07 Programovanie a softvérový vývoj

# 7. Programovanie a softvérový vývoj Nástroje a prostředí pro softwarový vývoj rozsáhlých systémů. Základní koncepty softwarových architektur z pohledu implementace. Vícevrstvá architektura moderních informačních systémů, architektura model-view-controller. Technologie a jazyky vhodné pro frontend a backend vývoj. Persistence, ORM. Příklady z praxe pro vše výše uvedené. (PA165, PV179, volba Programování, SA200) --- ## Nástroje a prostredie pre softvérový vývoj rozsiahlych systémov Za účelom produktivity a **Developer Experience** (DX) používame nástroje **IDE** (Integrated Development Environment) a textové editory. - Visual Studio (IDE) - Visual Studio Code (Editor) - JetBrains Idea (IDE) ... - Vim (Editor) - Sublime Text (Editor) Nástroje IDE poskytujú okrem textového editora aj nástroje na refaktoring, debugging, testing, statické a dynamické analýzy kódu, performance profiling, nástroje na dokumentáciu, a tak ďalej. Na zabezpečenie **auditingu** sa používajú **verzovacie systémy VCS** (Version Control System) - Git, Subversion, Mercurial. - V prípade chýb sa dá vyhľadávať v histórii a chybný kód vrátiť - Využíva strom hashov zmien - Rieši konflity, dovoľuje súbežne editovať kód z viacerých miest - Git Workflow, Feature Branch Flow - Conventional Commits - systém pomenovávania zmien V prípade **agilného vývoja** je potrebné využívať **issue tracking systém** ako Jira, Azure DevOps, Trello, Linear. Tieto nástroje podporujú **SCRUM workflow**. Dajú sa použiť aj pri prediktívnom vývoji ale nie je to až tak nutné. Pri vývoji **automatizovaných testov** používame frameworky a nástroje ako napríklad JUnit, Selenium, MS Test, Postman, Insomnia, Playwright. V rámci programovacieho jazyka používame **package manager**, ak je nejaký dostupný. - C# - Dotnet Package Manager, Nuget - Java - Maven - Rust - cargo - C++ - vcpkg - Python - pip, anaconda Na zabezpečenie automatizovanej **integrácie a nasadzovania** používame nástroje CI/CD (Continuous Integration, Continuous Delivery) a cloud computing, ako napríklad GitHub Actions, GitLab CI/CD, Jenkins, Docker, Kubernetes, RedHat OpenShift, Vercel, Amazon Web Services, Microsoft Azure. Po nasdení používame **monitorovacie a logovacie** nástroje: Grafana, Azure DevOps Logging. Na **analýzu kódu a dokumentáciu** požívame nástroje ako: SonarQube, Roslyn Analyzers, cppcheck, MyPy, doxygen, Swagger OpenAPI. V poslednej dobe používane nástroje "**AI**" na kontrolu kódu (reviewing) a pomoc pri programovaní (prakticky spôsob párového programovania): GitHub Copilot, ChatGPT. Na **modelovanie požiadaviek** používame nástroje ako UML, Excalidraw, Gherkin (Cucumber), PlantUML, draw.io, Visual Paradigm. Je dôležité zvoliť si **build systém** podporovaný pre daný jazyk. Build systém je sada nástrojov na generovanie skriptov a finálnej binárky programu. - C++ - CMake, Make, Ninja, QMake - C# - MSBuild - Java - Maven, Gradle, Bazel - TypeScript - tsc, vite, swc, esbuild ## Základné koncepty softverových architektúr z pohľadu implementácie Softvérový vývoj sa zvyčajne skladá z **krokov**: - Analýza - Návrh - Implementácia - Testovanie - Nasadzovanie - Údržba, support Proces vývoja závisí na správnej **komunikácii** medzi vývojovým tímom a stakeholdermi projektu. Kľúčovou súčasťou analýzy a návrhu je **dekompozícia problému** na abstrakcie a komponenty. Cieľom je minimalizovať **závislosť** medzi komponentami, dosiahnuť princíp **SOLID**, High Cohesion, Low Coupling. Komponenty majú byť závislé na **abstrakciách** a **interfaceoch**, nie na konkrétnych **implementáciách**. V závislosti na prostredí existuje viacero **spôsobov** ako robiť **analýzu a návrh**: - DDD (**Domain Driven Development**) - vhodné na návrh komplexných, veľkých informačných systémov - Používa Agregáty (aggregates), Udalosti (events), Domény (domains) - Event Storming je spôsob získania požiadaviek od stakeholderov - TDD (**Test Driven Development**) - vhodné na návrh jednoduchých problémov ale s jasnou špecifikáciou - Základom kódu sú testy - BDD (**Behaviour Driven Development**) - vhodné na návrh použivateľských požiadaviek - Vzniklo z TDD, využíva druh jazyka na definíciu user stories (Gherkin, Cucumber) Z pohľadu implementácie rozlišujeme **objektovo-orientované** jazyky (C++, C#, Java), **procedurálne** \(C) a **deklaratívne** (funkcionálne) ako napríklad Haskell, LISP, Prolog, Domain-specific languages (DSL). V dnešnej dobe však nájdeme mix rôznych **paradigmat** v jednom jazyku (PHP, C#, C++, JS, Rust). Programujeme tak, aby sme nezvyšovali **technický dlh** (technical debt). Využívame vhodné **návrhové vzory** (design patterns), používame **konvencie**, checklisty, version control, dokumentujeme iba tam, kde to treba. Vyvarujeme sa **antipatternom** (globálne premenné, singleton). Je dôležité ale kód zbytočne **nekomplikovať**, riadime sa princípom **KISS** (Keep it simple stupid) a **DRY** (Dont repeat yourself). ## Viacvrstvová architektúra moderných informačných systémov, architektura MVC Ak nemáme distribuovaný systém ale **monolit**, tak časti aplikácie zvyčajne delíme do **logických vrstiev** tak, aby sme oddelili biznisovú logiku od dát. Táto architektúra sa volá **vrstvená** (tiered, layered) alebo **Clean/Onion/Hexagonal** architecture. Zvyčajne sa jedná o vrstvy: - Presentation layer (Controllers, Views, ViewModels, UI) - Business logic layer (Services, Facades, Query) - Infrastructure layer (DTOs, Repository, Interfaces, Configuration) - Data Access layer (External APIs, DAOs) Základom je **Dependency Injection** alebo **Inversion of Control** princíp. Architektúra **Model-View-Controller** (MVC) je návrhovým vzorom, ktorý sa používa hlavne pri webových aplikáciách (ASP.NET). - Model - dátový model (object, DTO, properties) - View - návrh UI (HTML, XML), používa priamo Model - Controller - aktualizuje Model a odosiela dáta do View (obsahuje biznis logiku), reaguje na požiadavky z View Obdobou MVC je **MVVM** (Model-View-ViewModel) - používa sa ale mimo webu, napr. v C# WPF. Existuje aj **MVP** (Model-View-Presenter), kedy View nepozná Model, komunikuje iba s Presenterom. ## Technológie a jazyky vhodné pre frontend a backend vývoj Najprv musíme určiť **platformu**: - Desktop (Windows, Linux, Mac) - Frontend - Qt QML, GTK, C# WPF, C# WinForms, C# Blazor, MAUI, Kotlin Jetpack Compose Multiplatform, HTML, CSS, JS (+ Electron, Tauri), Java FX, Dart - Backend - PHP, JS, TS, C#, C++, Java, Kotlin, Rust, Python, Haskell - Mobilné zariadenia (Android, iOS) - Android - Java, C++, C#, Kotlin Multiplatform - iOS - Swift, C++, C#, Kotlin Multiplatform - Web - Frontend - React, Tailwind CSS, Angular, Solid, Vue - Backend - PHP, JS, TS, C#, C++, Java, Kotlin, Rust, Python, Haskell - Embedded - C, Rust, C++ Ďalej sa musíme zamerať na nejaké **funkčné požiadavky**. - Akú vyžadujeme rýchlosť? - Ako rýchlo to chceme naprogramovať? - Koľko sme ochotní za to zaplatiť? - Potrebujeme dokumentáciu? - Ako sa to bude testovať? - V akom prostredí to bude pracovať? - Ako ľahko chceme nájsť ľudí na projekt? Podľa týchto otázok musíme zvoliť vhodný "technological stack". ## Persistencia, ORM V rámci skoro každého informačného systému musíme riešiť perzistenciu údajov v nejakej databáze. Môžme zvoliť relačnú alebo nerelačnú (dokumentovú, vektorovú ...) databázu. - Relačné - MySQL, Postgres, MSSQL, Oracle DB - Nerelačné - MongoDB, CouchDB, Cassandra Vždy je možnosť pripojiť sa k databáze pomocou **drivera** (JDBC) a posielať priamo SQL príkazy. - Je to nebezpečné, môže vzniknúť problém SQL Injection, nie je nič, čo by nám sanitizovalo vstup - Musíme manuálne riešiť problémy s pripojením - Výhodou je nulová abstrakcia a rýchlosť Druhá možnosť je použiť **ORM (Object-Relational Mapping) framework**, ktorý nám dáva abstrakciu nad databázou pomocou objektových modelov. Snaží sa transformovať ERD model na model tried. Zvyčajne implementuje aj návrhové vzory ako Repository pattern a Unit of work. Poznáme mnoho frameworkov a líšia sa úrovňou abstrakcie. - C# - Entity Framework (high abstraction), Dapper (light abstraction) - Java - Spring Java Persistence API, Hibernate (high abstraction) - JavaScript - Prisma (high abstraction), Drizzle (lower abstraction), TypeORM (light abstraction) - PHP - CakePHP, Symphony + Doctrine ORM (high abstraction) - Rust - Diesel (high abstraction), Cornucopia (low abstraction) **Cieľom** ORM je poskytnúť lepší **Developer Experience** (DX) za cenu overheadu a abstrakcie.