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Modellkonsistenz 

Themenbereich 

Modellmanagement und Qualität 

Vortrag im Seminar Software-Qualität bei der modellbasierten 

Softwareentwicklung (SS2007) 

Stefan Marr

Agenda 

3 

■ Softwareentwicklung und Modellierung 

■ Inkonsistenz 

□ Definition, Gründe, Typen 

□ Inkonsistenz-Management 

■ Ansätze für Werkzeugunterstützung 

□ Typische Inkonsistenzen in UML-Diagrammen 

□ Spezielle und regelbasierte Ansätze 

Modellkonsistenz | Stefan Marr | 23. August 2007

Zweck von Modellen 

4 

■ Allgemein 

□ Kommunikation 

□ Dokumentation 

□ Spezifikation 

□ Evolution 

■ Modelle als Zwischenprodukte 

□ Modell-Transformation 

□ Code-Generierung 


Softwareentwicklung 

und Modellierung 

5 

Analyse 

Design 

class MyClass { 

private int x; 

} 

void m() { 

} 

Test 

Implementierung 


Auftretendes Konsistenz-Problem im 

Lauf der Entwicklung 

6 

Lecturer 

Student 

getAdvise() 

1 1 

■ Probleme 

□ Multiplizität 

□ Navigierbarkeit 

□ Abstraktes Objekt 


Entstehung von Inkonsistenzen 

7 

Abstraktionsgrad 

? 

? 

modellierter Aspekt 


Inkonsistenz 

8 

Definition 

„Eine Inkonsistenz tritt genau dann auf, wenn eine 

Konsistenz-Regel verletzt wird.“ (nach [1]) 

■ Modelle in beliebiger Sprache (UML, textuelle Notation,…) 

■ Regeln nicht immer spezifiziert 

■ Regeln auf verschiedenen Ebenen möglich 

□ Projektebene z.B. Vorgabe der zu erstellenden Modelle 

□ Modellebene z.B. Verhalten nur auf vorhandenen Elementen 

□ Sprachebene z.B. OCL: Wellformedness von UML 

□ Diagrammebene z.B. Beziehungen zwischen Diagrammen 


Beispiel für Konsistenzregeln 

9 

Regeln aus dem UML-Metamodell 

■ Ein Element darf sich nicht direkt 

oder indirekt selbst besitzen 

□ not self.allOwnedElements() 

->includes(self) 

■ Element die bessen werden müssen, 

müssen einen Besitzer haben 

□ self.mustBeOwned() implies 

owner->notEmpty() 

aus [2] 


Gründe für Inkonsistenzen 

10 

■ Lücken in Spezifikation 

□ Unterschiedliche Auslegung 

□ Verschiedene Design-Entscheidungen 

■ Fehler in Modellen 

□ Iterative und arbeitsteilige Entwicklung der Modelle 

□ Diagramme nicht auf aktuellem Stand 

□ Komplexe Zusammenhänge der Diagramme 

■ Ausdrucksfähigkeit der Modellsprache 


Inkonsistenz-Typen 

11 

■ Vertikal: zwischen Abstraktionsebenen 

■ Horizontal: zw. Modellen oder Modelldarstellungen einer Ebene 

■ Interlinguale Inkonsistenzen 

□ UML-Diagramm vs. Quellcode, vertikal 

□ Spezifikation vs. UML-Diagramm, horizontal 

■ Modell interne Inkonsistenzen 

□ Struktur vs. Verhalten 

□ Struktur vs. Struktur 

□ Verhalten vs. Verhalten 


Framework zum 

Inkonsistenz-Management 

12 

Modellkonsistenz | Stefan Marr | 23. August 2007 

aus [3]

Inkonsistenz-Management 

13 

■ Inkonsistenzen nicht vermeidbar 

■ Teils sogar gewünscht 

□ Vermeidung zu früher Design-Entscheidungen 

□ Behebung in einigen Situation zu aufwendig 

■ Umgang mit Inkonsistenzen 

□ Konsistenzregeln kontrollieren 

□ Einschätzen 

– Auswirkung und Risiko 

□ Verfolgen und Beheben 

□ Messen 


Zwischenfazit 

14 

■ Modelle wichtiger Bestandteil der Softwareentwicklung 

■ Konsistenzerhalt von Modellen und anderen Artefakten ist 

Herausforderung für den Entwicklungsprozess 

□ Inkonsistenz-Management möglich 

□ Tool-Unterstützung bei der Bearbeitung von Modellen ebenso 

Kiwi? 


Agenda 

15 

■ Softwareentwicklung und Modellierung 

■ Inkonsistenz 

□ Definition, Gründe, Typen 

□ Inkonsistenz-Management 

■ Ansätze für Werkzeugunterstützung 

□ Typische Inkonsistenzen in UML-Diagrammen 

□ Spezielle und regelbasierte Ansätze 


Klassifikation von Inkonsistenzen in 

UML Klassen-, Sequenz- und 

Zustandsdiagrammen 

16 

Konfliktebene Verhalten Struktur 

Modell-Modell 

■ Vererbte Assoziationen 

■ Unspezifizierte 

Referenzen (Typen) 

Modell-Instanz ■ Inkompatible Definitionen ■ Fehlende 

Instanzdefinition 

Instanz-Instanz 

■ Aufrufinkonsistenz 

■ Verhaltensinkonsistenz 

■ Inkompatibles Verhalten 

■ Unzusammenhängende 

Modelle 

Modellkonsistenz | Stefan Marr | 23. August 2007 

aus [4]

Konsistenz-Probleme in UML-Modellen 

Inkompatible Definitionen 

17 

Lecturer 


getAdvise() 

1 1 

■ Probleme 

□ Multiplizität 

□ Navigierbarkeit 

□ Abstraktes Objekt 



Inkompatibles Verhalten 

18 

Lecturer 


answer(question) 

answered() 

answer(question2) 

answer(question3) 

■ Problem 

□ Widersprüchliche Verhaltensdefinitionen 



Vererbte Assoziationen 

19 

Advise 

1 

advisor 

Advisor 

aus [5] 

ma 

2 

Master Student 

Ph.D. Student 

■ Problem 

□ Mit Realität nicht vereinbare Relationen 

□ Bzw. Leere oder unendliche Menge 



Unzusammenhängende Modelle 

20 

■ Problem 

□ Zustände oder Objekte nicht mehr erreichbar 


Ansätze zur 

werkzeuggestützten Prüfung 

21 

■ Grobe Unterteilung der Ansätze 

1. Speziell auf bestimmtes Problem bezogen 

2. Regelbasiert und relativ allgemein gültig 


Spezielle Ansätze (1/2) 

22 

■ Allgemein 

□ Implizieren bestimmte Konsistenzregeln 

□ Bieten meist effiziente Algorithmen für genau ein Problem 

■ Ansatz zur Konsistenz von Klassen- und Zustandsdiagrammen [6] 

□ Formale Darstellung der Diagramme 

□ Verwendung eine formalen Verfahrens zur Konsistenzprüfung 

Lecturer 


getAdvise() 

1 1 


Spezielle Ansätze (2/2) 

23 

■ Effiziente Prüfung bei vererbten Assoziationen [5] 

□ Unterstützt mit Einschränkungen 

Constrained Generalization Sets 

□ Aufwand des Verfahren polynomial 

□ Basiert auf Algorithmus für E/R-Diagramme für Datenbanken 

um hier die Erfüllbarkeit eines Schemas sicherzustellen 


Regelbasierte Ansätze (1/2) 

24 

■ Allgemein 

□ Definition der Beschreibungssprache für Regeln 

□ Überführung der UML Diagramme in geeignete Darstellung 

□ Automatisches Prüfen der Regel möglich 

Element 

(from Elements) 

Element 

/ownedElement 

* {union} 

/owner 

0..1 {union} 

■ not self.allOwnedElements() 

->includes(self) 

■ self.mustBeOwned() implies 

owner->notEmpty() 

aus [2] 


Regelbasierte Ansätze (2/2) 

25 

■ Vorteil von Konsistenzregeln 

□ Anpassung und Erweiterung der Regeln möglich 

□ können Domänen spezifisch sein 

■ Tool-Unterstützung meist mit akademischem Charakter 

■ Regeln meist nicht übertragbar auf andere Tools 

■ Ansätze auf verschiedener Grundlage 

□ Abstrakte Datentypen und Larch Prover [7] 

□ OCL [8,9] 

□ Discription Logic [10] 

□ Graphgrammatik und Graph Rewriting Rules [11, 12] 


Graphbasierter Ansatz von Mens [12] 

Angesprochene Probleme 

26 

■ Standardverletzungen 

□ Industrie- und Unternehmensstandards 

■ Modellierungsrichtlinien 

□ Namenskonventionen 

■ Unvollständige Modelle, Syntax, Semantik (Well-formedness) 

■ Redundanzerkennung 

■ Schlechte Praktiken und Anti-Patterns 

■ Erkennung von Refactoring-Möglichkeiten 

■ Erkennung visuellen Problemen 



Umsetzungsidee 

27 

■ Modell als Typ-Graph (vereinfachtes UML-Metamodell) 

■ Für Defekte Graph-Transformations-Regeln 

■ Erkennung strukturelle Defekte des Graphen 

□ Vorhanden sein oder fehlen bestimmter Mustern im Graphen 

■ Kennzeichnung im Graphen durch Konflikt-Knoten 

■ Probleme 

□ Nur prototypisch implementiert 

□ Nicht in Modellierungstool integriert 

□ Allgemein gültig, aber nur für Klassen-, Zustands- und 

Sequenzdiagramme umgesetzt 



Typisierter Graph mit Konfliktknoten 

28 


Zusammenfassung und Fazit 

29 

■ Inkonsistenz ein ständiges Problem 

□ Aber auch Hilfsmittel 

■ Framework für Inkonsistenz-Management als Lösung 

■ Vorstellung von Inkonsistenzproblemen 

■ Ansätze zur werkzeuggestützten Erkennung 

□ Regelbasierte Ansätze 

■ Hochintegrierte modellgestützte Entwicklung immer noch 

Wunschtraum 


Literaturverweise 

30 

[1] B. Nuseibeh, To Be and Not to Be: On Managing Inconsistency in Software Development, IEEE 

Computer Society, 1996 

[2] E. Holz, UML Vertieft, Vorlesungsunterlagen HPI, Potsdam, Juli 2006 (auf Basis des UML2.0 

Standards) 

[3] B. Nuseibeh et al., Leveraging Inconsistency in Software Development, Computer, IEEE Computer 

Society, 2000 

[4] J. P. S. Wagemann, Consistency Maintenance of UML Models with Description Logics, Vrije 

Universiteit Brussel, 2003 

[5] A. Maraee & M. Balaban, Efficient Decision of Consistency in UML Diagrams with Constrained 

Generalization Sets, Workshop Materials of the 1st Workshop on Quality in Modeling, 2006 

[6] W. L. Yeung, Checking Consistency between UML Class and State Models Based on CSP and B, 

Journal of Universal Computer Science, 2004 

[7] P. Andre et al., Checking the consistency of UML class diagrams using Larch Prover 2000 

[8] D. Chiorean et al., Ensuring UML Models Consistency Using the OCL Environment. Electr. Notes 

Theor. Comput. Sci., 2004 

[9] B. Hnatkowska, Consistency Checking in UML Models, 2001 

[10] J. Simmonds & M. C. Bastarrica, Description Logics for Consistency Checking of Architectural 

Features in UML 2.0 Models, Universidad de Chile, 2004 

[11] R. Wagner, A Plug-In for Flexible and Incremental Consistency Management University of 

Paderborn, 2003 

[12] T. Mens, Graph-Based Tool Support to Improve Model Quality, Workshop Materials of the 1st 

Workshop on Quality in Modeling, 2006 


Q&A 

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