Mô hình hóa và kiểm chứng các chương trình phần mềm hướng khía cạnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHẠM NHƯ UYỂN

MÔ HÌNH HÓA VÀ KIỂM CHỨNG
CÁC CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM HƯỚNG KHÍA CẠNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HÀ NỘI - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHẠM NHƯ UYỂN

MÔ HÌNH HÓA VÀ KIỂM CHỨNG
CÁC CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM HƯỚNG KHÍA CẠNH

Ngành: Công nghệ Thông tin
Chuyên ngành: Kỹ thuật Phần mềm
Mã số: 60480103
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trương Ninh Thuận

HÀ NỘI - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung bản luận văn là do tôi tìm hiểu, nghiên cứu,

tham khảo và tổng hợp từ các nguồn tài liệu khác nhau và làm theo hướng dẫn của
người hướng dẫn khoa học. Các nguồn tài liệu tham khảo, tổng hợp đều có nguồn
gốc rõ ràng và trích dẫn theo đúng quy định.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình. Nếu có điều gì
sai trái, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Hà Nội, tháng 05 năm 2016
Người cam đoan

Phạm Như Uyển


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Trương Ninh Thuận,
Bộ môn Công nghệ Phần mềm, Khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Công
Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội – người đã định hướng đề tài và tận tình hướng
dẫn chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Công nghệ Thông tin
trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, truyền
đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học làm nền tảng cho tôi thực
hiện luận văn này.
Cám ơn các anh, chị nghiên cứu sinh và các bạn học viên Khoa Công nghệ
Thông tin. Các anh chị và các bạn đã giúp đỡ, ủng hộ tôi rất nhiều cũng như đóng
góp nhiều ý kiến quý báu, qua đó, giúp tôi hoàn thiện luận văn tốt hơn.
Mặc dù đã rất nỗ lực, cố gắng nhưng chắc hẳn luận văn của tôi vẫn còn nhiều
thiếu sót. Tôi rất mong nhận được nhiều những ý kiến đánh giá quý, phê bình của
quý thầy cô, của anh chị và các bạn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2016

Phạm Như Uyển

3

MUC LỤC


MUC LỤC ........................................................................................................................... 3
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................... 5
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ KHÁI NIỆM ..................................................... 7
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................. 8

1.1

Sự cần thiết của đề tài............................................................................. 8

1.2

Nội dung đề tài ........................................................................................ 9

1.3

Đóng góp của luận văn ......................................................................... 10

1.4

Cấu trúc luận văn .................................................................................. 10

CHƯƠNG 2. EAOP VÀ EVENT-B ................................................................................ 12

2.1

Các đặc điểm của lập trình hướng khía cạnh ........................................ 12



2.1.1. Quản lý các concerns hệ thống ......................................................... 15



2.1.2. Phương pháp luận của AOP ............................................................. 18



2.1.3. Ưu điểm của AOP ............................................................................ 19



2.1.4. Nhược điểm của AOP....................................................................... 19

2.2

Lập trình hướng khía cạnh dựa sự kiện ................................................. 20


2.3

2.2.1 Công cụ EAOP: Kiến trúc và thực hiện ................................... 21

Event-B .................................................................................................. 27



2.3.1 Máy và ngữ cảnh ............................................................................... 27



2.3.2. Sự kiện .............................................................................................. 30



2.3.3. Phân rã và kết hợp ............................................................................ 31


4
2.3.4. Công cụ ............................................................................................. 31



CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ KIỂM CHỨNG CÁC PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
HƯỚNG KHÍA CẠNH .................................................................................................... 33

3.1

Trình bày EAOP trong Event-B ............................................................ 33

3.2

Mô hình hóa hệ thống EAOP sử dụng Event-B .................................... 34

3.3

Kiểm chứng các thuộc tính hệ thống ..................................................... 34

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........................................................ 36
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 47
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 49


5

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Mô hình ánh xạ từ các concern hệ thống sang các phương pháp lập trình
truyền thống ...................................................................................................................... 16
Hình 2: Các mô đun yêu cầu logging đều phải nhúng các đoạn mã để gọi logging
API .................................................................................................................................... 17
Hình 3: Giải quyết các concern hệ thống bằng phương pháp AOP ........................... 18
Hình 4: Các giai đoạn phát triển sử dụng phương pháp AOP .................................... 19
Hình 5: Kiến trúc của EAOP .......................................................................................... 20
Hình 6: Ví dụ đơn giản hóa việc thực hiện trong chương trình cơ bản ..................... 22
Hình 7: Cây khía cạnh và sự kiện truyền ...................................................................... 25
Hình 8: Cấu trúc máy và ngữ cảnh................................................................................. 28
Hình 9: Mối quan hệ giữa các thành phần máy và ngữ cảnh ...................................... 28
Hình 10: Cấu trúc máy chi tiết ........................................................................................ 29
Hình 11: Cấu trúc ngữ cảnh chi tiết ............................................................................... 30
Hình 12: Rodin GUI......................................................................................................... 31
Hình 13: Mô hình kiến trúc Rodin ................................................................................. 32
Hình 14: Phương pháp mô hình hóa và kiểm chứng các chương trình hướng khía

cạnh .................................................................................................................................... 37
Hình 15: Lớp Transaction ............................................................................................... 38
Hình 16: Lớp Exchange ................................................................................................... 38


6

Hình 17: Khía cạnh updatetr ........................................................................................... 39
Hình 18: Sự kiện chuyển tiền gửi trên máy ATM ........................................................ 39
Hình 19: Kết quả minh chứng......................................................................................... 40
Hình 20: Lớp Exchange đã được sửa đổi ...................................................................... 40
Hình 21: Event-B đặc tả của chương trình cơ bản ....................................................... 42
Hình 22: Đặc tả Event-B của khía cạnh ........................................................................ 43
Hình 23: Kết quả thực hiện ............................................................................................. 43
Hình 24: Kết quả bảng Statistics .................................................................................... 44


7

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ KHÁI NIỆM
THUẬT NGỮ
AOP

KHÁI NIỆM
Aspect Oriented Programming –
Lập trình hướng khía cạnh
Event-based Khía cạnh Oriented

EAOP

Programming – Lập trình hướng khía
cạnh dựa sự kiện

ATM

UML

Automatic Teller Machine – Máy
rút tiền tự động
Unified Modeling Language – Ngôn
ngữ mô hình hóa thống nhất
Rigorous Open Development

RODIN

Enviroment for Complex System Công cụ mã nguồn mở dựa trên nền
tảng Eclipse

OOP

FSP

LTSA

Object-orented programming – Lập
trình hướng đối tượng
Finite State Processes – Quá trình
hữu hạn trạng thái
Labelled Transition System Anlyzer
- Công cụ phân tích chuyển hệ thống

8

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Sự cần thiết của đề tài
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của phần mềm ngày càng đóng vai trò quan
trọng, được ứng dụng vào tất cả các lĩnh vực trong đời sống xã hội hiện đại. Làm cho
tỷ trọng giá trị phần mềm trong các hệ thống ngày càng lớn. Tuy nhiên, trong nhiều
hệ thống, lỗi của phần mềm gây ra hậu quả đặc biệt nghiêm trọng, không chỉ thiệt
hại nặng nề về mặt kinh tế [14].
Có rất nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào kiểm chứng mô hình hướng khía
cạnh sử dụng các kỹ thuật khác nhau như UML [10], kiểm chứng mô hình (model
checking) [9], Petri-net [4], và B [7] nhưng không phù hợp để mô hình hóa và kiểm
chứng các hệ thống dựa trên sự kiện.
Một số công trình nghiên cứu đã khai thác những kí hiệu của UML hoặc mở rộng
những kí hiệu UML để cụ thể hóa những vấn đề thực thi cắt ngang (crosscutting).
Tuy nhiên, những nghiên cứu này đã không giải quyết những kiểm chứng của khía
cạnh do bản chất không hình thức hoặc bán hình thức của UML. Các tác giả Ubayashi
và Tamai [8] đã đề xuất một phương pháp để kiểm chứng chương trình AOP sử dụng
mô hình kiểm tra. Phương pháp nhằm vào các giai đoạn lập trình và ứng dụng các
mô hình kiểm tra để có kết quả đan code của lớp và khía cạnh. Phương pháp này đảm
bảo sự chính xác trong kiểm chứng, tuy nhiên lại bỏ qua các vấn đề kiểm chứng mô
đun. Điều này có nghĩa là rất khó có thể sử dụng phương pháp này để xác minh phần
mềm lớn. Tác giả Dianxiang Xu [9] đã đề xuất sử dụng máy trạng thái và kiểm chứng
những chương trình hướng khía cạnh. Các tác giả đã chuyển hóa đan các mô hình và
các lớp mô hình không bị ảnh hưởng bởi khía cạnh thành các quy trình FSP, mà sẽ
được kiểm chứng bởi mô hình LTSA kiểm tra đối với các thuộc tính hệ thống muốn
có. Tuy nhiên, phương pháp này cần phải chuyển hóa chương trình cơ bản và khía
cạnh sang mô hình trạng thái trước khi khởi động mô hình FSP. Tác giả đã dùng B

[7] để kiểm chứng đan khía cạnh. Tác giả bài báo trình bày lớp cơ bản và một số khía


9

cạnh liên quan của AspectJ trong ngôn ngữ B nhằm mục đích đạt được lợi ích từ các
minh chứng tạo ra bởi công cụ B để đảm bảo chính xác của AspectJ thành phần.
Để mô hình hóa và kiểm chứng các hệ thống dựa trên sự kiện, lập trình hướng
khía cạnh dựa sự kiện (Event-based Aspect Oriented Programming – EAOP) [3] xác
định đan khía cạnh bằng cách phát hiện một chuỗi các sự kiện. Phương pháp có thể
sử dụng khía cạnh thay đổi sự kiện thay vì thay đổi từng lớp riêng biệt. Tuy nhiên,
mô hình này không đi kèm với phương pháp đặc tả cụ thể chính thức cũng như không
cung cấp bất kỳ cơ chế để xác minh tính chất của nó chính thức.
Event-B [2] là một phương pháp hình thức phù hợp hơn cho việc phát triển lớn
hệ thống phân tán và hệ thống phản hồi. Phát triển phần mềm trong Event-B bắt đầu
bằng việc mô tả các yêu cầu của hệ thống ở mức trừu tượng và sau đó lại làm mịn
chúng thông qua một số bước để đạt được mô tả của hệ thống chi tiết có thể chuyển
đổi sang mã nguồn. Tính nhất quán của mô hình và mối quan hệ giữa mô hình trừu
tượng và mô hình làm mịn lại thu được bằng phương pháp chứng minh hình thức.
Công cụ hỗ trợ cụ thể cho phương pháp hình thức Event-B là công cụ Rodin.
Xuất phát từ yêu cầu mô hình hóa và kiểm chứng EAOP và các ưu điểm của
phương pháp hình thức Event-B có ý nghĩa thực tiễn trong quá trình phát triển phần
mềm. Dẫn đến sự lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp của tôi là: “Mô hình hóa và
kiểm chứng các chương trình phần mềm hướng khía cạnh.”
1.2. Nội dung đề tài
Trong luận văn này, đề xuất một phương pháp dựa trên phân tích một ứng dụng
EAOP bằng phương pháp hình thức Event-B. Ý tưởng xuất phát từ sự tương đồng
giữa cấu trúc sự kiện Event-B và EAOP. Đầu tiên, chúng ta xác định các thành phần
ứng dụng trong EAOP chuyển đổi sang mô hình Event-B. Tiếp theo, chúng tôi đưa
mô hình hóa tiếp cận thực tế bằng cách sử dụng nền tảng Rodin để kiểm chứng thuộc

tính chương trình có còn bảo tồn một số tính chất sau khi thực hiện đan chương trình,
các ràng buộc khác dựa trên công cụ chứng minh tự động. Ưu điểm của cách tiếp cận


10

này là chương trình bao gồm các khía cạnh, biến và các ràng buộc khác được mô
hình hóa dễ dàng bằng những đặc tả logic trong Event–B như bất biến và sự kiện.
Do đó, tính đúng đắn của hệ thống có thể được chứng minh bằng phương pháp hình
thức. Điều đó rất quan trọng cho các nhà phát triển phần mềm phát hiện được các
vấn đề ở thời gian thiết kế. Hơn nữa, cách tiếp cận gần với thực tế mà chúng tôi có
thể triển khai một công cụ theo ý tưởng chính để chuyển đổi mô hình EAOP từ
Event–B sang công cụ Rodin tự động. Cuối cùng, phương pháp đề xuất được minh
họa chi tiết với một chương trình ATM.
1.3. Đóng góp của luận văn
Đóng góp của luận văn liên quan việc mô hình hóa và kiểm chứng EAOP sử dụng
phương pháp hình thức Event-B. Phương pháp mà chúng tôi đề xuất dựa trên việc
dịch một chương trình EAOP thành các máy của Event-B, tận dụng các cơ chế làm
mịn để kiểm chứng những ràng buộc trong chương trình trong mỗi khía cạnh. Với
mong muốn kiểm tra chương trình có còn bảo toàn một số định nghĩa thuộc tính sau
khi đan chương trình. Luận văn cũng minh họa phương pháp mô hình hóa và kiểm
chứng trong một chương trình ATM.
1.4. Cấu trúc luận văn
Các phần còn lại của luận văn có cấu trúc như sau:
Chương 2: EAOP và Event-B
Giới thiệu khái quát những kiến thức cơ bản về AOP. Sau đó, giới thiệu khái
quát cơ bản về mô hình kiến trúc EAOP. Trình bày những kiến thức tổng quan về
phương pháp hình thức Event-B, mô tả cấu trúc, các thành phần của Event-B. Trình
bày công cụ kiểm chứng tự động Rodin.
Chương 3: Mô hình hóa và kiểm chứng các phần mềm hướng khía cạnh

11

Trình bày các định nghĩa được ánh xạ của phương pháp hình thức Event-B,
các luật chuyển đổi giữa mô hình chương trình phần mềm hướng khía cạnh dựa sự
kiện sang mô hình Event-B. Kiểm chứng hệ thống.
Chương 4: Áp dụng bài toán
Áp dụng phương pháp đã trình bày ở trên để mô hình hóa và kiểm chứng bài
toán máy ATM.
Kết luận
Kết luận tổng thể các kết quả đạt được trong luận văn và hướng phát triển của
luận văn.


12

CHƯƠNG 2. EAOP VÀ EVENT-B
2.1.

Các đặc điểm của lập trình hướng khía cạnh
Lập trình hướng khía cạnh (Khía cạnh Oriented Programming – AOP) [13] là

phương pháp lập trình phát triển trên tư duy tách biệt các mối quan tâm khác nhau
thành các mô đun khác. AOP là một mô hình lập trình mới mẻ ngăn cách mối quan
tâm ở cấp thực hiện. Trong quan điểm phát triển phần mềm, AOP cho phép các nhà
phát triển áp dụng khía cạnh mà thay đổi hành vi các lớp hoặc đối tượng độc lập của
bất kỳ hệ thống phân cấp thừa kế. Các phát triển sau đó có thể áp dụng những khía
cạnh hoặc trong thời gian chạy hoặc thời gian biên dịch. Ở đây, chúng tôi sẽ mô tả
yếu tố chính của AOP:

a. Điểm nối (join point)
Điểm nối có thể là bất kỳ điểm nào có thể xác định được khi thực hiện chương
trình [13]. Có thể là lời gọi hàm đến một phương thức hoặc một lệnh gán cho một
biến của đối tượng. Trong khía cạnh mọi thứ đều xoay quanh điểm nối.
Điểm nối được phân loại như sau:
 Điểm nối tại các phương thức.
 Điểm nối tại hàm khởi tạo (contructor).
 Điểm nối tại điểm truy cập các thuộc tính.
 Điểm nối tại điểm điều khiển ngoại lệ: được biểu diễn trong khối điều khiển
ngoại lệ.
 Điểm nối tại các hành vi.
b. Hướng cắt (pointcut)
Hướng cắt là cấu trúc chương trình mà nó chọn các điểm nối và ngữ cảnh tại các
điểm nối đó [13]. Ta có thể khai báo hướng cắt trong một khía cạnh, một lớp hoặc


13

một giao diện. Giống như phương thức, có thể dùng định danh truy cập (public,
private) để giới hạn quyền truy cập đến hướng cắt. Các hướng cắt có thể có tên hoặc
không tên. Các hướng cắt không tên cũng giống như các lớp không tên, được định
nghĩa tại nơi sử dụng. Các hướng cắt được đặt tên thì có thể được tham chiếu từ nhiều
nơi khác. Bảng ánh xạ giữa các điểm nối được chọn cho các hướng cắt:
Loại điểm nối

Cú pháp hướng cắt

Thực hiện phương thức

execution(MethodSignature)

Gọi phương thức

call(MethodSignature)

Thực hiện hàm khởi tạo

execution(ConstructorSignature)

Gọi hàm khởi tạo

call(ConstructorSignature)

Khởi tạo lớp

staticinitialization(TypeSignature)

Đọc thuộc tính

get(FieldSignature)

Ghi thuộc tính

set(FieldSignature)

Thực hiện điều khiển ngoại lệ

execution handler (TypeSignature)

Khởi tạo đối tượng

initialization(ConstructorSignature)

Tiền khởi tạo đối tượng

preinitialization(ConstructorSignature)

Thực hiện advice

adviceexecution ()

c. Mã hành vi (advice)
Mã hành vi [13] là mã được thực hiện tại một điểm nối mà được chọn bởi hướng
cắt. Hay nói cách khác, nếu có hướng cắt là khai báo tên phương thức, thì mã hành


14

vi là phần thân của phương thức đó. Hướng cắt và mã hành vi sẽ hình thành nên các
luật đan kết các quan hệ đan xen.
Mã hành vi được chia thành 3 loại:
 Before: được thực hiện trước điểm nối.
 After: được thực hiện sau điểm nối.
 Around: bao quanh sự thực hiện điểm nối, mã hành vi này có thể thực hiện
vòng, thực hiện tiếp của mã nguồn ban đầu hoặc thực hiện thay đổi ngữ cảnh
(tham số của hàm, ...).
d. Khía cạnh (khía cạnh)
Khía cạnh là phần tử trung tâm của aspectJ, giống như lớp trong Java. Khía cạnh
chứa mã thể hiện các luật đan kết cho các concern [13]. Điểm nối, hướng cắt, mã
hành vi được kết hợp trong khía cạnh.

Tuy có gần giống các đặc điểm của lớp trong Java như: chứa thuộc tính, phương
thức, có thể khai báo trừu tượng, có thể kế thừa… nhưng, khía cạnh có một số khác
biệt cơ bản sau:
 Khía cạnh không thể khởi tạo trực tiếp.
 Khía cạnh không thể kế thừa từ một khía cạnh cụ thể (không phải trừu tượng).
 Khía cạnh có thể được đánh dấu là có quyền bằng định danh privileged. Nhờ
đó nó có thể truy cập đến các thành viên của lớp mà chúng cắt ngang.
e. Thực thi cắt ngang (crosscutting)
Thực thi cắt ngang trong AspectJ, là quá trình biên dịch thực thi các quy tắc đan
các mô đun cắt ngang vào mô đun chính [13].
Thực thi cắt ngang có 2 loại:
 Thực thi cắt ngang động (dynamic crosscutting): là việc đan các mã hành vi
mới vào quá trình thực thi một chương trình. Trình biên dịch sẽ dựa vào tập


15

các quy tắc đan để xác định điểm đan để chèn thêm hoặc thay thế luồng thực
thi của chương trình bằng mô đun cắt ngang. Từ đó, làm thay đổi hành vi của
hệ thống.
 Thực thi cắt ngang tĩnh (static crosscutting) là quá trình đan một sửa đổi vào
cấu trúc tĩnh của lớp, giao diện, hay các khía cạnh của hệ thống. Chức năng
chính của thực thi cắt ngang tĩnh là hỗ trợ cho thực thi cắt ngang động.
f. Đan mã khía cạnh
AspectJ cho phép đan xen mã khía cạnh với các chương trình Java ở ba mức
khác nhau mức mã nguồn, mã bytecode và tại thời điểm nạp chương trình khi chương
trình gốc chuẩn bị được thực hiện [18].
Đan ở mức mã nguồn (source code weaving), aspectJ sẽ nạp các mã khía cạnh
và Java ở mức mã nguồn (.aj và .java), sau đó thực hiện biên dịch để sinh ra mã đã
được đan xen bytecode, dạng .class. Đan xen ở mức mã bytecode (byte code

weaving), aspectJ sẽ dịch lại và sinh mã dạng .class từ các các mã khía cạnh và Java
đã được biên dịch ở dạng (.class). Đan xen tại thời điểm nạp chương trình (load time
weaving), các mã của khía cạnh và Java dạng .class được cung cấp cho máy ảo Java
(JVM). Khi JVM nạp chương trình để chạy, bộ nạp lớp của aspectJ sẽ thực hiện đan
xen và chạy chương trình.
Với việc đan xen ở mức mã bytecode và tại thời điểm nạp chương trình thì
phương pháp này có thể được sử dụng mà không yêu cầu phải có mã nguồn. Khi thay
đổi đặc tả thì mới phải phải sinh và biên dịch lại mã khía cạnh [18].
2.1.1. Quản lý các concerns hệ thống
Concern là các yêu cầu cụ thể hay mối quan tâm đặc trưng được xác định để
thỏa mãn mục tiêu chung của hệ thống. Hệ thống phần mềm là sự gắn kết của tập các
concern. Ví dụ, hệ thống ngân hàng bao gồm các concern: quản lý khách hàng, quản
lý tài khoản, giao dịch nội ngân hàng, giao dịch ATM, chăm sóc khách hàng, lưu giữ


16

các thực thể trong hệ thống, xác nhận truy cập dịch vụ,... Ngoài ra một phần mềm
còn phải đảm bảo khả năng dễ hiểu, dễ bảo hành, dễ duy trì, và dễ phát triển [13].
Concern được chia làm 2 loại:
 Concern thành phần: thể hiện các chức năng nội tại của mô đun.
 Concern đan xen: thể hiện các quan hệ ràng buộc giữa các mô đun trong hệ
thống.
Các concern được phục vụ cho một vài mô đun. Ví dụ, logging tác động tới tất cả
các mô đun trong hệ thống, authencication tác động tới mô đun có yêu cầu kiểm soát
truy cập. Việc xác định được các concern trong hệ thống, chúng ta sẽ tập trung vào
các concern một cách độc lập và sẽ giảm độ phức tạp của hệ thống. Các concern đan
xen nhau giữa các mô đun, các kỹ thuật thi công hiện tại sẽ trộn chúng vào một mô
đun. Hình 1 [13] sẽ minh họa: Với mô hình biển diễn nhiều chiều của các concern
được ánh xạ trên các ngôn ngữ một chiều như sau.

Hình 1: Mô hình ánh xạ từ các concern hệ thống sang các phương pháp
lập trình truyền thống
Trong thiết kế phần mềm cách tốt nhất để đơn giản hóa các hệ thống phức tạp
là xác định các concern rồi mô đun hóa chúng. OOP được thiết kế để phục vụ việc
mô đun hóa các concern cơ bản, nhưng khi gặp concern mức hệ thống thì OOP không
đáp ứng được yêu cầu. Hình 2 [13] minh họa ví dụ thiết kế dùng phương pháp truyền


17

thống. Ngay cả khi bạn có một bản thiết kế tốt của logging mô đun như: cung cấp
các API trừu tượng (Abstract API), giấu các định dạng log mesage ... Các mô đun
còn lại vẫn cần phải nhúng các đoạn mã để gọi các logging API.

Hình 2: Các mô đun yêu cầu logging đều phải nhúng các đoạn mã để gọi logging
API
Đây chính là vấn đề sẽ được giải quyết bằng AOP, sử dụng AOP các mô đun
khác không cần chứa đoạn mã gọi logging API. Hình 3 [13] chỉ ra cách thức thực
hiện mô đun logging dùng AOP có cùng chức năng với cách sử dụng OOP, như được
ghi trên hình vẽ, cách thực hiện logging bây giờ chỉ tồn tại trong logging mô đun và
logging khía cạnh. Các mô đun khác không chứa bất kỳ đoạn mã nào gọi đến logging
API. Như vậy các yêu cầu đan xen giữa các logging mô đun và các mô đun khác
được thực hiện duy nhất trong một mô đun hay logging khía cạnh. Với phương pháp
mô đun hóa này bất cứ sự thay đổi yêu cầu nào về logging chỉ ảnh hưởng duy nhất
đến logging khía cạnh.


18

Hình 3: Giải quyết các concern hệ thống bằng phương pháp AOP
2.1.2. Phương pháp luận của AOP
Hình 4 [13] mô tả việc phát triển các hệ thống sử dụng AOP: xác định concern,
thực hiện chúng, kết hợp lại để thành hệ thống cuối cùng. Cụ thể:
 Phân tích bài toán theo hướng khía cạnh (Aspectual decomposition): chúng ta
phân tách các yêu cầu nhằm xác định các concern lõi và concern đan xen. Các
concern lõi được tách ra khỏi các concern đan xen.
 Xây dựng các chức năng (Concern implementation): thực thi các concern một
cách độc lập.
 Kết hợp các khía cạnh lại để tạo nên hệ thống hoàn chỉnh (Aspectual
Recomposotion): chỉ ra các quy luật kết hợp bằng cách tạo ra các khía cạnh
còn được gọi là quá trình đan mã, sử dụng các thông tin trong khía cạnh để
cấu thành hệ thống đích.


19

Hình 4: Các giai đoạn phát triển sử dụng phương pháp AOP
2.1.3. Ưu điểm của AOP
Những ưu điểm của phương pháp AOP như sau:
 Tách biệt chức năng hơn của các mô đun độc lập.
 Tính năng mô đun hóa cao hơn.
 Phát triển hệ thống dễ dàng hơn.
 Kết nối được với các thiết kế trong tương lai.
 Tăng khả năng sử dụng lại mã.
 Giảm thời gian thi công hệ thống.
 Giảm giá thành hệ thống.
2.1.4. Nhược điểm của AOP
Mặc dù phương pháp AOP có nhiều ưu điểm, song phương pháp AOP vẫn còn
có những nhược điểm là:

 AOP không là cứu cánh cho các nhà thiết kế cẩu thả.
 AOP phá vỡ tính đóng gói.


20

2.2. Lập trình hướng khía cạnh dựa sự kiện
Nghiên cứu của luận văn về lập trình hướng khía cạnh dựa sự kiện (Event-based
Aspect-Oriented Programming - EAOP) [3] có những mục tiêu chính: Nghiên cứu
về các thức mô tả các định nghĩa về khía cạnh. Cụ thể hơn, mô hình của chúng tôi có
những đặc điểm sau đây.
Khía cạnh được thể hiện bằng các sự kiện sinh ra trong quá trình thực hiện
chương trình cơ bản. Đan khía cạnh được thực hiện trên bộ giám sát thực thi, cho
phép phát hiện các dãy sự kiện. Để giữ cho mô hình đơn giản và trực quan, chúng ta
hãy xem xét một mô hình tuần tự cho các sự kiện đồng bộ: Đầu tiên, ngay sau khi
một sự kiện được sinh ra, nó xử lý bởi tất cả các khía cạnh. Thứ hai, xử lý các chương
trình cơ bản và các khía cạnh tiến hành lần lượt: Chương trình cơ bản và bộ giám sát
thực thi là hai đối trình.
Một khía cạnh được xác định bởi hai ngôn ngữ khác nhau:
- Ngôn ngữ thực thi cắt ngang, cho phép xác định về điểm, trong đó khía
cạnh có thể điều chỉnh các chương trình cơ bản.
- Ngôn ngữ hành vi (gọi là "advice" trong aspectJ), cho phép điều chỉnh
việc thực hiện các chương trình cơ bản.
Ví dụ, khía cạnh bảo mật có thể xác định một thực thi cắt ngang phát hiện dãy
bao gồm "yêu cầu" theo sau là "phân bổ dịch vụ" mà gây ra một hành động (ví dụ,
một chứng thực).

Hình 5: Kiến trúc của EAOP

21

Để xác định khía cạnh, mô hình của chúng tôi cung cấp các toán tử cho các thành
phần khía cạnh rõ ràng. Các toán tử này có thể loại trừ những xung đột gây ra bởi
khía cạnh tương tranh với nhau tại crosscuts. Ví dụ, khía cạnh bảo mật đã đề cập
trước đó và một khía cạnh quản lý trong phân bổ dịch vụ, trong trường hợp này, các
khía cạnh bảo mật cần phải được ưu tiên.
Hơn nữa, mô hình của chúng tôi cho phép việc ứng dụng các khía cạnh trên các
khía cạnh khác. Ví dụ, một khía cạnh logging áp dụng khía cạnh bảo mật có thể tạo
ra một bản ghi log cho các quản trị viên hệ thống.
EAOP chú ý đến các sự kiện phát sinh ra trong quá trình thực hiện chương trình
một cách độc lập với bất kỳ ngôn ngữ lập trình cụ thể nào. Tính năng chính của mô
hình là khía cạnh có thể xác định một hành động cho một dãy các sự kiện thay vì
những điểm đơn lẻ như được mô tả trong mô hình AOP. Nó có những đặc điểm chính
sau:
 Khía cạnh: được xác định theo các sự kiện sinh ra trong quá trình thực hiện
chương trình.
 Thực thi cắt ngang: xâu chuỗi các sự kiện, có thể bao gồm các trạng thái điều
chỉnh, chúng được xác định bởi mô hình sự kiện được kết hợp trong quá trình
thực hiện chương trình.
 Một khi thực thi cắt ngang được liên kết hoàn chỉnh thì một hành động liên
quan được thực hiện.
2.2.1 Công cụ EAOP: Kiến trúc và thực hiện

Công cụ lập trình hướng khía cạnh dựa sự kiện bao gồm 5 thành phần (như
hình 5 [3] mô tả): bộ tiền xử lý trước, bộ giám sát thực thi và ba thư viện (sự kiện,
khía cạnh, và thành phần của khía cạnh).
a. Bộ tiền xử lý trước

22

Bộ tiền xử lý trước mã nguồn Java của chương trình cơ bản (cũng như các khía
cạnh nếu muốn định nghĩa các khía cạnh của khía cạnh) để tạo ra các sự kiện và gọi
phương thức nhập vào của bộ giám sát thực thi (ví dụ về công cụ thực thi ở hình 6
[3]). Công cụ này dựa trên các kỹ thuật cổ điển. Đầu tiên, một phương thức foo được
đóng gói đổi tên thành foo_original. Việc chuyển đổi phương thức foo mà thân của
nó tạo ra một phương thức gọi sự kiện, gọi bộ giám sát thực thi, sau đó gọi phương
thức foo_original, tạo ra một phương thức trả về sự kiện, gọi bộ giám sát thực thi trở
lại lời gọi.

Hình 6: Ví dụ đơn giản hóa việc thực hiện trong chương trình cơ bản
Các hàm tạo được đóng gói tương tự. Tuy nhiên, nó không thể tạo ra một sự
kiện ở giai đoạn đầu của một cấu trúc bởi vì lệnh đầu tiên của nó phải là một lời gọi
đến super. Vì lý do này hàm tạo được chuyển đổi thành hàm tạo mặc định (tạo cấu
trúc đối tượng) và các phương thức khởi tạo cung cấp các lệnh phát sinh sự kiện.
Công cụ này được thực hiện bởi phương tiện chuyển đổi của chương trình
Java: Recoder [REC]. Recoder đơn giản hoá các công thức chuyển đổi và đảm bảo
rằng các biến đổi tạo ra mã Java hợp lệ (tức là, kết quả có thể được biên dịch). Để


23

điều khiển bộ kiểm tra, công cụ của chúng tôi bao gồm một nền tảng cho việc áp
dụng có chọn lọc các chuyển đổi các phương thức, các lớp, và khía cạnh. Điều này
đạt được việc thực thi được một cách hiệu quả, hợp lý nếu số lượng các điểm thực
thi không phải là quá lớn. Bên cạnh cơ chế này chúng ta quan tâm đến phép định
nghĩa ngôn ngữ khía cạnh và xem xét tính hiệu quả dự trữ cho công việc trong tương
lai.
b. Bộ giám sát thực thi

Bộ giám sát thực thi các sự kiện phát sinh ra trong quá trình thực thi các
chương trình cơ bản. Nơi truyền các sự kiện tương ứng với thời điểm thực thi hiện
thời với tất cả các khía cạnh. Với kiến trúc của chúng tôi là một chuỗi: Đầu tiên, khi
chương trình cơ bản tạo ra một sự kiện và gọi bộ giám sát thực thi, chương trình cơ
bản tạm thời ngừng thực thi. Với mỗi một khía cạnh có khả năng phản ứng lại với
các sự kiện hiện tại, bộ giám sát thực thi số các lưu lượng giám sát chương trình cơ
bản mà tiếp tục thực hiện chương trình cơ bản. Thứ hai, màn hình thực thi truyền các
sự kiện hiện tại đến khía cạnh và đợi cho các khía cạnh hoàn thành xử lý trước khi
truyền sự kiện này sang một khía cạnh khác. Do đó, chúng tôi loại bỏ bất kỳ khả
năng tương tranh giữa các bộ giám sát thực thi các khía cạnh giữa các khía cạnh với
nhau. (Nếu không, ngữ nghĩa của các hệ thống dựa trên sự kiện trở nên rất phức tạp.).
c. Sự kiện
Sự kiện là đối tượng biểu diễn cho điểm thực hiện chương trình Java. Phiên
bản hiện tại của công cụ chúng tôi hỗ trợ bốn loại sự kiện: gọi phương thức và kết
thúc sự kiện cũng như gọi hàm tạo và trả về các sự kiện. Bốn loại là đủ cho các thử
nghiệm hiện tại, nhưng loại mới sẽ được bổ sung khi cần thiết (ví dụ, các sự kiện
biểu diễn cho cơ sở dữ liệu hoặc vào trong lệnh rẽ nhánh else). Nền tảng hiện tại đã
được chuẩn bị cho các sự kiện như: pha kiểm tra, ví dụ, có thể làm rõ ràng những