Preserving Architectural Decisions through Architectural Patterns

138 Pages·2014·5.66 MB·English

THÈSE/UNIVERSITÉDEBRETAGNESUD
présentéepar
UFRSciencesetSciencesdel’Ingénieur
souslesceaudel’UniversitéEuropéennedeBretagne Minh Tu TON THAT
Pourobtenirlegradede:
DOCTEURDEL’UNIVERSITÉDEBRETAGNESUD IRISA
Mention:STIC
ÉcoleDoctoraleSICMA
Preserving Architectural Decisions Thèsesoutenuele30Octobre2014,
devantlacommissiond’examencomposéede:
M.Jean-MarcJézéquel
through Architectural Patterns Professor,IRISA,UniversitédeRennes1/President
M.DannyWeyns
Professor,LinnaeusUniversity/Reviewer
M.KhalilDrira
Professor,LASS,Toulouse/Reviewer
M.Jean-MarcJézéquel
Professor,IRISA,UniversitédeRennes1/Examiner
M.FlavioOquendo
Professor,IRISA,UniversitédeBretagneSud,France/Advisor
M.SalahSadou
AssistantProfessor,IRISA,UniversitédeBretagneSud,France/Advisor
Preserving Architectural Decisions through Architectural Patterns Minh Tu Ton That 2014
Preserving Architectural Decisions through Architectural Patterns Minh Tu Ton That 2014
Acknowledgements
I thank my supervisor Assoc. Prof. Dr. Salah Sadou for an exceptional supervision and
guidance of my Ph.D. project. Thank you for all the patience and care you gave me since the
firstdayIcametoVannes.
I thank my supervisor Prof. Dr. Flavio Oquendo for you kindness and inspiration. Thank
youforyourencouragementandsupportivediscussionsdespitebusyschedules. Thankyoufor
allthesupportduringthesethreeyears.
I thank my colleagues at the ArchWare team at the University of South Brittany for nu-
merous helpful discussions. I also thank all the people I met and had discussions with during
conferencesandworkshops.
IthasbeenapleasuretobepartofIRISA-UBSthelastthreeyears. Ienjoyedplentyoftalks
inavarietyofsubjectsduringlunchtimeandhangoutswithotherPhDstudents. Inparticular,
Ilovedtogettoknowyou,SalmaandAbdel. Youhavebeensuchgoodfriends,alwayscaring
andsupportive.
Last but not least, I thank my darling Khanh Ha and my family for supporting me during
this long journey. I thank you for your unconditional love and sacrifice you made for me. I
wouldhavenotbeenabletogothisfarwithoutyou.
Preserving Architectural Decisions through Architectural Patterns Minh Tu Ton That 2014
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Contents
TableofContents i
ListofFigures vii
ListofTables ix
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Problemstatement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Aimofthethesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Dissertationplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Stateoftheart 5
2.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.1 ArchitecturalDecision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.2 ADabouttheapplicationofpattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2 ADdocumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1 Documentationofpattern-relatedAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2.2 Checkingofpattern-relatedAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Architecturalpatternmodellinglanguages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Patterncomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 Limitationsofexistingworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5.1 TheproblemofStADmaintenanceandchecking . . . . . . . . . . . . 18
2.5.2 Theproblemofpatterncomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6 Summaryanddiscussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 COMLAN-COMposition-centeredpatterndescriptionLANguage 27
3.1 ProcessOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2 TheCOMLANmeta-model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.1 Exampleofpatterndefinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Patternrefinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.1 Stringingoperatortransformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3.2 Overlappingoperatortransformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.3 Nestedpatterntransformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3.4 Supportoftraceabilityandreconstructability . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
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ii Contents
4 Pattern-based approach for documenting the solution of structural architectural
decision 41
4.1 GeneralApproach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1.1 Patterndefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1.2 StADcreation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1.3 StADverification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2 Patterndefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2.1 Generalpatternmeta-model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2.2 ArchitecturalPatternSpecification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3 UseofStAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3.1 AssociatingaPatterntoanArchitecturalModel . . . . . . . . . . . . . 47
4.3.2 FilteringStADviews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.3.3 StADChecking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5 Implementation 57
5.1 COMLANtool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.1.1 Usecases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.1.2 COMLANarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.2 ADManagertool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2.1 Usecases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2.2 ADManagerarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6 Empiricalevaluation 65
6.1 Empiricalevaluationforpatterncompositionapproach . . . . . . . . . . . . . 66
6.1.1 Experimentalsetup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.1.2 Traceability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.1.3 Reconstructability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.1.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.1.5 Threatstovalidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2 EmpiricalevaluationforStADdocumentationapproach . . . . . . . . . . . . . 72
6.2.1 Applicationofpatterndefinitionlanguage . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.2.2 StADdocumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7 Conclusion 85
Preserving Architectural Decisions through Architectural Patterns Minh Tu Ton That 2014
Contents iii
Bibliography 91
Appendices 93
AppendixA Architecturalpatterncompositioncatalogue 93
A.1 EnabledCycleComponent[26,2,9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
A.2 ForbiddenCycleComponent[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
A.3 Shield[53] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
A.4 Layers[2,9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
A.4.1 BasicLayer[2,9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
A.4.2 By-passedLayers[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
A.4.3 Notby-passedLayers[2,9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
A.4.4 Client-ServerLayers[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
A.4.5 FilteredLayers[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
A.5 PipesandFilters[2,9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
A.5.1 BasicPipesandFilters[2][3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
A.5.2 By-passedPipesandFilters[2]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
A.5.3 Notby-passedPipesandFilters(orPipeline)[2,9] . . . . . . . . . . . 99
A.5.4 Internallylayer-structuredPipesandFilters[2] . . . . . . . . . . . . . 99
A.5.5 DatasharingPipesandFilters[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
A.6 Sharedrepository[2,9,11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
A.6.1 BasicSharedRepository[2,9,11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
A.6.2 InternallyLayerstructuredSharedrepository[2] . . . . . . . . . . . . 100
A.7 Microkernel[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
A.7.1 BasicMicrokernel[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
A.7.2 BrokerbetweenClientandExternalServer[2] . . . . . . . . . . . . . 102
A.8 PAC[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
A.9 IndirectionLayer[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
A.10 Client-Server[2,9,11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
A.10.1 BasicClient-Server[2,9,11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
A.10.2 Client-ServerwithBroker[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
A.10.3 Client-ServerthroughMicrokernel[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
A.11 MVC[2]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
A.12 Proxy[9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
A.13 Broker[2,9]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
A.14 Façade[53,11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
A.15 LegacyWrapper[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
A.16 PipesandFilters+Repository[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
AppendixB FormalizedSOApattern 111
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iv Contents
AppendixC FormalizedCBApattern 115
AppendixD Listofarchitecturalmodels 117
AppendixE UndetectedcasesofStADviolations 119
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