは getItem → item の順に送受信

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不確定なメッセージの変換

request

ok

A B

シーケンス図

request

ng

A B

A = request →(ok → A □ ng → A)

B = request →(ok → B П ng → B)

CSPの外部選択（□）。任意のメッセージを受信できる。

CSPの内部選択（П）。送信するメッセージはBの内部状態

により決定される。

CSP ※実際よりも簡略化しています

CSPの外部選択・内部選択により、複数の可能性があることを表現する。

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詳細化の検証

詳細化前後で共通するコンポーネントの振る舞いのみを抽出し、振る舞いが変わっていないことを検証する。

詳細化前のCSPコンポーネント: A,B

A = …B = …

詳細化後のCSPコンポーネント: A,B,C

A = …B = …C = …

マージしたCSP検査式：

SYSTEM2 からコンポーネント C を隠蔽するとSYSTEM1 と SYSTEM2 は同一

SYSTEM1 SYSTEM2

FDR2で検証

差分がコンポーネントCであることを検出して検査式を自動生成

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詳細化以外で検証可能なこと

• 仕様の漏れの検出

• コンポーネントの再利用の可否判断

exec

ok

A Breq1

exec

ng

A Breq1

exec

ok

A Breq2

proc

ng

A Breq2

入力したシーケンス図

execメッセージに対する返信はokとngの2つの場合があるはず

漏れの指摘

A

B C

A

B D

E FコンポーネントD・E・FはコンポーネントCと置き換え可能

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目次

• 背景と目的• 修了製作テーマ• 検証の例• 考察

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ユースケース

例として、ショッピングサイトのシステムを考える。• ユーザーは、商品一覧の取得・商品の購入・レシピの表示ができる。• 利用にはログイン・ログアウトが必要。

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ユースケースをもとに作成したモデル (Step1)

単一の「System」コンポーネントで全機能を提供

ユースケースごとに、ユースケース記述相当のシーケンス図を用意

ユースケースの事前条件・事後条件を記述

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CSPへの変換

(1) UML情報を格納したファイルを選択

(2) 「CSPに変換」メニューを実行

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自動変換で得られた、Step1のCSP記述

User System

COMPO_(System.default_) =(call_.getItems.User.System ->call_.items.System.User ->COMPO_(System.default_)[]call_.getRecipe.User.System ->call_.recipe.System.User ->COMPO_(System.default_)[]call_.login.User.System ->

(call_.ng.System.User ->COMPO_(System.default_)|~|call_.ok.System.User ->COMPO_(System.default_))

[]call_.showCart.User.System ->call_.empty.System.User ->

……

COMPO_(User.default_) =call_.login.User.System ->

(call_.ng.System.User ->COMPO_(User.default_)[]call_.ok.System.User ->COMPO_(User.loggedin))

COMPO_(User.loggedin) =(call_.getItems.User.System ->call_.items.System.User ->COMPO_(User.loggedin)[]call_.getRecipe.User.System ->call_.recipe.System.User ->COMPO_(User.loggedin)[]call_.showCart.User.System ->

……

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詳細化 (Step2)

「ユーザー管理」 「商品販売」「レシピ配信」 という機能に着目してコンポーネントを分割

Systemを窓口として、機能ごとに処理を振り分ける

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自動変換で得られた、Step2のCSP記述

User

COMPO_(User.default_) =call_.login.User.System ->

(call_.ng.System.User ->COMPO_(User.default_)[]call_.ok.System.User ->COMPO_(User.loggedin))

COMPO_(User.loggedin) =(call_.getItems.User.System ->call_.items.System.User ->COMPO_(User.loggedin)[]call_.getRecipe.User.System ->call_.recipe.System.User ->COMPO_(User.loggedin)[]call_.showCart.User.System ->

(call_.cartInfo.System.User ->(call_.clearCart.User.System ->call_.ok.System.User ->COMPO_(User.loggedin)[]call_.back.User.System ->call_.ok.System.User ->COMPO_(User.loggedin)[]

……

MarketSite

COMPO_(MarketSite.default_) =(call_.getItems.System.MarketSite ->call_.items.MarketSite.System ->COMPO_(MarketSite.default_)[]call_.addToCart.System.MarketSite ->call_.ok.MarketSite.System ->COMPO_(MarketSite.haveCart)[]call_.showCart.System.MarketSite ->

……

System

COMPO_(System.default_) =(call_.ok.MarketSite.System ->call_.ok.System.User ->COMPO_(System.default_)[]call_.getItems.User.System ->call_.getItems.System.MarketSite ->call_.items.MarketSite.System ->call_.items.System.User ->COMPO_(System.default_)[]call_.getRecipe.User.System ->call_.getRecipe.System.RecipeSite ->call_.recipe.RecipeSite.System ->call_.recipe.System.User ->COMPO_(System.default_)[]call_.login.User.System ->call_.login.System.UserManager ->

(call_.ng.UserManager.System ->call_.ng.System.User ->COMPO_(System.default_)[]call_.ok.UserManager.System ->call_.ok.System.User ->COMPO_(System.default_))

……

RecipeSite

COMPO_(RecipeSite.default_) =call_.getRecipe.System.RecipeSite ->call_.recipe.RecipeSite.System ->COMPO_(RecipeSite.default_)

UserManager

COMPO_(UserManager.default_) =(call_.logout.System.UserManager ->call_.ok.UserManager.System ->COMPO_(UserManager.default_)[]call_.login.System.UserManager ->

……

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CSPのマージ

(1) 詳細化前後のCSPファイルを選択

(2) 「CSPをマージ」メニューを実行

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検証

検証失敗

詳細化後のシーケンスが詳細化前のシーケンスと

整合していない

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問題の解析

ログアウト→再ログイン後に問題が発生

emptyが期待されているのにcartInfoを返そうとしている

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シーケンス図の確認

Step1

カートが空の時にログアウト

カートが存在する時にログアウトすると、カートをクリアする。

Step2

カートの有無はMarketSiteが管理

ログアウト時はUserManagerのみを使用（カート情報を更新しない）

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ログアウト処理の修正

ログアウト時にカートをクリア

検証成功

Step1からStep2へ正しく詳細化できた

※詳細化後の動作が正しい場合には、Step1に戻って仕様を修正する。

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目次

• 背景と目的• 修了製作テーマ• 検証の例• 考察

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検証の効果

• 詳細化時に検証を実行することで、詳細化前後での仕様の違いを早期に発見できるようになった。

– 詳細化が間違っている場合には詳細化後のUMLを修正する（品質向上・手戻り工数削減）。

– 仕様変更が必要な場合、詳細化前のUMLに戻って修正する（仕様と実装のずれをなくすことができる）。

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今後の課題

• 詳細化のパターンに合わせた検査規則の策定– コンポーネントの追加（今回の発表）– メッセージのやりとりの詳細化– 機能の追加– 機能の削除– etc…

• 記述力の向上– シーケンス図の表現力の向上– ユースケース記述からCSPへの変換のサポート

• 効果測定– 実際の開発に適用することで、本当に効果が出るかを調

査したい。