Model-Driven Engineering in the Large: Refactoring Techniques for Models and Model Transformation Systems

Model-Driven Engineering (MDE) ist ein Paradigma der Softwaretechnik, in dem es darum geht, das Abstrationsniveau und dadurch die Entwicklerproduktivität während der Softwareentwicklung zu erhöhen. Hierzu lässt man Software-Modellen eine wesentliche Rolle während Entwurf, Implementierung und Einführung eines Systems zukommen. In jüngerer Zeit wurde MDE verhäuft in industriellen Projekten hoher Komplexität und großen Umfangs eingesetzt – ein Trend, den wir als MDE im Großen bezeichnen. Wir betrachten drei Herausforderungen, die durch den Einsatz von MDE in solchen Szenarien entstehen: 1. Modelle werden an verteilten Standorten, durch Teams von Teams entwickelt. Dabei führt die Verwendung großer und unzureichend strukturierter Modelle zu erheblichen Problemen, etwa zu einer erhöhten Anfälligkeit für Editierkonflikte. 2. Große Systeme werden oft durch einen Verbund von Modellen spezifiziert, die auf domänenspezifischen Modellierungssprachen (DSMLs) basieren. Die Modelle heterogener DSMLs in systematischer Weise zu integrieren erfordert geeignete Modularisierungsstrategien. 3. Um die Entwicklung von Modellen systematisch zu beschreiben, spezifiziert man die dazu notwendigen Operationen durch Modelltransformationsregeln. Modelltransformationsregeln werden oft durch Klonierung erzeugt, also durch das Kopieren und Modifizieren vorhandener Regeln. Damit sind Nachteile für die Wartbarkeit und Performanz der erzeugten Regelsysteme verbunden. Im Rahmen dieser Arbeit präsentieren wir drei neue RefactoringVerfahren. Jedes dieser Verfahren zielt auf eine der benannten Herausforderungen ab: 1. Wir stellen ein Verfahren für das Aufsplitten eines monolithischen Modells in eine Menge von Teilmodellen vor. Dieses Verfahren ermöglicht die Umstrukturierung von Modellen hin zu einer Trennung der Belange. Bei der kollaborativen Entwicklung eines Systems können die beteiligten Entwickler somit auf Teilmodellen arbeiten, die für ihr aktuelles Arbeitspaket relevant sind. 2. Wir beschreiben ein Verfahren zur Kapselung von Modellkomponenten durch die Einführung von Schnittstellen in einem Verbund von Modellen. Dieses Verfahren ermöglicht es, in Modellen von heterogenen DSMLs Modularität einzuführen. 3. Wir präsentieren ein Verfahren, um Modelltransformationsregeln, die gemeinsame Anteile aufweisen, zu verschmelzen. Dieses Verfahren zielt darauf ab, die Wartbarkeit und Performanz in Modelltransformationssystemen zu verbessern. Das Verfahren erstellt variabiliätsbasierte Regeln, ein neuartiger Typ von Regeln, in dem Variabilität anhand von Annotationen spezifiziert wird. Die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellten Verfahren ermöglichen es, den manuellen Aufwand während des Refactorings von Modellen und Modelltransformationsregeln erheblich zu reduzieren. In einer Reihe von realistischen Fallstudien zeigen wir, dass die erstellten Modelle und Regeln von vergleichbarer oder, im Fall von Regeln, teilweise sogar von zu bevorzugender Qualität gegenüber dem Ergebnis eines manuellen Refactorings sind. Wir versprechen uns daher eine hohe Relevanz der Beiträge für MDE im Kontext industrieller Softwareentwicklung.