Развој графичког корисничког интерфејса пословних апликација базиран на подели одговорности и објектном моделу података са UML семантиком

Abstract

У овој дисертацији представљен је нови приступ моделовању и имплементацији графичких корисничких интерфејса информационих система и пословних апликација. Циљ дисертације је да предложи ефикасно решење за проблем комплексности у изради корисничких интерфејса. Предложено решење се темељи на неколико основних принципа: на раздвајању одговорности у процесу израде корисничких интерфејса, апстракцији, хијерархијској декомпозицији и енкапсулацији фрагмената корисничког интерфејса, као и на одговарајућој семантичкој спрези са објектним простором (подацима и пословном логиком). Принцип раздвајања одговорности у развоју графичких корисничких интерфејса је детаљно елабориран у овој дисертацији. Најпре је извршена опширна анализа практичних проблема у програмирању корисничких интерфејса. На основу извршене анализе предложен је оквир основних одговорности који је затим емпиријски потврђен. Приступ моделовању и имплементацији корисничких интерфејса о коме је реч ослања се на предложени оквир одговорности и посебно адресира управљање структуром, понашање и приступ подацима као кључне одговорности у развоју корисничког интерфејса. Са друге стране, потпуно ортогонално, принципи апстракције, хијерархијске декомпозиције и енкапсулације фрагмената корисничког интерфејса подржани су предложеним концептом тзв. капсуле. Капсула је профилисана структурирана класa из стандардног језика UML (енгл. Unified Modeling Language) са јасним интерфејсом. Капсула може да апстрахује како основне (примитивне) графичке елементе, тако и веће фрагменте корисничког интерфејса састављене од више логички и функционално повезаних графичких елемената или других капсула. Као последица тога, концепт капсуле може се применити на моделовање делова корисничког интефрејса на свим нивоима детаља, од најнижег нивоа појединачних графичких елемената до највишег нивоа архитектуре. Интерфејс капсула дефинише се уз помоћ посебног концепта пина (енгл. pin), док се функционална спрега капсула (понашање) реализује декларативним повезивањем пинова уз помоћ тзв. жица (енгл. wire). Пинови и жице преносе поруке између капсула и осигуравају стриктну енкапсулацију. Техника представљена у овој дисертацији укључује и методу за спрезање капсула са доменским објектним простором која има одговарајући ниво апстракције и обезбеђује стриктно одвајање одговорности слоја корисничког интерфејса и слоја пословне логике. У овој дисертацији представљена је имплементација ове технике са доменским језиком и напредном библиотеком графичких елемената за развој корисничких интерфејса. Језик и библиотека обезбеђују јасно раздвајање одговорности, решавају проблеме развоја и одржавања комплексних структура корисничког интерфејса, а при томе омогућавају непосредну и чврсту семантичку спрегу са моделом података пословне апликације на језику UML. Коначно, спроведена је експериментална евалуација технике предложене у овој дисертацији у односу на неколико важних критеријума. Најпре је проверена њена практична употребљивост кроз анализу већег броја реалних софтверских пројеката и система који се успешно користе у пракси у последњих неколико година, као и перцепција и степен прихватања ове технике од стране програмера. Затим је ова техника упоређена са скупом изабраних технологија у широкој употреби у контексту оквира одговорности који је изложен на почетку ове дисертације. На крају је извршена провера и поређење перформанси постојеће имплементације са перформансама других технологија.

This dissertation presents a novel approach to modeling and implementation of graphical user interfaces (GUI) of business applications and information systems. Its main goal is to propose a solution for efficient handling of complexity in user interface development. The solution presented in this dissertation is based on several core principles: separation of concerns in user interface implementation, abstraction, user interface decomposition and encapsulation, and adequate coupling with domain model (data and business logic). The principle of separation of concerns has thoroughly been discussed in this dissertation. First, an extensive analysis of common issues in user interface development has been conducted. Based on that, a framework of most important aspects or concerns in user interface development has been proposed. After that, the framework has been confirmed empirically in a series of different experiments. This framework is a corner stone of the approach to user interface modeling and implementation presented in this dissertation. The emphasis is on handling structure, behavior, and data access being the most important aspects of user interface development. In parallel, the principles of abstraction, hierarchical decomposition, and encapsulation are enforced by the concept of capsule. A capsule is a profiled structured class in UML (Unified Modeling Language), with a clear interface. A capsule abstracts both basic (primitive) user interface elements (widgets) as well as larger user interface fragments consisted of a number of functionally and logically coupled widgets and other capsules. Thus, a capsule can be applied in modeling user interface fragments on an arbitrary level of detail, starting from the lowest level of primitive graphical elements, up to the highest architectural levels. Capsule’s interface is defined using a special concept of pin, while the functional coupling of capsules (behavior) is realized in a declarative way, using wires to interconnect pins. Pins and wires transfer messages between capsules and ensure strict encapsulation. Finally, the technique presented in this dissertation ensures an adequate abstraction level of concepts used in the process of coupling capsules with the data model. This also helps to separate user interface layer from business logic and data model. This dissertation presents a theoretical approach as well as an implementation of the approach. The implementation includes a domain-specific language and advanced library of user interface components. These two elements help programmers separate different user interface concerns, handle user interface complexity in an efficient way, and provide a semantic match between user interface and domain model specified in UML. A thorough evaluation of the approach has been conducted. First, the practical applicability of the approach has been verified by analyzing a number of industrial systems developed with it. Second, programmers’ satisfaction was analyzed. Third, the approach has been compared against a set of mainstream user interface development approaches in the context of a framework of GUI programming concerns presented in this dissertation. Finally, performance comparison has been conducted between the current implementation of the approach presented in this dissertation and several other GUI frameworks and technologies.